การวิเคราะห์วัสดุหุ้มสายเคเบิลใยแก้วนำแสง: การปกป้องรอบด้าน ตั้งแต่การใช้งานพื้นฐานจนถึงการใช้งานพิเศษ

ปลอกหุ้มหรือปลอกหุ้มชั้นนอกเป็นชั้นป้องกันที่อยู่นอกสุดในโครงสร้างของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง โดยส่วนใหญ่ทำจากวัสดุปลอกหุ้ม PE และวัสดุปลอกหุ้ม PVC และในบางกรณีพิเศษจะใช้วัสดุปลอกหุ้มกันไฟที่ปราศจากฮาโลเจนและวัสดุปลอกหุ้มกันไฟฟ้าลัดวงจร

1. วัสดุหุ้ม PE
PE เป็นคำย่อของโพลีเอทิลีน ซึ่งเป็นสารประกอบพอลิเมอร์ที่เกิดจากการพอลิเมอไรเซชันของเอทิลีน วัสดุหุ้มสายเคเบิลใยแก้วนำแสงสีดำทำจากการผสมและอัดเม็ดเรซินโพลีเอทิลีนกับสารทำให้คงตัว คาร์บอนแบล็ก สารต้านอนุมูลอิสระ และสารเพิ่มความยืดหยุ่นในสัดส่วนที่กำหนด วัสดุหุ้มสายเคเบิลใยแก้วนำแสงโพลีเอทิลีนสามารถแบ่งออกเป็นโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้น (LLDPE) โพลีเอทิลีนความหนาแน่นปานกลาง (MDPE) และโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) ตามความหนาแน่น เนื่องจากความหนาแน่นและโครงสร้างโมเลกุลที่แตกต่างกัน จึงทำให้มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ หรือที่เรียกว่าโพลีเอทิลีนความดันสูง เกิดจากการโคพอลิเมอไรเซชันของเอทิลีนที่ความดันสูง (มากกว่า 1500 บรรยากาศ) ที่อุณหภูมิ 200-300°C โดยใช้ออกซิเจนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ดังนั้น โซ่โมเลกุลของโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำจึงประกอบด้วยกิ่งก้านหลายกิ่งที่มีความยาวต่างกัน มีระดับการแตกกิ่งของโซ่สูง โครงสร้างไม่สม่ำเสมอ มีความเป็นผลึกต่ำ และมีความยืดหยุ่นและการยืดตัวที่ดี โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง หรือที่เรียกว่าโพลีเอทิลีนความดันต่ำ เกิดจากการพอลิเมอไรเซชันของเอทิลีนที่ความดันต่ำ (1-5 บรรยากาศ) และอุณหภูมิ 60-80°C โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอะลูมิเนียมและไทเทเนียม เนื่องจากโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูงมีการกระจายน้ำหนักโมเลกุลที่แคบและการจัดเรียงโมเลกุลที่เป็นระเบียบ จึงมีคุณสมบัติทางกลที่ดี ทนต่อสารเคมีได้ดี และมีช่วงอุณหภูมิการใช้งานที่กว้าง วัสดุหุ้มโพลีเอทิลีนความหนาแน่นปานกลางทำขึ้นโดยการผสมโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูงและโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำในสัดส่วนที่เหมาะสม หรือโดยการพอลิเมอไรซ์โมโนเมอร์เอทิลีนและโพรพิลีน (หรือโมโนเมอร์ตัวที่สองคือ 1-บิวทีน) ดังนั้น คุณสมบัติของโพลีเอทิลีนความหนาแน่นปานกลางจึงอยู่ระหว่างโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูงและโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ โดยมีทั้งความยืดหยุ่นของโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ และความทนทานต่อการสึกหรอและความแข็งแรงดึงที่ดีเยี่ยมของโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้นถูกสังเคราะห์โดยวิธีเฟสแก๊สความดันต่ำหรือวิธีสารละลายด้วยเอทิลีนโมโนเมอร์และ 2-โอเลฟิน ระดับการแตกแขนงของโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำเชิงเส้นอยู่ระหว่างความหนาแน่นต่ำและความหนาแน่นสูง ดังนั้นจึงมีความทนทานต่อการแตกร้าวจากความเค้นในสภาพแวดล้อมได้ดีเยี่ยม ความทนทานต่อการแตกร้าวจากความเค้นในสภาพแวดล้อมเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญอย่างยิ่งในการระบุคุณภาพของวัสดุ PE หมายถึงปรากฏการณ์ที่ชิ้นงานทดสอบวัสดุแตกร้าวภายใต้ความเค้นดัดในสภาพแวดล้อมของสารลดแรงตึงผิว ปัจจัยที่ส่งผลต่อการแตกร้าวจากความเค้นของวัสดุ ได้แก่ น้ำหนักโมเลกุล การกระจายตัวของน้ำหนักโมเลกุล ความเป็นผลึก และโครงสร้างจุลภาคของโซ่โมเลกุล ยิ่งน้ำหนักโมเลกุลมากเท่าไร การกระจายตัวของน้ำหนักโมเลกุลก็จะยิ่งแคบลงเท่านั้น การเชื่อมต่อระหว่างแผ่นเวเฟอร์ก็จะยิ่งมากขึ้น ความต้านทานต่อการแตกร้าวจากความเครียดทางสิ่งแวดล้อมของวัสดุก็จะยิ่งดีขึ้น และอายุการใช้งานของวัสดุก็จะยาวนานขึ้น ในขณะเดียวกัน การตกผลึกของวัสดุก็ส่งผลต่อตัวบ่งชี้นี้เช่นกัน ยิ่งความเป็นผลึกต่ำเท่าไร ความต้านทานต่อการแตกร้าวจากความเครียดทางสิ่งแวดล้อมของวัสดุก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ความแข็งแรงดึงและการยืดตัว ณ จุดแตกหักของวัสดุ PE เป็นอีกตัวบ่งชี้หนึ่งที่ใช้วัดประสิทธิภาพของวัสดุ และยังสามารถคาดการณ์จุดสิ้นสุดของการใช้งานของวัสดุได้อีกด้วย ปริมาณคาร์บอนในวัสดุ PE สามารถต้านทานการกัดกร่อนของรังสีอัลตราไวโอเลตบนวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสารต้านอนุมูลอิสระสามารถปรับปรุงคุณสมบัติการต้านอนุมูลอิสระของวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2. วัสดุหุ้ม PVC
วัสดุหน่วงไฟ PVC ประกอบด้วยอะตอมคลอรีน ซึ่งจะเผาไหม้ในเปลวไฟ เมื่อเผาไหม้แล้วจะสลายตัวและปล่อยก๊าซ HCl ที่กัดกร่อนและเป็นพิษจำนวนมาก ซึ่งจะก่อให้เกิดอันตรายรอง แต่จะดับลงเองเมื่อพ้นจากเปลวไฟ ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติที่ไม่ลุกลามของเปลวไฟ ในขณะเดียวกัน วัสดุหุ้ม PVC มีความยืดหยุ่นและยืดตัวได้ดี และถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงภายในอาคาร

3. วัสดุหุ้มกันไฟปราศจากฮาโลเจน
เนื่องจากโพลีไวนิลคลอไรด์จะปล่อยก๊าซพิษเมื่อเผาไหม้ จึงมีการพัฒนาวัสดุหุ้มกันไฟที่ปราศจากควัน ฮาโลเจน ปลอดสารพิษ และสะอาด โดยการเติมสารหน่วงไฟอนินทรีย์ เช่น Al(OH)3 และ Mg(OH)2 ลงในวัสดุหุ้มทั่วไป ซึ่งจะปล่อยน้ำผลึกออกมาเมื่อสัมผัสกับไฟและดูดซับความร้อนจำนวนมาก จึงช่วยป้องกันไม่ให้อุณหภูมิของวัสดุหุ้มสูงขึ้นและป้องกันการเผไหม้ เนื่องจากการเติมสารหน่วงไฟอนินทรีย์ลงในวัสดุหุ้มกันไฟที่ปราศจากฮาโลเจน จะทำให้การนำความร้อนของพอลิเมอร์เพิ่มขึ้น ในขณะเดียวกัน เรซินและสารหน่วงไฟอนินทรีย์เป็นวัสดุสองเฟสที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ในระหว่างกระบวนการผลิต จำเป็นต้องป้องกันการผสมสารหน่วงไฟที่ไม่สม่ำเสมอในบริเวณใดบริเวณหนึ่ง ควรเติมสารหน่วงไฟอนินทรีย์ในปริมาณที่เหมาะสม หากสัดส่วนมากเกินไป ความแข็งแรงเชิงกลและการยืดตัวเมื่อขาดของวัสดุจะลดลงอย่างมาก ตัวชี้วัดสำหรับการประเมินคุณสมบัติการหน่วงไฟของสารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจน ได้แก่ ดัชนีออกซิเจนและความเข้มข้นของควัน ดัชนีออกซิเจนคือความเข้มข้นของออกซิเจนขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับวัสดุในการรักษาสมดุลการเผาไหม้ในก๊าซผสมของออกซิเจนและไนโตรเจน ยิ่งดัชนีออกซิเจนสูงเท่าไร คุณสมบัติการหน่วงไฟของวัสดุก็ยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ความเข้มข้นของควันคำนวณได้จากการวัดการส่งผ่านของลำแสงขนานที่ผ่านควันซึ่งเกิดจากการเผาไหม้ของวัสดุในพื้นที่และระยะทางแสงที่กำหนด ยิ่งความเข้มข้นของควันต่ำเท่าไร การปล่อยควันก็ยิ่งน้อยลง และประสิทธิภาพของวัสดุก็ยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

4. วัสดุหุ้มที่ทนต่อรอยขีดข่วนจากไฟฟ้า
ในระบบสื่อสารไฟฟ้า มีการติดตั้งสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบรองรับตัวเองได้ (ADSS) จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ บนเสาเดียวกันกับสายส่งไฟฟ้าแรงสูง เพื่อเอาชนะผลกระทบของสนามไฟฟ้าเหนี่ยวนำแรงสูงต่อปลอกสายเคเบิล จึงมีการพัฒนาและผลิตวัสดุปลอกสายเคเบิลที่ทนต่อรอยขีดข่วนจากไฟฟ้าขึ้นใหม่ โดยควบคุมปริมาณผงคาร์บอน ขนาด และการกระจายตัวของอนุภาคผงคาร์บอนอย่างเข้มงวด พร้อมทั้งเติมสารเติมแต่งพิเศษ เพื่อให้วัสดุปลอกสายเคเบิลมีคุณสมบัติทนต่อรอยขีดข่วนจากไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม