1. Giới thiệu
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền thông trong thập kỷ qua, lĩnh vực ứng dụng của cáp quang đã được mở rộng. Cùng với sự gia tăng các yêu cầu về môi trường đối với cáp quang, yêu cầu về chất lượng vật liệu sử dụng trong cáp quang cũng tăng lên. Băng keo chống thấm nước cho cáp quang là một vật liệu chống thấm nước phổ biến trong ngành công nghiệp cáp quang, vai trò niêm phong, chống thấm nước, chống ẩm và bảo vệ đệm trong cáp quang đã được công nhận rộng rãi, và các chủng loại cũng như hiệu suất của nó đã được cải tiến và hoàn thiện liên tục cùng với sự phát triển của cáp quang. Trong những năm gần đây, cấu trúc “lõi khô” đã được đưa vào cáp quang. Loại vật liệu chống thấm nước này thường là sự kết hợp giữa băng keo, sợi hoặc lớp phủ để ngăn nước thấm dọc vào lõi cáp. Với sự chấp nhận ngày càng tăng của cáp quang lõi khô, vật liệu cáp quang lõi khô đang nhanh chóng thay thế các hợp chất trám cáp truyền thống gốc vaseline. Vật liệu lõi khô sử dụng một loại polymer hấp thụ nước nhanh chóng để tạo thành hydrogel, sau đó nở ra và lấp đầy các kênh thấm nước của cáp. Ngoài ra, do vật liệu lõi khô không chứa chất béo dính, nên không cần khăn lau, dung môi hoặc chất tẩy rửa để chuẩn bị cáp cho việc nối, và thời gian nối cáp được giảm đáng kể. Trọng lượng nhẹ của cáp và độ bám dính tốt giữa sợi gia cường bên ngoài và vỏ bọc không bị giảm, khiến nó trở thành một lựa chọn phổ biến.
2. Tác động của nước lên cáp và cơ chế chống nước.
Lý do chính khiến cần phải thực hiện nhiều biện pháp chống thấm nước là vì nước xâm nhập vào cáp sẽ phân hủy thành hydro và các ion O H-, làm tăng tổn hao truyền dẫn của sợi quang, giảm hiệu suất của sợi và rút ngắn tuổi thọ của cáp. Các biện pháp chống thấm nước phổ biến nhất là trám bằng hồ dầu mỏ và dán băng keo chống thấm, được lấp đầy vào khe hở giữa lõi và vỏ cáp để ngăn nước và hơi ẩm lan truyền theo chiều dọc, từ đó đóng vai trò chống thấm nước.
Khi nhựa tổng hợp được sử dụng với số lượng lớn làm chất cách điện trong cáp quang (trước hết là trong cáp), các vật liệu cách điện này cũng không tránh khỏi sự xâm nhập của nước. Sự hình thành "cây nước" trong vật liệu cách điện là nguyên nhân chính gây ảnh hưởng đến hiệu suất truyền dẫn. Cơ chế mà vật liệu cách điện bị ảnh hưởng bởi "cây nước" thường được giải thích như sau: do điện trường mạnh (một giả thuyết khác là các tính chất hóa học của nhựa bị thay đổi bởi sự phóng điện rất yếu của các electron gia tốc), các phân tử nước thấm qua nhiều lỗ nhỏ li ti có trong vật liệu vỏ bọc của cáp quang. Các phân tử nước sẽ thấm qua nhiều lỗ nhỏ li ti trong vật liệu vỏ cáp, tạo thành "cây nước", dần dần tích tụ một lượng lớn nước và lan rộng theo chiều dọc của cáp, ảnh hưởng đến hiệu suất của cáp. Sau nhiều năm nghiên cứu và thử nghiệm quốc tế, vào giữa những năm 1980, người ta đã tìm ra cách tốt nhất để loại bỏ hiện tượng cây nước phát triển, đó là trước khi ép đùn cáp, người ta bọc một lớp vật liệu thấm hút và giãn nở nước để ức chế và làm chậm sự phát triển của cây nước, ngăn nước lan dọc bên trong cáp; đồng thời, do hư hại từ bên ngoài và sự xâm nhập của nước, lớp chắn nước cũng có thể nhanh chóng ngăn nước lan dọc theo cáp.
