1. Giới thiệu
Để đảm bảo độ kín dọc của cáp quang và ngăn nước và hơi ẩm xâm nhập vào cáp hoặc hộp nối, gây ăn mòn kim loại và sợi quang, dẫn đến hư hỏng do hydro, đứt sợi và giảm mạnh hiệu suất cách điện, các phương pháp sau đây thường được sử dụng để ngăn nước và hơi ẩm:
1) Việc đổ đầy mỡ thixotropic vào bên trong cáp, bao gồm loại chống thấm nước (kỵ nước), loại trương nở khi tiếp xúc với nước và loại giãn nở khi nóng, v.v. Loại vật liệu này là vật liệu dạng dầu, cần lượng lớn để đổ đầy, chi phí cao, dễ gây ô nhiễm môi trường, khó làm sạch (đặc biệt là khi nối cáp cần dùng dung môi để làm sạch), và làm tăng trọng lượng của cáp quá nhiều.
2) Phương pháp sử dụng vòng chắn nước bằng keo nóng chảy giữa lớp vỏ trong và ngoài không hiệu quả, quy trình phức tạp, chỉ một số ít nhà sản xuất có thể thực hiện được. 3) Sử dụng vật liệu chắn nước giãn nở khô (bột giãn nở hút nước, băng chắn nước, v.v.). Phương pháp này đòi hỏi công nghệ cao, tiêu hao vật liệu, chi phí cao, trọng lượng bản thân cáp cũng quá nặng. Trong những năm gần đây, cấu trúc “lõi khô” đã được đưa vào cáp quang và được ứng dụng rộng rãi ở nước ngoài, đặc biệt là trong việc giải quyết vấn đề trọng lượng bản thân lớn và quy trình nối phức tạp của cáp quang có số lượng lõi lớn, mang lại những ưu điểm vượt trội. Vật liệu chắn nước được sử dụng trong cáp “lõi khô” này là sợi chắn nước. Sợi chắn nước có thể nhanh chóng hấp thụ nước và trương nở tạo thành gel, chặn không gian của kênh dẫn nước trong cáp, từ đó đạt được mục đích chắn nước. Ngoài ra, sợi chắn nước không chứa chất dầu mỡ và thời gian cần thiết để chuẩn bị mối nối có thể giảm đáng kể mà không cần dùng khăn lau, dung môi và chất tẩy rửa. Để có được vật liệu chống thấm nước với quy trình đơn giản, thi công thuận tiện, hiệu suất đáng tin cậy và chi phí thấp, chúng tôi đã phát triển một loại sợi chống thấm nước mới cho cáp quang - sợi chống thấm nước có khả năng trương nở.
2. Nguyên lý chống thấm nước và đặc điểm của sợi chống thấm nước
Chức năng chống thấm của sợi chống thấm là sử dụng phần thân chính của các sợi chống thấm để tạo thành một lượng lớn gel (khả năng hấp thụ nước có thể đạt đến hàng chục lần thể tích của chính nó, ví dụ như trong phút đầu tiên, nước có thể nhanh chóng giãn nở từ khoảng 0,5mm lên khoảng 5,0mm đường kính), và khả năng giữ nước của gel khá mạnh, có thể ngăn chặn hiệu quả sự phát triển của các đốm nước, do đó ngăn nước tiếp tục thấm và lan rộng, đạt được mục đích chống thấm nước. Vì cáp quang phải chịu đựng các điều kiện môi trường khác nhau trong quá trình sản xuất, thử nghiệm, vận chuyển, lưu trữ và sử dụng, nên sợi chống thấm phải có các đặc điểm sau để được sử dụng trong cáp quang:
1) Bề ngoài sạch sẽ, độ dày đồng đều và kết cấu mềm mại;
2) Độ bền cơ học nhất định để đáp ứng yêu cầu về lực căng khi tạo hình cáp;
3) Khả năng trương nở nhanh, độ ổn định hóa học tốt và độ bền cao trong việc hấp thụ nước và tạo gel;
4) Độ ổn định hóa học tốt, không chứa thành phần ăn mòn, kháng khuẩn và nấm mốc;
5) Độ ổn định nhiệt tốt, khả năng chống chịu thời tiết tốt, thích ứng với nhiều quy trình và sản phẩm tiếp theo cũng như nhiều môi trường sử dụng khác nhau;
6) Khả năng tương thích tốt với các vật liệu khác của cáp quang.
3. Sợi chống thấm nước trong ứng dụng cáp quang
3.1 Việc sử dụng sợi chống thấm nước trong cáp quang
Các nhà sản xuất cáp quang có thể áp dụng các cấu trúc cáp khác nhau trong quá trình sản xuất để đáp ứng nhu cầu của người dùng dựa trên tình hình thực tế và yêu cầu của họ:
1) Chống thấm nước theo chiều dọc lớp vỏ ngoài bằng các sợi chống thấm nước.
