1 บทนำ
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการสื่อสารในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา การประยุกต์ใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงจึงขยายตัวมากขึ้น ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสงยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความต้องการด้านคุณภาพของวัสดุที่ใช้ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน เทปกันน้ำสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเป็นวัสดุกันน้ำที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมสายเคเบิลใยแก้วนำแสง บทบาทของการปิดผนึก การกันน้ำ การป้องกันความชื้น และการป้องกันบัฟเฟอร์ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง ความหลากหลายและประสิทธิภาพของวัสดุนี้ได้รับการพัฒนาและพัฒนาอย่างต่อเนื่องด้วยการพัฒนาสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ได้มีการนำโครงสร้าง "แกนแห้ง" มาใช้ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง วัสดุกั้นน้ำสำหรับสายเคเบิลประเภทนี้มักประกอบด้วยเทป เส้นด้าย หรือสารเคลือบผิว เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำซึมผ่านเข้าไปในแกนสายเคเบิลตามแนวยาว ด้วยการยอมรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแกนแห้งที่เพิ่มขึ้น วัสดุสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแกนแห้งจึงเข้ามาแทนที่สารประกอบปิโตรเลียมเจลลีแบบเดิมอย่างรวดเร็ว วัสดุแกนแห้งใช้พอลิเมอร์ที่ดูดซับน้ำได้อย่างรวดเร็วจนกลายเป็นไฮโดรเจล ซึ่งจะพองตัวและเติมเต็มช่องระบายน้ำของสายเคเบิล นอกจากนี้ เนื่องจากวัสดุแกนแห้งไม่มีคราบไขมันเหนียว จึงไม่จำเป็นต้องใช้ผ้าเช็ดทำความสะอาด ตัวทำละลาย หรือน้ำยาทำความสะอาดในการเตรียมสายเคเบิลสำหรับการต่อสาย และช่วยลดเวลาในการต่อสายได้อย่างมาก น้ำหนักเบาของสายเคเบิลและการยึดเกาะที่ดีระหว่างเส้นใยเสริมแรงด้านนอกและปลอกหุ้มสาย จึงไม่ลดลง จึงเป็นตัวเลือกยอดนิยม
2 ผลกระทบของน้ำต่อสายเคเบิลและกลไกการต้านทานน้ำ
เหตุผลหลักที่ควรใช้มาตรการป้องกันน้ำหลากหลายวิธีคือ น้ำที่เข้าไปในสายเคเบิลจะสลายตัวเป็นไฮโดรเจนและไอออน O H- ซึ่งจะเพิ่มการสูญเสียการส่งผ่านของเส้นใยแก้วนำแสง ลดประสิทธิภาพของเส้นใย และทำให้สายเคเบิลมีอายุการใช้งานสั้นลง มาตรการป้องกันน้ำที่นิยมใช้กันมากที่สุดคือการเติมปิโตรเลียมเพสต์และเทปป้องกันน้ำ ซึ่งจะถูกอุดช่องว่างระหว่างแกนกลางและปลอกหุ้มสายเคเบิลเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำและความชื้นแพร่กระจายในแนวตั้ง จึงมีบทบาทในการป้องกันน้ำ
