1 บทนำ
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการสื่อสารในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ขอบเขตการใช้งานของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงจึงขยายตัวอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ข้อกำหนดด้านคุณภาพของวัสดุที่ใช้ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงจึงเพิ่มขึ้นเช่นกัน เทปกันน้ำสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเป็นวัสดุกันน้ำที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมสายเคเบิลใยแก้วนำแสง บทบาทในการปิดผนึก กันน้ำ กันความชื้น และป้องกันน้ำซึมในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง และมีการพัฒนาและปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่องควบคู่ไปกับการพัฒนาสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โครงสร้าง "แกนแห้ง" ได้ถูกนำมาใช้ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง วัสดุป้องกันน้ำชนิดนี้มักเป็นการผสมผสานระหว่างเทป เส้นใย หรือสารเคลือบ เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำซึมเข้าไปในแกนสายเคเบิลตามแนวยาว ด้วยการยอมรับที่เพิ่มขึ้นของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบแกนแห้ง วัสดุสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบแกนแห้งจึงเข้ามาแทนที่สารประกอบที่ใช้ปิโตรเลียมเจลลี่แบบดั้งเดิมอย่างรวดเร็ว วัสดุแกนแห้งใช้พอลิเมอร์ที่ดูดซับน้ำได้อย่างรวดเร็วเพื่อสร้างไฮโดรเจล ซึ่งจะบวมและเติมเต็มช่องทางการซึมผ่านของน้ำในสายเคเบิล นอกจากนี้ เนื่องจากวัสดุแกนแห้งไม่มีไขมันเหนียว จึงไม่จำเป็นต้องใช้ผ้าเช็ด สารละลาย หรือน้ำยาทำความสะอาดใดๆ ในการเตรียมสายเคเบิลสำหรับการต่อเชื่อม และเวลาในการต่อเชื่อมสายเคเบิลจึงลดลงอย่างมาก น้ำหนักที่เบาของสายเคเบิลและการยึดเกาะที่ดีระหว่างเส้นใยเสริมแรงภายนอกกับปลอกหุ้มยังคงไม่ลดลง ทำให้เป็นตัวเลือกที่ได้รับความนิยม
2. ผลกระทบของน้ำต่อสายเคเบิลและกลไกการต้านทานน้ำ
เหตุผลหลักที่ควรใช้มาตรการป้องกันน้ำหลายวิธีก็คือ น้ำที่เข้าไปในสายเคเบิลจะสลายตัวเป็นไฮโดรเจนและไอออน O₂H⁻ ซึ่งจะเพิ่มการสูญเสียการส่งสัญญาณของใยแก้วนำแสง ลดประสิทธิภาพของใยแก้วนำแสง และทำให้อายุการใช้งานของสายเคเบิลสั้นลง มาตรการป้องกันน้ำที่พบได้ทั่วไปคือ การอุดด้วยปิโตรเลียมเพสต์และการติดเทปป้องกันน้ำ ซึ่งจะอุดช่องว่างระหว่างแกนสายเคเบิลและปลอกหุ้มเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำและความชื้นแพร่กระจายในแนวตั้ง จึงมีบทบาทในการป้องกันน้ำ
เมื่อใช้เรซินสังเคราะห์ในปริมาณมากเป็นฉนวนในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง (โดยเฉพาะในสายเคเบิล) วัสดุฉนวนเหล่านี้ก็ไม่สามารถป้องกันการซึมของน้ำได้เช่นกัน การเกิด "ต้นไม้น้ำ" ในวัสดุฉนวนเป็นสาเหตุหลักที่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการส่งสัญญาณ กลไกที่วัสดุฉนวนได้รับผลกระทบจากต้นไม้น้ำมักอธิบายได้ดังนี้: เนื่องจากสนามไฟฟ้าแรงสูง (อีกสมมติฐานหนึ่งคือ คุณสมบัติทางเคมีของเรซินเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการปล่อยประจุอิเล็กตรอนที่เร่งความเร็วอย่างอ่อนมาก) โมเลกุลของน้ำจะแทรกซึมผ่านรูพรุนขนาดเล็กจำนวนมากที่มีอยู่ในวัสดุหุ้มสายเคเบิลใยแก้วนำแสง โมเลกุลของน้ำจะแทรกซึมผ่านรูพรุนขนาดเล็กจำนวนมากในวัสดุหุ้มสายเคเบิล ก่อตัวเป็น "ต้นไม้น้ำ" สะสมน้ำในปริมาณมากและแพร่กระจายไปตามทิศทางตามยาวของสายเคเบิล ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของสายเคเบิล หลังจากหลายปีของการวิจัยและทดสอบในระดับนานาชาติ ในช่วงกลางทศวรรษ 1980 ได้มีการค้นพบวิธีที่ดีที่สุดในการกำจัดปัญหาการเกิดตะกรันน้ำ นั่นคือ การห่อหุ้มสายเคเบิลด้วยชั้นของวัสดุดูดซับน้ำและขยายตัวเพื่อยับยั้งและชะลอการเจริญเติบโตของตะกรันน้ำ และป้องกันไม่ให้น้ำแพร่กระจายไปตามยาวภายในสายเคเบิล ในขณะเดียวกัน วัสดุกันน้ำก็สามารถป้องกันน้ำซึมเข้าและรั่วไหลจากความเสียหายภายนอกได้อย่างรวดเร็ว ป้องกันไม่ให้น้ำแพร่กระจายไปตามยาวภายในสายเคเบิล