Trong phương pháp bọc thép nhăn, lớp vỏ ngoài phải chống thấm nước theo chiều dọc để ngăn hơi ẩm xâm nhập vào cáp hoặc hộp nối. Để đạt được khả năng chống thấm nước theo chiều dọc của lớp vỏ ngoài, người ta sử dụng hai sợi chống thấm nước, một sợi được đặt song song với lõi cáp vỏ trong, và sợi còn lại được quấn quanh lõi cáp với khoảng cách nhất định (8 đến 15 cm), được phủ bằng thép nhăn và PE (polyethylene), sao cho sợi chống thấm nước chia khoảng trống giữa lõi cáp và thép thành các khoang nhỏ kín. Sợi chống thấm nước sẽ trương nở và tạo thành gel trong thời gian ngắn, ngăn nước xâm nhập vào cáp và giữ nước lại trong một vài khoang nhỏ gần điểm sự cố, từ đó đạt được mục đích chống thấm nước theo chiều dọc, như thể hiện trong Hình 1.
Hình 1: Cách sử dụng điển hình của sợi chống thấm nước trong cáp quang.
2) Chống thấm nước theo chiều dọc lõi cáp bằng sợi chống thấm nướcCó thể sử dụng hai loại sợi chống thấm trong lõi cáp, một là sử dụng hai sợi chống thấm trong lõi cáp có dây thép gia cường, thường là một sợi chống thấm và dây thép gia cường đặt song song, sợi chống thấm còn lại được quấn quanh dây với khoảng cách lớn hơn, hoặc sử dụng sợi chống thấm có khả năng giãn nở mạnh để ngăn nước; thứ hai là sử dụng sợi chống thấm như sợi buộc trên bề mặt vỏ cáp, trước khi ép lớp vỏ bên trong, sử dụng hai sợi chống thấm với khoảng cách nhỏ hơn (1 ~ 2cm) theo hướng ngược nhau, tạo thành một cụm sợi chắn dày đặc và nhỏ, ngăn nước xâm nhập, tạo nên cấu trúc “lõi cáp khô”.
3.2 Lựa chọn các loại sợi chống thấm nước
Để đạt được cả khả năng chống nước tốt và hiệu suất gia công cơ học đạt yêu cầu trong quá trình sản xuất cáp quang, cần lưu ý các khía cạnh sau khi lựa chọn sợi chống nước:
1) Độ dày của sợi chống thấm nước
Để đảm bảo sự giãn nở của sợi chống thấm có thể lấp đầy khoảng trống trong tiết diện của cáp, việc lựa chọn độ dày của sợi chống thấm là rất quan trọng. Tất nhiên, điều này liên quan đến kích thước cấu trúc của cáp và tỷ lệ giãn nở của sợi chống thấm. Trong cấu trúc cáp cần giảm thiểu sự tồn tại của các khoảng trống, chẳng hạn như khi sử dụng sợi chống thấm có tỷ lệ giãn nở cao, thì đường kính của sợi chống thấm có thể được giảm xuống mức nhỏ nhất, để có được hiệu quả chống thấm đáng tin cậy, đồng thời tiết kiệm chi phí.
2) Tốc độ trương nở và độ bền gel của sợi chống thấm nước
Thử nghiệm khả năng chống thấm nước theo tiêu chuẩn IEC794-1-F5B được thực hiện trên toàn bộ tiết diện của cáp quang. Một cột nước cao 1m được thêm vào mẫu cáp quang dài 3m, nếu không bị rò rỉ trong 24 giờ thì đạt yêu cầu. Nếu tốc độ trương nở của sợi chống thấm không theo kịp tốc độ thấm nước, có thể nước sẽ thấm qua mẫu trong vòng vài phút sau khi bắt đầu thử nghiệm và sợi chống thấm chưa trương nở hoàn toàn, mặc dù sau một thời gian sợi chống thấm sẽ trương nở hoàn toàn và ngăn được nước, nhưng đây cũng là một thất bại. Nếu tốc độ giãn nở nhanh hơn và độ bền của gel không đủ, không đủ để chống lại áp lực tạo ra bởi cột nước cao 1m, thì khả năng chống thấm cũng sẽ bị lỗi.
3) Độ mềm mại của sợi chống thấm nước
Vì độ mềm của sợi chống thấm ảnh hưởng đến các tính chất cơ học của cáp, đặc biệt là áp lực ngang, khả năng chống va đập, v.v., nên tác động này càng rõ rệt. Do đó, nên cần cố gắng sử dụng loại sợi chống thấm mềm hơn.
