สารอุดช่องว่างสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสง: หน้าที่หลักและการวิเคราะห์ทางเทคนิค

ในโครงสร้างของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง สารเติมเต็มเป็นชั้นที่มักถูกมองข้ามแต่มีความสำคัญอย่างยิ่ง มันไม่ได้มีส่วนร่วมโดยตรงในการส่งสัญญาณแสง และมองเห็นได้ชัดเจนเหมือนปลอกหุ้มด้านนอก แต่ส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือและความเสถียรในการส่งสัญญาณในระยะยาวของสายเคเบิล ทำให้มันเป็นวัสดุสำคัญที่จำเป็นต่อการรับประกันการใช้งานสายเคเบิลในระยะยาว

I. สารเติมเต็มคืออะไร และเหตุใดจึงเป็น “สิ่งจำเป็น” สำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสง?

สารที่ใช้เติมในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงไม่ใช่ "จาระบี" หรือ "วาสลีน" ทั่วไป แต่เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติคล้ายเนื้อครีมกึ่งโปร่งใส ประกอบด้วยน้ำมันพื้นฐาน ระบบเพิ่มความหนืด ส่วนประกอบป้องกันน้ำ ระบบต้านอนุมูลอิสระ และวัสดุอื่นๆ แกนกลางของใยแก้วนำแสงเป็นเส้นใยแก้วควอตซ์ที่ละเอียดมาก ซึ่งมีความไวต่อปัจจัยสำคัญสามประการ ได้แก่ ความไวต่อน้ำ ความชื้น และแรงกดทางกล เมื่อความชื้นแทรกซึมเข้าไปในพื้นผิวของใยแก้วนำแสง จะทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กและนำไปสู่การลดทอนสัญญาณที่เพิ่มขึ้น ซึ่งอาจทำให้ใยแก้วนำแสงเสียหายในระยะยาว นอกจากนี้ ยังมีช่องว่างขนาดเล็กจำนวนมากภายในโครงสร้างของสายเคเบิล เช่น ระหว่างท่อที่หลวม ในช่องว่างของแกนกลาง และรอบๆ ชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรง ซึ่งสามารถก่อให้เกิดทางผ่านสำหรับการเคลื่อนที่ของน้ำและความชื้นได้

หน้าที่หลักของสารเติมเต็มนั้นสะท้อนให้เห็นในสองด้าน ประการแรก คือ การป้องกันน้ำและความชื้น: สารเติมเต็มจะเข้าไปเติมเต็มช่องว่างภายในสายเคเบิลอย่างสมบูรณ์ ก่อให้เกิดชั้นป้องกันน้ำอย่างต่อเนื่อง ซึ่งช่วยป้องกันการซึมของน้ำตามแนวยาวได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปกป้องเสถียรภาพโครงสร้างของใยแก้วนำแสงได้อย่างดีเยี่ยม ประการที่สอง คือ การป้องกันการกระแทกทางกล: ภายในท่อหลวม สารเติมเต็มจะเคลือบใยแก้วนำแสงเพื่อสร้างชั้นรองรับที่ยืดหยุ่น เมื่อสายเคเบิลได้รับแรงภายนอก เช่น การดัดงอ การดึง หรือการสั่นสะเทือน สารเติมเต็มจะกระจายแรงกดได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดความเสี่ยงของการสูญเสียจากการดัดงอเล็กน้อย จึงมั่นใจได้ว่าการส่งสัญญาณจะมีเสถียรภาพ

II. เจลสำหรับเส้นใยและเจลสำหรับสายเคเบิล: บทบาทและความรับผิดชอบที่แตกต่างกัน

ในอุตสาหกรรมสายเคเบิลใยแก้วนำแสง สารที่ใช้เป็นไส้ในส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองประเภท:ไฟเบอร์เจลและเคเบิลเจลลี่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในตำแหน่งงานที่สมัครและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ

ไฟเบอร์เจลเป็นวัสดุใช้งานที่สัมผัสโดยตรงกับใยแก้วนำแสง โดยส่วนใหญ่จะเติมเต็มภายในท่อหลวมหรือโครงสร้างแกนกลาง เพื่อรักษาการสัมผัสโดยตรงกับใยแก้วในระยะยาว ดังนั้น ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพจึงเข้มงวดมาก: ต้องมีความสะอาดสูงมาก ปราศจากสิ่งเจือปนทางกล มีคุณสมบัติความเครียดต่ำที่ดีซึ่งไม่ทำให้เกิดการโค้งงอเล็กน้อยบนใยแก้ว มีค่าความเป็นกรดต่ำหรือใกล้เคียงกับค่ากลางเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบทางเคมีในระยะยาวต่อการเคลือบใยแก้ว และต้องควบคุมประสิทธิภาพการเกิดไฮโดรเจนอย่างเข้มงวด เนื่องจากไฮโดรเจนสามารถทำให้เกิดการสูญเสียการดูดซับ OH ในใยแก้วนำแสง ซึ่งนำไปสู่การลดทอนสัญญาณที่เพิ่มขึ้นในย่านความถี่ 1.38 ไมโครเมตร ในแง่ของการเลือกน้ำมันพื้นฐาน ไฟเบอร์เจลส่วนใหญ่ใช้น้ำมันแร่ไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงหรือระบบน้ำมันพื้นฐานสังเคราะห์ ซึ่งมีข้อดีคือโครงสร้างโมเลกุลที่เสถียรและความสม่ำเสมอสูงระหว่างแต่ละล็อต ทำให้เหมาะสมกว่าสำหรับการใช้งานสายเคเบิลที่มีความน่าเชื่อถือสูง

เคเบิลเจลส่วนใหญ่ใช้สำหรับเติมช่องว่างภายในแกน ช่องว่างในโครงสร้างแบบตีเกลียว หรือโครงสร้างชั้นนอกของสายเคเบิล โดยจะไม่สัมผัสกับใยแก้วนำแสงโดยตรง และหน้าที่หลักคือการป้องกันน้ำและการเติมเต็มโครงสร้างโดยรวม ดังนั้นข้อกำหนดด้านความสะอาดและประสิทธิภาพระดับใยแก้วนำแสงจึงค่อนข้างต่ำ แต่ต้องมีประสิทธิภาพในการป้องกันน้ำที่ดีและมีความเสถียรในระยะยาว ระบบน้ำมันพื้นฐานส่วนใหญ่ใช้น้ำมันแร่ไฮโดรเจนแบบแนฟเทนิกหรือแบบอินเตอร์มีเดียต ซึ่งให้ความสมดุลระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ ทำให้เหมาะสำหรับการป้องกันชั้นนอกมากกว่า

จากมุมมองของระบบวัสดุ สารเติมเต็มสามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภท ได้แก่ สารประกอบน้ำมันแร่ สารประกอบน้ำมันสังเคราะห์ และสารประกอบน้ำมันซิลิโคน สารประกอบน้ำมันแร่มีประสิทธิภาพคุ้มค่าสูงและเป็นที่นิยมใช้มากที่สุด สารประกอบน้ำมันสังเคราะห์มักใช้ PAO (โพลีอัลฟาโอเลฟิน) เป็นน้ำมันพื้นฐาน ให้ประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยมทั้งในอุณหภูมิสูงและต่ำ รวมถึงความเสถียรต่อการออกซิเดชัน สารประกอบน้ำมันซิลิโคนเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและต่ำมาก รักษาประสิทธิภาพได้อย่างเสถียรในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ -70°C ถึง 200°C แต่มีราคาสูงกว่าและไม่สามารถใช้ร่วมกับระบบน้ำมันแร่ได้

