1 Giới thiệu
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền thông trong khoảng một thập kỷ trở lại đây, lĩnh vực ứng dụng cáp quang đã và đang mở rộng. Khi các yêu cầu về môi trường đối với cáp quang ngày càng tăng, thì yêu cầu về chất lượng vật liệu sử dụng trong cáp quang cũng tăng theo. Băng cản nước cáp quang là vật liệu chặn nước phổ biến được sử dụng trong ngành công nghiệp cáp quang. Vai trò của băng cản nước, chống thấm nước, chống ẩm và bảo vệ đệm trong cáp quang đã được công nhận rộng rãi, và chủng loại cũng như hiệu suất của nó đã liên tục được cải tiến và hoàn thiện 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 chắn nước cáp này thường là sự kết hợp của băng, sợi hoặc lớp phủ để ngăn nước thấm theo chiều 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 dầu mỏ. Vật liệu lõi khô sử dụng một loại polymer có khả năng hấp thụ nước nhanh chóng để tạo thành hydrogel, có tác dụng trương nở và lấp đầy các rãnh thấm nước của cáp. Ngoài ra, vì vật liệu lõi khô không chứa dầu mỡ dính nên không cần khăn lau, dung môi hay chất tẩy rửa để chuẩn bị cáp trước khi nối, giúp rút ngắn đáng kể thời gian nối cáp. Trọng lượng nhẹ của cáp và độ bám dính tốt giữa sợi gia cường bên ngoài và vỏ cáp không bị ảnh hưởng, khiến sản phẩm này trở thành lựa chọn phổ biến.
2 Tác động của nước lên cáp và cơ chế chống nước
Lý do chính tại sao cần áp dụng nhiều biện pháp ngăn nước khác nhau là vì nước thấm vào cáp sẽ phân hủy thành các ion hydro và OH-, làm tăng suy hao truyền dẫn của sợi quang, giảm hiệu suất của sợi và rút ngắn tuổi thọ của cáp. Các biện pháp ngăn nước phổ biến nhất là đổ keo dầu hỏa và thêm băng cản nước, được chèn vào khe hở giữa lõi và vỏ cáp để ngăn nước và hơi ẩm lan truyền theo chiều dọc, do đó đóng vai trò ngăn 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 miễn nhiễm với sự xâm nhập của nước. Sự hình thành "cây nước" trong vật liệu cách điện là lý do 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 trường điện mạnh (một giả thuyết khác là các tính chất hóa học của nhựa bị thay đổi do sự phóng điện rất yếu của các electron được tăng tốc), các phân tử nước sẽ xâm nhập qua các lỗ rỗng siêu nhỏ khác nhau có trong vật liệu vỏ bọc của cáp quang. Các phân tử nước sẽ xâm nhập qua các lỗ rỗng siêu nhỏ khác nhau trong vật liệu vỏ bọc cáp, hình thành "cây nước", dần dần tích tụ một lượng nước lớn 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, đã tìm ra cách loại bỏ cách tốt nhất để sản xuất cây nước, tức là, trước khi đùn cáp được bọc trong một lớp rào cản nước hấp thụ và giãn nở để ức chế và làm chậm sự phát triển của cây nước, chặn nước trong cáp bên trong lan rộng theo chiều dọc; đồng thời, do hư hỏng bên ngoài và nước xâm nhập, rào cản nước cũng có thể nhanh chóng chặn nước, không làm lan rộng theo chiều dọc của cáp.
3 Tổng quan về rào chắn nước cáp
3.1 Phân loại rào chắn nước cáp quang
Có nhiều cách phân loại vật liệu chắn nước cho cáp quang, có thể phân loại theo cấu trúc, chất lượng và độ dày. Nhìn chung, chúng có thể được phân loại theo cấu trúc: vật liệu chắn nước nhiều lớp hai mặt, vật liệu chắn nước phủ một mặt và vật liệu chắn nước màng composite. Chức năng chắn nước của vật liệu chắn nước chủ yếu là do vật liệu có khả năng hấp thụ nước cao (gọi là vật liệu chắn nước), có thể trương nở nhanh chóng sau khi vật liệu chắn nước gặp nước, tạo thành một khối gel lớn (vật liệu chắn nước có thể hấp thụ lượng nước gấp hàng trăm lần so với chính nó), do đó ngăn chặn sự phát triển của cây nước và ngăn chặn sự xâm nhập và lan rộng liên tục của nước. Các vật liệu này bao gồm cả polysaccharide tự nhiên và polysaccharide biến đổi hóa học.
Mặc dù các chất ngăn nước tự nhiên hoặc bán tự nhiên này có đặc tính tốt nhưng chúng có hai nhược điểm chết người:
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. Một loại vật liệu tổng hợp khác trong vật liệu chống thấm nước là polyacrylate, có thể được sử dụng làm vật liệu 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 phát sinh trong quá trình sản xuất cáp quang;
2) khi khô, chúng có thể chịu được 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 có nước vào, chúng có thể trương nở nhanh chóng và tạo thành gel với tốc độ giãn nở.
4) tạo ra 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 ngược (phương pháp liên kết ngang trùng hợp nước trong dầu), phương pháp trùng hợp liên kết ngang riêng của chúng - phương pháp đĩa, phương pháp chiếu xạ - phương pháp tia γ "coban 60". Phương pháp liên kết ngang dựa trên phương pháp chiếu xạ γ "coban 60". Các phương pháp tổng hợp khác nhau có mức độ trùng hợp và liên kết ngang khác nhau và do đó có yêu cầu rất nghiêm ngặt đối với tác nhân chặn nước cần thiết trong băng chặn nước. Chỉ rất ít polyacrylat có thể đáp ứng được bốn yêu cầu trên, theo kinh nghiệm thực tế, các tác nhân chặn nước (nhựa hấp thụ nước) không thể được sử dụng làm nguyên liệu cho một phần riêng lẻ của polyacrylat natri liên kết ngang, phải được sử dụng trong phương pháp liên kết ngang đa polyme (tức là nhiều phần của hỗn hợp polyacrylat natri liên kết ngang) để đạt được mục đích hấp thụ nước nhanh và nhiều lần. Các yêu cầu cơ bản là: bội số hấp thụ nước có thể đạt khoảng 400 lần, tỷ lệ hấp thụ nước có thể đạt phút đầu tiên để hấp thụ 75% lượng nước được hấp thụ bởi chất chống nước; yêu cầu về độ ổn định nhiệt khi sấy chống nước: khả năng chịu nhiệt dài hạn là 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 quang điện có tín hiệu điện); khả năng hấp thụ nước sau khi hình thành yêu cầu về độ ổn định của gel: sau một số chu kỳ nhiệt (20°C ~ 95°C) Độ ổn định của gel sau khi hấp thụ nước yêu cầu: gel có độ nhớt cao và cường độ gel sau một số 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 do nhà sản xuất sử dụng. Đồng thời, không phải tốc độ giãn nở càng nhanh càng tốt, một số sản phẩm theo đuổi tốc độ một chiều, 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 nước.
3. 3 đặc điểm của băng cản nước Vì cáp trong quá trình sản xuất, thử nghiệm, vận chuyển, lưu trữ và sử dụng phải chịu được thử nghiệm về môi trường, do đó, từ góc độ sử dụng cáp quang, các yêu cầu về băng cản nước của cáp như sau:
1) Phân bố sợi bề ngoài, vật liệu tổng hợp không bị tách lớp và bột, có độ bền cơ học nhất định, phù hợp với nhu cầu của cáp;
2) chất lượng đồng đều, có thể lặp lại, ổn định, trong quá trình hình thành cáp sẽ không bị tách lớp và tạo ra
3) áp suất giãn nở cao, tốc độ giãn nở nhanh, độ ổn định gel tốt;
4) Độ ổn định nhiệt tốt, thích hợp cho nhiều quá trình xử lý tiếp theo;
5) Độ ổn định hóa học cao, không chứa bất kỳ thành phần ăn mòn nào, chống lại sự ăn mòn của vi khuẩn và 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 hiệu suất chắn nước cáp quang
Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng chống nước không đạt tiêu chuẩn sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính 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 cáp quang, nhưng sẽ dần dần xuất hiện trong quá trình lắp đặt cáp sau khi sử dụng. Do đó, việc kịp thời xây dựng các tiêu chuẩn kiểm tra 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. Quá trình nghiên cứu, thăm dò và thử nghiệm chuyên sâu về băng tải chống nước của tác giả đã cung cấp cơ sở kỹ thuật đầy đủ cho việc xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật cho băng tải chống nước. Xác định các thông số hiệu suất của giá trị băng tải chống nước dựa trên các yếu tố sau:
1) Các yêu cầu của tiêu chuẩn cáp quang đối với vật liệu chặn 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 rào chắn nước và các báo cáo thử nghiệm có liên quan;
3) Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của đặc tính băng cản nước đến hiệu suất của cáp quang.