เมื่อใช้เรซินสังเคราะห์ในปริมาณมากเป็นฉนวนในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสายเคเบิล) วัสดุฉนวนเหล่านี้ก็ไม่สามารถต้านทานการรั่วซึมของน้ำได้เช่นกัน การก่อตัวของ “ต้นไม้น้ำ” ในวัสดุฉนวนเป็นสาเหตุหลักของผลกระทบต่อประสิทธิภาพการส่งผ่าน กลไกที่ต้นไม้น้ำส่งผลกระทบต่อวัสดุฉนวนมักอธิบายได้ดังนี้: เนื่องจากสนามไฟฟ้าแรงสูง (อีกสมมติฐานหนึ่งคือคุณสมบัติทางเคมีของเรซินเปลี่ยนแปลงไปจากการคายประจุอิเล็กตรอนที่เร่งตัวขึ้นอย่างอ่อน) โมเลกุลของน้ำจึงแทรกซึมผ่านรูพรุนขนาดเล็กจำนวนต่างๆ ที่มีอยู่ในวัสดุหุ้มของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง โมเลกุลของน้ำจะแทรกซึมผ่านรูพรุนขนาดเล็กจำนวนต่างๆ ที่มีอยู่ในวัสดุหุ้มสายเคเบิล ก่อให้เกิด “ต้นไม้น้ำ” ค่อยๆ สะสมน้ำปริมาณมากและแพร่กระจายไปในทิศทางตามยาวของสายเคเบิล ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของสายเคเบิล หลังจากการวิจัยและทดสอบระดับนานาชาติหลายปี ในช่วงกลางทศวรรษ 1980 เพื่อค้นหาวิธีการกำจัดวิธีที่ดีที่สุดในการผลิตต้นไม้น้ำ นั่นคือ ก่อนที่สายเคเบิลจะอัดขึ้นรูป จะมีการหุ้มด้วยชั้นดูดซับน้ำและขยายตัวของกำแพงกั้นน้ำเพื่อยับยั้งและชะลอการเจริญเติบโตของต้นไม้น้ำ โดยปิดกั้นน้ำในสายเคเบิลภายในการแพร่กระจายตามยาว ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากความเสียหายจากภายนอกและการแทรกซึมของน้ำ กำแพงกั้นน้ำยังสามารถปิดกั้นน้ำได้อย่างรวดเร็ว โดยไม่แพร่กระจายตามยาวของสายเคเบิล
3 ภาพรวมของแผงกั้นน้ำแบบสายเคเบิล
3.1 การจำแนกประเภทของกำแพงกั้นน้ำสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
มีหลายวิธีในการจำแนกประเภทแผงกั้นน้ำสายเคเบิลออปติคัล ซึ่งสามารถจำแนกตามโครงสร้าง คุณภาพ และความหนา โดยทั่วไปสามารถจำแนกตามโครงสร้างได้ ได้แก่ แผงกั้นน้ำแบบเคลือบสองด้าน แผงกั้นน้ำแบบเคลือบด้านเดียว และแผงกั้นน้ำแบบฟิล์มคอมโพสิต หน้าที่ของแผงกั้นน้ำส่วนใหญ่เกิดจากวัสดุดูดซับน้ำสูง (เรียกว่าแผงกั้นน้ำ) ซึ่งสามารถพองตัวได้อย่างรวดเร็วหลังจากที่แผงกั้นน้ำสัมผัสกับน้ำ ทำให้เกิดเจลปริมาณมาก (แผงกั้นน้ำสามารถดูดซับน้ำได้มากกว่าตัวมันเองหลายร้อยเท่า) จึงป้องกันการเจริญเติบโตของต้นไม้น้ำและป้องกันการซึมผ่านและการแพร่กระจายของน้ำอย่างต่อเนื่อง โพลีแซ็กคาไรด์เหล่านี้ประกอบด้วยทั้งโพลีแซ็กคาไรด์จากธรรมชาติและโพลีแซ็กคาไรด์ที่ผ่านการดัดแปลงทางเคมี
แม้ว่าสารป้องกันน้ำจากธรรมชาติหรือกึ่งธรรมชาติเหล่านี้จะมีคุณสมบัติที่ดี แต่ก็มีข้อเสียร้ายแรงสองประการ:
1) ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และ 2) ติดไฟได้ง่าย จึงทำให้ไม่นิยมนำมาใช้ในวัสดุสายเคเบิลใยแก้วนำแสง วัสดุสังเคราะห์อีกประเภทหนึ่งที่ใช้เป็นวัสดุกันน้ำคือโพลีอะคริเลต ซึ่งสามารถใช้เป็นวัสดุกันน้ำสำหรับสายเคเบิลออปติกได้ เนื่องจากมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดดังต่อไปนี้: 1) เมื่อแห้งแล้ว จะสามารถต้านทานแรงเค้นที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตสายเคเบิลออปติกได้
2) เมื่อแห้งแล้ว สามารถทนต่อสภาวะการทำงานของสายเคเบิลออปติก (การเปลี่ยนอุณหภูมิจากอุณหภูมิห้องถึง 90 °C) โดยไม่กระทบต่ออายุการใช้งานของสายเคเบิล และยังทนต่ออุณหภูมิสูงได้ในช่วงเวลาสั้นๆ อีกด้วย
3) เมื่อน้ำเข้ามา พวกมันจะบวมอย่างรวดเร็วและกลายเป็นเจลที่มีอัตราการขยายตัวสูง
4) ผลิตเจลที่มีความหนืดสูง แม้ในอุณหภูมิสูง ความหนืดของเจลก็ยังคงเสถียรเป็นเวลานาน