III. ปัญหาทั่วไปและมาตรการแก้ไขในการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ

ในระหว่างกระบวนการผลิต การติดตั้ง และการใช้งานระยะยาวของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง อาจเกิดปัญหาด้านประสิทธิภาพต่างๆ ขึ้นกับสารที่ใช้เป็นไส้ในได้

โดยทั่วไป การแยกตัวของน้ำมันจะเกิดขึ้นเมื่อน้ำมันพื้นฐานแยกตัวออกจากระบบสารประกอบ ทำให้การกระจายตัวของสารประกอบไม่สม่ำเสมอ ซึ่งส่งผลให้เกิดแรงเค้นที่ไม่สม่ำเสมอต่อเส้นใยนำแสงและเพิ่มการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อย สาเหตุหลักมักเกี่ยวข้องกับการออกแบบระบบเพิ่มความหนืดหรือการควบคุมกระบวนการกระจายตัว

การแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำจะเห็นได้ชัดเจนมากขึ้นในบริเวณที่มีอากาศหนาวเย็น ระบบน้ำมันแร่แบบดั้งเดิมจะมีคุณสมบัติความยืดหยุ่นลดลงที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้ไม่สามารถให้การปกป้องแบบบัฟเฟอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งอาจนำไปสู่การสัมผัสโดยตรงระหว่างใยแก้วนำแสงกับผนังท่อ ควรปรับปรุงประสิทธิภาพโดยการเลือกใช้ระบบน้ำมันสังเคราะห์หรือน้ำมันซิลิโคน

ปัญหาความเข้ากันได้ส่วนใหญ่มักปรากฏในรูปของความไม่เข้ากันทางกายภาพหรือทางเคมีระหว่างสารประกอบกับวัสดุต่างๆ เช่น ท่อ PBT แบบหลวมๆ สารเคลือบเส้นใย และวัสดุกันน้ำ ซึ่งอาจนำไปสู่การบวมของวัสดุหรือประสิทธิภาพที่ลดลงในระยะยาว ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการทดสอบความเข้ากันได้อย่างเข้มงวดในการใช้งานจริง

ปัญหาการเกิดก๊าซไฮโดรเจนส่วนใหญ่เกิดจากส่วนประกอบที่ไม่เสถียรในปริมาณเล็กน้อยในระบบสารประกอบ ซึ่งอาจค่อยๆ ปล่อยก๊าซไฮโดรเจนออกมาในระหว่างการใช้งานระยะยาว ส่งผลให้ใยแก้วนำแสงลดทอนสัญญาณมากขึ้น ดังนั้น การควบคุมความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบและความชื้นในสภาพแวดล้อมการผลิตอย่างเข้มงวดจึงเป็นสิ่งจำเป็น

ปัญหาในกระบวนการบรรจุเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติความหนืดของสารประกอบและพารามิเตอร์ควบคุมของอุปกรณ์ เช่น ความเร็วในการบรรจุ การควบคุมอุณหภูมิ และการกระจายแรงดันที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งทั้งหมดนี้อาจส่งผลต่อความสม่ำเสมอของการกระจายตัวของสารประกอบภายในท่อหลวม และส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพโดยรวมของสายเคเบิลในที่สุด

บทสรุป
แม้ว่าสารเติมเต็มจะไม่ได้มีบทบาทเด่นในโครงสร้างสายเคเบิล แต่ก็เป็นวัสดุสำคัญที่มีผลต่อความน่าเชื่อถือในระยะยาวและประสิทธิภาพการส่งสัญญาณของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง มันมีบทบาทที่ขาดไม่ได้ในการป้องกันน้ำ การต้านทานความชื้น การปรับสมดุล และความเสถียรของโครงสร้าง เนื่องจากเครือข่ายการสื่อสารใยแก้วนำแสงยังคงพัฒนาไปสู่ความเร็วที่สูงขึ้น ความจุที่มากขึ้น และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพและความต้องการในการควบคุมกระบวนการสำหรับสารเติมเต็มสายเคเบิลจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเช่นกัน