4. 1 Ngoại hình
Bề ngoài của băng cản nước phải có các sợi phân bố đều; bề mặt phải phẳng và không có nếp nhăn, vết gấp và vết rách; không có vết nứt trên chiều rộng của băng; vật liệu tổng hợp phải không bị tách lớp; băng phải được quấn chặt và các cạnh của băng cầm tay phải không có "hình chiếc mũ rơm".
4.2 Độ bền cơ học của vật liệu chặn nước
Độ bền kéo của băng cản nước phụ thuộc vào phương pháp sản xuất băng không dệt polyester. Trong cùng điều kiện định lượng, phương pháp sản xuất viscose có độ bền kéo tốt hơn phương pháp sản xuất cán nóng, độ dày cũng mỏng hơn. Độ bền kéo của băng cản nước thay đổi tùy theo cách quấn hoặc quấn quanh cáp.
Đây là chỉ số quan trọng đối với hai băng chặn nước, trong đó phương pháp thử nghiệm phải thống nhất với thiết bị, chất lỏng và quy trình thử nghiệm. Vật liệu chặn nước chính trong băng chặn nước là một phần polyacrylate natri liên kết ngang và các dẫn xuất của nó, nhạy cảm với thành phần và bản chất của các yêu cầu về chất lượng nước, để thống nhất tiêu chuẩn về chiều cao trương nở của băng chặn nước, việc sử dụng nước khử ion sẽ được ưu tiên (nước cất được sử dụng trong trọng tài), vì không có thành phần anion và cation trong nước khử ion, 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 máng xối phức tạp hơn, rất khó để xác định phần trăm hấp thụ và giá trị của nó sẽ rất thấp. Để đảm bảo hiệu quả chống nước và tuổi thọ của cáp, tốt nhất nên sử dụng băng chống nước có chiều cao trương nở > 10mm.
4.3Tính chất điện
Nói chung, cáp quang không chứa tín hiệu điện của dây kim loại, do đó không liên quan đến việc sử dụng băng chống nước bán dẫn, chỉ có 33 Vương Cường, v.v.: băng chống nước cáp quang
Cáp điện composite trước khi có tín hiệu điện, yêu cầu cụ thể theo cấu trúc của cáp theo hợp đồng.
4.4 Độ ổn định nhiệt. Hầu hết các loại băng cản nước đều có thể đáp ứng các yêu cầu về độ ổn định nhiệt: khả năng chịu nhiệt lâu dài 90°C, nhiệt độ làm việc tối đa 160°C, khả năng chịu nhiệt tức thời 230°C. Hiệu suất của băng cản nước không thay đổi sau một khoảng thời gian nhất định ở những nhiệt độ này.
Độ bền gel phải là đặc tính quan trọng nhất của vật liệu trương nở, trong khi tốc độ giãn nở chỉ được sử dụng để giới hạn độ dài thấm nước ban đầu (dưới 1 m). Một vật liệu giãn nở tốt phải có tốc độ giãn nở phù hợp và độ nhớt cao. Một vật liệu chắn nước kém, ngay cả với tốc độ giãn nở cao và độ nhớt thấp, sẽ có đặc tính chắn 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 phân hủy thành chất lỏng có độ nhớt thấp, làm giảm chất lượng của nó. Điều này đạt được bằng cách khuấy hỗn dịch nước tinh khiết có chứa bột trương nở trong 2 giờ. Sau đó, gel thu được được tách ra khỏi nước dư và đặt vào 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 Đức có liên quan 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 vật liệu cáp quang đã sử dụng. Vì khả năng tương thích mất nhiều thời gian để thấy rõ, nên phải sử dụng thử nghiệm lão hóa gia tốc, tức là mẫu vật liệu cáp được lau sạch, quấn bằng một lớp băng chống nước khô và giữ trong buồng nhiệt độ không đổi ở 100°C trong 10 ngày, sau đó tiến hành cân kiểm tra chất lượng. Độ bền kéo và độ giãn dài của vật liệu không được thay đổi quá 20% sau khi thử nghiệm.
Thời gian đăng: 22-07-2022