3. Tổng quan về rào cản chống nước cho cáp
3.1 Phân loại các rào cản chống nước cho cáp quang
Có nhiều cách để phân loại màng chắn nước cho cáp quang, có thể được phân loại theo cấu trúc, chất lượng và độ dày. Nhìn chung, chúng có thể được phân loại theo cấu trúc: màng chắn nước hai mặt nhiều lớp, màng chắn nước một mặt phủ và màng chắn nước composite. Chức năng chắn nước của màng chắn nước chủ yếu là do vật liệu có khả năng hấp thụ nước cao (gọi là màng chắn nước), có thể trương nở nhanh chóng sau khi tiếp xúc với nước, tạo thành một lượng lớn gel (màng chắn nước có thể hấp thụ lượng nước gấp hàng trăm lần chính nó), do đó ngăn chặn sự phát triển của cây nước và ngăn chặn sự thấm và lan rộng liên tục của nước. Các vật liệu này bao gồm cả polysaccharid tự nhiên và polysaccharid biến tính hóa học.
Mặc dù các chất ngăn nước tự nhiên hoặc bán tự nhiên này có những đặc tính tốt, nhưng chúng lại có hai nhược điểm chí mạng:
1) chúng có khả năng phân hủy sinh học và 2) chúng rất dễ cháy. Điều này khiến chúng khó có thể được sử dụng trong vật liệu cáp quang. Loại vật liệu tổng hợp khác trong lớp chống thấm nước là polyacrylate, có thể được sử dụng làm lớp chống thấm nước cho cáp quang vì chúng đáp ứng các yêu cầu sau: 1) khi khô, chúng có thể chống lại các ứng suất sinh ra trong quá trình sản xuất cáp quang;
2) Khi khô ráo, chúng có thể chịu được các điều kiện hoạt động của cáp quang (chu kỳ nhiệt từ nhiệt độ phòng đến 90 °C) mà không ảnh hưởng đến tuổi thọ của cáp, và cũng có thể chịu được nhiệt độ cao trong thời gian ngắn;
3) Khi nước xâm nhập, chúng có thể trương nở nhanh chóng và tạo thành gel với tốc độ giãn nở cao.
4) Tạo ra một loại gel có độ nhớt cao, ngay cả ở nhiệt độ cao, độ nhớt của gel vẫn ổn định trong thời gian dài.
Quá trình tổng hợp chất chống thấm nước có thể được chia thành các phương pháp hóa học truyền thống – phương pháp pha đảo (phương pháp liên kết chéo trùng hợp nước trong dầu), phương pháp trùng hợp liên kết chéo riêng – phương pháp đĩa, phương pháp chiếu xạ – phương pháp tia γ “cobalt 60”. Phương pháp liên kết chéo dựa trên phương pháp chiếu xạ tia γ “cobalt 60”. Các phương pháp tổng hợp khác nhau có mức độ trùng hợp và liên kết chéo khác nhau, do đó đòi hỏi rất khắt khe đối với chất chống thấm nước cần thiết trong băng keo chống thấm. Theo kinh nghiệm thực tế, chỉ rất ít polyacrylate có thể đáp ứng được bốn yêu cầu trên, chất chống thấm nước (nhựa hấp thụ nước) không thể được sử dụng làm nguyên liệu thô cho một phần polyacrylate natri liên kết chéo duy nhất, mà phải được sử dụng trong phương pháp liên kết chéo đa polymer (tức là hỗn hợp nhiều phần polyacrylate natri liên kết chéo) để đạt được mục đích hấp thụ nước nhanh và hiệu quả cao. Các yêu cầu cơ bản là: hệ số hấp thụ nước có thể đạt khoảng 400 lần, tốc độ hấp thụ nước có thể đạt 75% trong phút đầu tiên; yêu cầu về độ ổn định nhiệt khi sấy khô của chất cản quang: khả năng chịu nhiệt lâu dài ở 90°C, nhiệt độ làm việc tối đa là 160°C, khả năng chịu nhiệt tức thời là 230°C (đặc biệt quan trọng đối với cáp composite quang điện có tín hiệu điện); yêu cầu về độ ổn định của gel sau khi hình thành: sau một vài chu kỳ nhiệt (20°C ~ 95°C), độ ổn định của gel sau khi hấp thụ nước phải cao và độ bền của gel sau một vài chu kỳ nhiệt (20°C đến 95°C). Độ ổn định của gel thay đổi đáng kể tùy thuộc vào phương pháp tổng hợp và vật liệu được nhà sản xuất sử dụng. Đồng thời, tốc độ giãn nở không càng nhanh càng tốt, một số sản phẩm chỉ theo đuổi tốc độ, việc sử dụng chất phụ gia không có lợi cho độ ổn định của hydrogel, phá hủy khả năng giữ nước nhưng không đạt được hiệu quả chống thấm nước.