การสังเคราะห์สารกันน้ำสามารถแบ่งได้กว้างๆ เป็นวิธีการทางเคมีแบบดั้งเดิม ได้แก่ วิธีย้อนกลับเฟส (วิธีเชื่อมขวางพอลิเมอไรเซชันแบบน้ำในน้ำมัน) วิธีเชื่อมขวางพอลิเมอไรเซชันแบบของตนเอง ได้แก่ วิธีดิสก์ และวิธีฉายรังสีแกมมา “โคบอลต์ 60” วิธีการเชื่อมขวางนี้ใช้วิธีการฉายรังสีแกมมา “โคบอลต์ 60” วิธีการสังเคราะห์แต่ละวิธีมีระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันและการเชื่อมขวางที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากสำหรับสารป้องกันน้ำที่จำเป็นสำหรับเทปป้องกันน้ำ มีพอลิอะคริเลตเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่สามารถตอบสนองความต้องการทั้งสี่ข้อข้างต้นได้ จากประสบการณ์จริง สารป้องกันน้ำ (เรซินดูดซับน้ำ) ไม่สามารถใช้ประกอบเป็นวัตถุดิบสำหรับโซเดียมพอลิอะคริเลตแบบเชื่อมขวางเพียงส่วนเดียวได้ ต้องใช้ในวิธีการเชื่อมขวางแบบหลายพอลิเมอร์ (เช่น ส่วนผสมของโซเดียมพอลิอะคริเลตแบบเชื่อมขวางหลายๆ ส่วน) เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการดูดซึมน้ำอย่างรวดเร็วและสูง ข้อกำหนดพื้นฐานคือ: อัตราการดูดซับน้ำสามารถสูงถึงประมาณ 400 เท่า อัตราการดูดซึมน้ำสามารถเข้าถึง 75% ของน้ำที่ดูดซับโดยตัวต้านน้ำในนาทีแรก; ข้อกำหนดเสถียรภาพทางความร้อนสำหรับการอบแห้งแบบต้านทานน้ำ: ความต้านทานอุณหภูมิในระยะยาวที่ 90°C อุณหภูมิการทำงานสูงสุดที่ 160°C ความต้านทานอุณหภูมิทันทีที่ 230°C (สำคัญอย่างยิ่งสำหรับสายเคเบิลคอมโพสิตโฟโตอิเล็กทริกที่มีสัญญาณไฟฟ้า); ข้อกำหนดเสถียรภาพทางความร้อนหลังจากการก่อตัวของเจล: หลังจากรอบความร้อนหลายรอบ (20°C ~ 95°C) เสถียรภาพของเจลหลังจากการดูดซึมน้ำต้องการ: เจลที่มีความหนืดสูงและความแข็งแรงของเจลหลังจากรอบความร้อนหลายรอบ (20°C ถึง 95°C) เสถียรภาพของเจลแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับวิธีการสังเคราะห์และวัสดุที่ผู้ผลิตใช้ ในขณะเดียวกัน อัตราการขยายตัวยิ่งเร็วยิ่งดี ผลิตภัณฑ์บางชนิดมุ่งเน้นความเร็วเพียงด้านเดียว การใช้สารเติมแต่งไม่เอื้อต่อความเสถียรของไฮโดรเจล ความสามารถในการกักเก็บน้ำลดลง แต่ไม่ได้บรรลุผลในการต้านทานน้ำ
3. 3 ลักษณะเฉพาะของเทปกันน้ำ เนื่องจากสายเคเบิลในการผลิต การทดสอบ การขนส่ง การจัดเก็บ และการใช้งานนั้น จำเป็นต้องทนต่อการทดสอบสภาพแวดล้อม ดังนั้น เมื่อพิจารณาจากการใช้งานสายเคเบิลออปติคัล ข้อกำหนดของเทปกันน้ำสำหรับสายเคเบิลมีดังนี้:
1) การกระจายตัวของเส้นใยลักษณะ วัสดุผสมที่ไม่แยกชั้นและเป็นผง มีความแข็งแรงเชิงกลในระดับหนึ่ง เหมาะกับความต้องการของสายเคเบิล
2) คุณภาพสม่ำเสมอ ทำซ้ำได้ เสถียร ในการสร้างสายเคเบิลจะไม่เกิดการลอกออกและผลิต
3) แรงดันขยายตัวสูง ความเร็วในการขยายตัวรวดเร็ว เสถียรภาพของเจลดี
4) มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี เหมาะสำหรับการประมวลผลต่อเนื่องต่างๆ
5) มีความเสถียรทางเคมีสูง ไม่ประกอบด้วยส่วนประกอบที่กัดกร่อน ทนทานต่อการกัดกร่อนของแบคทีเรียและเชื้อรา
6) มีความเข้ากันได้ดีกับวัสดุอื่นๆ ของสายเคเบิลออปติคอล ทนทานต่อการเกิดออกซิเดชัน ฯลฯ
มาตรฐานประสิทธิภาพการกั้นน้ำของสายเคเบิลออปติคอล 4 มาตรฐาน
ผลการวิจัยจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าการกันน้ำที่ไม่ได้มาตรฐานต่อเสถียรภาพระยะยาวของประสิทธิภาพการส่งสัญญาณของสายเคเบิลจะก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรง อันตรายนี้ในกระบวนการผลิตและการตรวจสอบโรงงานของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงนั้นหาได้ยาก แต่จะค่อยๆ ปรากฏขึ้นในกระบวนการวางสายเคเบิลหลังการใช้งาน ดังนั้น การพัฒนามาตรฐานการทดสอบที่ครอบคลุมและแม่นยำอย่างทันท่วงที เพื่อหาพื้นฐานสำหรับการประเมินที่ทุกฝ่ายยอมรับได้ จึงกลายเป็นภารกิจเร่งด่วน การวิจัย การสำรวจ และการทดลองอย่างกว้างขวางของผู้เขียนเกี่ยวกับสายพานกันน้ำได้ให้พื้นฐานทางเทคนิคที่เพียงพอสำหรับการพัฒนามาตรฐานทางเทคนิคสำหรับสายพานกันน้ำ การกำหนดค่าพารามิเตอร์ประสิทธิภาพของค่าการกั้นน้ำโดยพิจารณาจากสิ่งต่อไปนี้:
1) ข้อกำหนดของมาตรฐานสายเคเบิลออปติคอลสำหรับวอเตอร์สต็อป (ส่วนใหญ่เป็นข้อกำหนดของวัสดุสายเคเบิลออปติคอลในมาตรฐานสายเคเบิลออปติคอล)
2) ประสบการณ์ในการผลิตและการใช้งานแผงกั้นน้ำและรายงานการทดสอบที่เกี่ยวข้อง
3) ผลการวิจัยอิทธิพลของคุณลักษณะของเทปกั้นน้ำต่อประสิทธิภาพของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
4.1 รูปลักษณ์ภายนอก
ลักษณะของเทปกั้นน้ำควรมีลักษณะกระจายเส้นใยอย่างสม่ำเสมอ พื้นผิวควรเรียบและไม่มีรอยยับ รอยพับ และรอยฉีกขาด ไม่ควรมีรอยแตกในความกว้างของเทป วัสดุผสมควรไม่มีการแยกชั้น เทปควรพันให้แน่นและขอบของเทปมือถือควรไม่มีรูปร่างเหมือน "หมวกฟาง"
4.2 ความแข็งแรงเชิงกลของแผ่นกันน้ำ
ความต้านทานแรงดึงของแผ่นกันน้ำขึ้นอยู่กับวิธีการผลิตเทปโพลีเอสเตอร์แบบไม่ทอ ภายใต้สภาวะเชิงปริมาณเดียวกัน วิธีวิสโคสมีความแข็งแรงมากกว่าวิธีรีดร้อน ความหนาก็บางกว่าเช่นกัน ความต้านทานแรงดึงของเทปกันน้ำจะแตกต่างกันไปตามวิธีการพันหรือพันรอบสายเคเบิล
นี่เป็นตัวบ่งชี้สำคัญสำหรับสายพานกั้นน้ำสองเส้น ซึ่งควรรวมวิธีการทดสอบเข้ากับอุปกรณ์ ของเหลว และขั้นตอนการทดสอบ วัสดุกั้นน้ำหลักในเทปกั้นน้ำประกอบด้วยโซเดียมโพลีอะคริเลตที่เชื่อมขวางบางส่วนและอนุพันธ์ ซึ่งไวต่อองค์ประกอบและลักษณะของข้อกำหนดคุณภาพน้ำ เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานความสูงของการบวมตัวของเทปกั้นน้ำ ควรใช้น้ำปราศจากไอออนเป็นหลัก (ใช้น้ำกลั่นในการตัดสิน) เนื่องจากน้ำปราศจากไอออนซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือน้ำบริสุทธิ์ไม่มีองค์ประกอบแอนไอออนและไอออนบวก ตัวคูณการดูดซับน้ำของเรซินดูดซับน้ำในคุณภาพน้ำที่แตกต่างกันจะแตกต่างกันอย่างมาก หากตัวคูณการดูดซับในน้ำบริสุทธิ์มีค่าเท่ากับ 100% ของค่าปกติ ในน้ำประปามีค่าเท่ากับ 40% ถึง 60% (ขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำในแต่ละพื้นที่) ในน้ำทะเลมีค่าเท่ากับ 12% น้ำใต้ดินหรือน้ำจากรางน้ำมีความซับซ้อนมากกว่า การประเมินเปอร์เซ็นต์การดูดซับทำได้ยาก และค่าการดูดซับจะต่ำมาก เพื่อให้แน่ใจว่าสายเคเบิลมีประสิทธิภาพในการกั้นน้ำและอายุการใช้งาน ควรใช้เทปกั้นน้ำที่มีความสูงในการบวมมากกว่า 10 มม.