4) Độ bền kéo, độ giãn dài và chiều dài của sợi chống thấm nước
Trong quá trình sản xuất từng đoạn máng cáp, sợi chống thấm phải được sử dụng liên tục và không bị gián đoạn, điều này đòi hỏi sợi chống thấm phải có độ bền kéo và độ giãn nhất định để đảm bảo sợi chống thấm không bị kéo giãn trong quá trình sản xuất, và trong trường hợp cáp bị kéo căng, uốn cong, xoắn, sợi chống thấm không bị hư hại. Chiều dài của sợi chống thấm chủ yếu phụ thuộc vào chiều dài của máng cáp, để giảm số lần thay sợi trong quá trình sản xuất liên tục, chiều dài sợi chống thấm càng dài càng tốt.
5) Độ axit và độ kiềm của sợi chống thấm nước phải trung tính, nếu không sợi chống thấm nước sẽ phản ứng với vật liệu cáp và tạo ra khí hydro.
6) Độ ổn định của sợi chống thấm nước
Bảng 2: So sánh cấu trúc chống thấm của sợi chống thấm với các vật liệu chống thấm khác
| So sánh các mặt hàng | Nhân thạch | Vòng nút nước nóng chảy | Băng keo chống thấm nước | Sợi chống thấm nước |
| Khả năng chống nước | Tốt | Tốt | Tốt | Tốt |
| Khả năng xử lý | Đơn giản | Phức tap | Phức tạp hơn | Đơn giản |
| Tính chất cơ học | Đạt tiêu chuẩn | Đạt tiêu chuẩn | Đạt tiêu chuẩn | Đạt tiêu chuẩn |
| Độ tin cậy lâu dài | Tốt | Tốt | Tốt | Tốt |
| Lực liên kết vỏ | Hội chợ | Tốt | Hội chợ | Tốt |
| Rủi ro kết nối | Đúng | No | No | No |
| Hiệu ứng oxy hóa | Đúng | No | No | No |
| Dung môi | Đúng | No | No | No |
| Khối lượng trên mỗi đơn vị chiều dài của cáp quang | Nặng | Ánh sáng | Nặng hơn | Ánh sáng |
| Dòng vật chất không mong muốn | Khả thi | No | No | No |
| Vệ sinh trong sản xuất | Nghèo | Nhiều người nghèo hơn | Tốt | Tốt |
| Xử lý vật liệu | Thùng sắt nặng | Đơn giản | Đơn giản | Đơn giản |
| Đầu tư vào thiết bị | Lớn | Lớn | Lớn hơn | Bé nhỏ |
| Chi phí nguyên vật liệu | Cao hơn | Thấp | Cao hơn | Thấp hơn |
| Chi phí sản xuất | Cao hơn | Cao hơn | Cao hơn | Thấp hơn |
Độ ổn định của sợi chống thấm chủ yếu được đo bằng độ ổn định ngắn hạn và độ ổn định dài hạn. Độ ổn định ngắn hạn chủ yếu xem xét sự tăng nhiệt độ ngắn hạn (nhiệt độ quá trình ép đùn lên đến 220 ~ 240 °C) ảnh hưởng đến tính chất chống thấm và tính chất cơ học của sợi chống thấm; độ ổn định dài hạn chủ yếu xem xét sự lão hóa của sợi chống thấm, tốc độ giãn nở, độ bền và độ ổn định của gel, độ bền kéo và độ giãn dài, sợi chống thấm phải duy trì khả năng chống thấm trong suốt vòng đời của cáp (20 ~ 30 năm). Tương tự như mỡ chống thấm và băng chống thấm, độ bền và độ ổn định của gel trong sợi chống thấm là một đặc tính quan trọng. Sợi chống thấm có độ bền gel cao và độ ổn định tốt có thể duy trì khả năng chống thấm tốt trong một thời gian đáng kể. Ngược lại, theo các tiêu chuẩn quốc gia liên quan của Đức, một số vật liệu trong điều kiện thủy phân, gel sẽ phân hủy thành vật liệu có trọng lượng phân tử thấp rất dễ di chuyển và sẽ không đạt được mục đích chống thấm lâu dài.
3.3 Ứng dụng của sợi chống thấm nước
Sợi chống thấm là một vật liệu chống thấm tuyệt vời cho cáp quang, đang thay thế cho các loại keo dầu, vòng chống thấm bằng keo nóng chảy và băng chống thấm, v.v., được sử dụng với số lượng lớn trong sản xuất cáp quang. Bảng 2 trình bày một số đặc điểm của các vật liệu chống thấm này để so sánh.
4. Kết luận
Tóm lại, sợi chống thấm là một vật liệu chống thấm tuyệt vời, phù hợp cho cáp quang. Nó có đặc điểm cấu tạo đơn giản, hiệu suất đáng tin cậy, hiệu quả sản xuất cao, dễ sử dụng; và việc sử dụng vật liệu này để lấp đầy cáp quang có ưu điểm là trọng lượng nhẹ, hiệu suất đáng tin cậy và chi phí thấp.
Thời gian đăng bài: 16/7/2022