3.3 Đặc điểm của băng keo chống thấm nước Do cáp phải chịu tác động của môi trường trong quá trình sản xuất, thử nghiệm, vận chuyển, lưu trữ và sử dụng, nên từ góc độ sử dụng cáp quang, yêu cầu đối với băng keo chống thấm nước như sau:
1) Phân bố sợi đều, vật liệu composite không bị tách lớp và không bị vón cục, có độ bền cơ học nhất định, phù hợp với nhu cầu của cáp;
2) Chất lượng đồng nhất, có thể lặp lại, ổn định, trong quá trình hình thành cáp sẽ không bị tách lớp và tạo ra sản phẩm.
3) Áp suất giãn nở cao, tốc độ giãn nở nhanh, độ ổn định gel tốt;
4) Độ ổn định nhiệt tốt, phù hợp cho nhiều quy trình gia công tiếp theo;
5) Độ ổn định hóa học cao, không chứa bất kỳ thành phần ăn mòn nào, kháng khuẩn và chống nấm mốc;
6) Khả năng tương thích tốt với các vật liệu khác của cáp quang, khả năng chống oxy hóa, v.v.
4 Tiêu chuẩn về hiệu suất chống nước của cáp quang
Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng chống nước không đạt tiêu chuẩn sẽ gây ra tác hại lớn đến sự ổn định lâu dài của hiệu suất truyền dẫn cáp. Tác hại này rất khó phát hiện trong quá trình sản xuất và kiểm tra tại nhà máy đối với cáp quang, nhưng sẽ dần xuất hiện trong quá trình lắp đặt cáp sau khi sử dụng. Do đó, việc kịp thời xây dựng các tiêu chuẩn thử nghiệm toàn diện và chính xác, để tìm ra cơ sở đánh giá được tất cả các bên chấp nhận, đã trở thành một nhiệm vụ cấp bách. Nghiên cứu, khảo sát và thử nghiệm sâu rộng của tác giả về đai chống nước đã cung cấp cơ sở kỹ thuật đầy đủ cho việc xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật cho đai chống nước. Xác định các thông số hiệu suất của giá trị khả năng chống nước dựa trên các yếu tố sau:
1) Các yêu cầu của tiêu chuẩn cáp quang đối với khả năng chống thấm nước (chủ yếu là các yêu cầu về vật liệu cáp quang trong tiêu chuẩn cáp quang);
2) Kinh nghiệm trong sản xuất và sử dụng các rào cản chống thấm nước và các báo cáo thử nghiệm liên quan;
3) Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của đặc tính băng keo chống thấm nước đến hiệu suất của cáp quang.
4.1 Ngoại hình
Bề mặt băng keo chống thấm phải có các sợi phân bố đều; bề mặt phải phẳng và không có nếp nhăn, vết gấp và vết rách; không được có vết nứt theo chiều rộng của băng keo; vật liệu composite không được bị tách lớp; băng keo phải được cuộn chặt và các cạnh của băng keo cầm tay không được bị cong vênh.
4.2 Độ bền cơ học của gioăng chống thấm
Độ bền kéo của băng chống thấm phụ thuộc vào phương pháp sản xuất băng polyester không dệt. Trong cùng điều kiện định lượng, phương pháp sử dụng viscose cho độ bền kéo tốt hơn phương pháp cán nóng, nhưng độ dày cũng mỏng hơn. Độ bền kéo của băng chống thấm cũng thay đổi tùy thuộc vào cách quấn hoặc xếp cáp.