4.3 คุณสมบัติทางไฟฟ้า
โดยทั่วไปแล้วสายเคเบิลออปติคอลไม่มีการส่งสัญญาณไฟฟ้าของสายโลหะ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้เทปกันน้ำแบบกึ่งตัวนำ มีเพียง Wang Qiang 33 เท่านั้นที่สามารถใช้เทปกันน้ำของสายเคเบิลออปติคอลได้
สายไฟฟ้าคอมโพสิตก่อนการมีอยู่ของสัญญาณไฟฟ้า ข้อกำหนดเฉพาะตามโครงสร้างของสายตามสัญญา
4.4 ความเสถียรทางความร้อน เทปกันซึมส่วนใหญ่สามารถตอบสนองความต้องการด้านความเสถียรทางความร้อนได้ ได้แก่ ทนอุณหภูมิได้ยาวนานถึง 90°C อุณหภูมิใช้งานสูงสุด 160°C และทนอุณหภูมิทันที 230°C ประสิทธิภาพของเทปกันซึมไม่ควรเปลี่ยนแปลงหลังจากผ่านระยะเวลาที่กำหนดที่อุณหภูมิเหล่านี้
ความแข็งแรงของเจลควรเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของวัสดุพองตัว ในขณะที่อัตราการขยายตัวจะใช้เพื่อจำกัดระยะการซึมผ่านของน้ำเริ่มต้นเท่านั้น (น้อยกว่า 1 เมตร) วัสดุขยายตัวที่ดีควรมีอัตราการขยายตัวที่เหมาะสมและมีความหนืดสูง วัสดุที่มีคุณสมบัติกันน้ำต่ำ แม้จะมีอัตราการขยายตัวสูงและความหนืดต่ำ ก็มีคุณสมบัติกันน้ำต่ำเช่นกัน ซึ่งสามารถทดสอบได้โดยเปรียบเทียบกับวัฏจักรความร้อนหลายรอบ ภายใต้สภาวะไฮโดรไลซิส เจลจะสลายตัวเป็นของเหลวที่มีความหนืดต่ำซึ่งจะทำให้คุณภาพของเจลลดลง ซึ่งทำได้โดยการกวนสารแขวนลอยน้ำบริสุทธิ์ที่มีผงพองตัวเป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นเจลที่ได้จะถูกแยกออกจากน้ำส่วนเกินและนำไปวางในเครื่องวัดความหนืดแบบหมุนเพื่อวัดความหนืดก่อนและหลัง 24 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 95°C จะเห็นความแตกต่างของความเสถียรของเจล ซึ่งโดยปกติจะทำเป็นวัฏจักร 8 ชั่วโมง ตั้งแต่ 20°C ถึง 95°C และ 8 ชั่วโมง ตั้งแต่ 95°C ถึง 20°C มาตรฐานที่เกี่ยวข้องของเยอรมันกำหนดให้มี 126 รอบๆ ละ 8 ชั่วโมง
4.5 ความเข้ากันได้ ความเข้ากันได้ของแผงกั้นน้ำเป็นคุณลักษณะสำคัญอย่างยิ่งต่ออายุการใช้งานของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ดังนั้นจึงควรพิจารณาถึงวัสดุที่ใช้ทำสายเคเบิลใยแก้วนำแสงด้วย เนื่องจากความเข้ากันได้ใช้เวลานานกว่าจะเห็นผล จึงต้องใช้การทดสอบการเสื่อมสภาพแบบเร่ง โดยเช็ดทำความสะอาดตัวอย่างวัสดุสายเคเบิล พันด้วยเทปกันน้ำแห้ง และเก็บไว้ในห้องควบคุมอุณหภูมิคงที่ที่อุณหภูมิ 100°C เป็นเวลา 10 วัน หลังจากนั้นจึงชั่งน้ำหนักคุณภาพ ความแข็งแรงแรงดึงและการยืดตัวของวัสดุไม่ควรเปลี่ยนแปลงเกิน 20% หลังการทดสอบ
เวลาโพสต์: 22 ก.ค. 2565