Đây là chỉ số quan trọng đối với hai loại băng chống thấm, trong đó phương pháp thử nghiệm cần được thống nhất với thiết bị, chất lỏng và quy trình thử nghiệm. Vật liệu chống thấm chính trong băng chống thấm là polyacrylate natri liên kết chéo một phần và các dẫn xuất của nó, rất nhạy cảm với thành phần và tính chất của các yêu cầu về chất lượng nước. Để thống nhất tiêu chuẩn về chiều cao trương nở của băng chống thấm, nên ưu tiên sử dụng nước khử ion (nước cất được sử dụng trong trường hợp trọng tài), vì nước khử ion không chứa thành phần anion và cation, về cơ bản là nước tinh khiết. Hệ số hấp thụ của nhựa hấp thụ nước trong các chất lượng nước khác nhau thay đổi rất nhiều; nếu hệ số hấp thụ trong nước tinh khiết là 100% giá trị danh nghĩa; trong nước máy là 40% đến 60% (tùy thuộc vào chất lượng nước của từng địa điểm); trong nước biển là 12%; nước ngầm hoặc nước thải phức tạp hơn, khó xác định tỷ lệ hấp thụ, và giá trị của nó sẽ rất thấp. Để đảm bảo hiệu quả chống thấm nước và tuổi thọ của cáp, tốt nhất nên sử dụng băng keo chống thấm nước có chiều cao trương nở > 10mm.
4.3 Tính chất điện
Nói chung, cáp quang không chứa dây dẫn kim loại truyền tín hiệu điện, do đó không cần sử dụng băng keo chống nước bán dẫn, chỉ có (33 Wang Qiang, v.v.: băng keo chống nước cho cáp quang)
Cáp điện composite trước khi có tín hiệu điện, các yêu cầu cụ thể tùy thuộc vào cấu trúc của cáp theo hợp đồng.
4.4 Độ ổn định nhiệt Hầu hết các loại băng keo chống thấm đều đáp ứng được yêu cầu về độ ổn định nhiệt: khả năng chịu nhiệt lâu dài ở 90°C, nhiệt độ làm việc tối đa 160°C, khả năng chịu nhiệt tức thời ở 230°C. Hiệu suất của băng keo chống thấm không được thay đổi sau một khoảng thời gian nhất định ở các nhiệt độ này.
Độ bền của gel nên là đặc tính quan trọng nhất của vật liệu trương nở, trong khi tốc độ giãn nở chỉ được sử dụng để hạn chế chiều dài của sự thấm nước ban đầu (dưới 1 m). Một vật liệu trương nở tốt cần có tốc độ giãn nở phù hợp và độ nhớt cao. Một vật liệu chống thấm nước kém, ngay cả với tốc độ giãn nở cao và độ nhớt thấp, cũng sẽ có đặc tính chống thấm nước kém. Điều này có thể được kiểm tra bằng cách so sánh với một số chu kỳ nhiệt. Trong điều kiện thủy phân, gel sẽ bị phân hủy thành chất lỏng có độ nhớt thấp, làm giảm chất lượng của nó. Điều này được thực hiện bằng cách khuấy hỗn hợp nước tinh khiết chứa bột trương nở trong 2 giờ. Gel thu được sau đó được tách khỏi lượng nước dư thừa và đặt trong máy đo độ nhớt quay để đo độ nhớt trước và sau 24 giờ ở 95°C. Có thể thấy sự khác biệt về độ ổn định của gel. Điều này thường được thực hiện theo chu kỳ 8 giờ từ 20°C đến 95°C và 8 giờ từ 95°C đến 20°C. Các tiêu chuẩn liên quan của Đức yêu cầu 126 chu kỳ 8 giờ.
4.5 Khả năng tương thích Khả năng tương thích của lớp chắn nước là một đặc tính đặc biệt quan trọng liên quan đến tuổi thọ của cáp quang và do đó cần được xem xét liên quan đến các vật liệu cáp quang đã được sử dụng. Vì khả năng tương thích cần một thời gian dài để thể hiện rõ, nên phải sử dụng thử nghiệm lão hóa tăng tốc, tức là mẫu vật liệu cáp được lau sạch, quấn một lớp băng keo chống nước khô và giữ trong buồng nhiệt độ không đổi ở 100°C trong 10 ngày, sau đó cân trọng lượng. Độ bền kéo và độ giãn dài của vật liệu không được thay đổi quá 20% sau khi thử nghiệm.
Thời gian đăng bài: 22/7/2022