3. ภาพรวมของระบบป้องกันน้ำรั่วสำหรับสายเคเบิล
3.1 การจำแนกประเภทของสิ่งกีดขวางน้ำสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
มีหลายวิธีในการจำแนกประเภทของวัสดุกันน้ำสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ซึ่งสามารถจำแนกได้ตามโครงสร้าง คุณภาพ และความหนา โดยทั่วไปแล้ว สามารถจำแนกได้ตามโครงสร้าง ได้แก่ วัสดุกันน้ำแบบเคลือบสองด้าน วัสดุกันน้ำแบบเคลือบด้านเดียว และวัสดุกันน้ำแบบฟิล์มผสม หน้าที่ในการกันน้ำของวัสดุกันน้ำนั้น ส่วนใหญ่เกิดจากวัสดุที่มีคุณสมบัติในการดูดซับน้ำสูง (เรียกว่าวัสดุกันน้ำ) ซึ่งสามารถบวมตัวได้อย่างรวดเร็วหลังจากที่วัสดุกันน้ำสัมผัสกับน้ำ ทำให้เกิดเจลปริมาณมาก (วัสดุกันน้ำสามารถดูดซับน้ำได้มากกว่าตัวมันเองหลายร้อยเท่า) จึงช่วยป้องกันการเจริญเติบโตของหยดน้ำและป้องกันการซึมและการแพร่กระจายของน้ำอย่างต่อเนื่อง วัสดุเหล่านี้รวมถึงพอลิแซ็กคาไรด์ทั้งแบบธรรมชาติและแบบที่ดัดแปลงทางเคมี
แม้ว่าสารกันน้ำจากธรรมชาติหรือกึ่งธรรมชาติเหล่านี้จะมีคุณสมบัติที่ดี แต่ก็มีข้อเสียร้ายแรงสองประการ:
1) ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และ 2) ติดไฟง่ายมาก จึงไม่น่าจะนำมาใช้ในวัสดุสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสง วัสดุสังเคราะห์อีกประเภทหนึ่งที่ใช้กันน้ำได้คือ โพลีอะคริเลต ซึ่งสามารถใช้เป็นสารกันน้ำสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้ เนื่องจากมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: 1) เมื่อแห้งแล้ว สามารถต้านทานแรงเค้นที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้
2) เมื่อแห้งสนิทแล้ว วัสดุเหล่านี้สามารถทนต่อสภาวะการใช้งานของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง (การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจากอุณหภูมิห้องถึง 90 องศาเซลเซียส) โดยไม่ส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของสายเคเบิล และยังสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงในช่วงเวลาสั้นๆ ได้อีกด้วย
3) เมื่อน้ำเข้าไป พวกมันจะบวมตัวอย่างรวดเร็วและก่อตัวเป็นเจลด้วยความเร็วในการขยายตัว
4) ผลิตเจลที่มีความหนืดสูงมาก และความหนืดของเจลยังคงที่แม้ในอุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน
การสังเคราะห์สารกันน้ำสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 วิธีหลักๆ ได้แก่ วิธีทางเคมีแบบดั้งเดิม – วิธีเฟสผกผัน (วิธีเชื่อมโยงพอลิเมอร์แบบน้ำในน้ำมัน) วิธีเชื่อมโยงพอลิเมอร์ด้วยตัวเอง – วิธีดิสก์ และวิธีฉายรังสี – วิธีรังสีแกมมา “โคบอลต์ 60” วิธีเชื่อมโยงพอลิเมอร์นั้นใช้พื้นฐานจากวิธีรังสีแกมมา “โคบอลต์ 60” วิธีการสังเคราะห์ที่แตกต่างกันจะให้ระดับการเกิดพอลิเมอร์และการเชื่อมโยงที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงมีความต้องการสารกันน้ำในเทปกันน้ำที่เข้มงวดมาก มีเพียงพอลิอะคริเลตไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่สามารถตอบสนองความต้องการทั้งสี่ประการข้างต้นได้ จากประสบการณ์จริง สารกันน้ำ (เรซินดูดซับน้ำ) ไม่สามารถใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับโซเดียมพอลิอะคริเลตแบบเชื่อมโยงส่วนเดียวได้ ต้องใช้ในวิธีเชื่อมโยงพอลิเมอร์หลายชนิด (เช่น การผสมโซเดียมพอลิอะคริเลตแบบเชื่อมโยงหลายส่วน) เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพในการดูดซับน้ำที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูง ข้อกำหนดพื้นฐานคือ: ความสามารถในการดูดซับน้ำต้องสูงถึงประมาณ 400 เท่า อัตราการดูดซับน้ำต้องสูงถึง 75% ภายในนาทีแรก ความเสถียรทางความร้อนในการอบแห้งของสารกันน้ำ: ทนต่ออุณหภูมิได้ยาวนานที่ 90°C อุณหภูมิใช้งานสูงสุด 160°C ทนต่ออุณหภูมิชั่วขณะ 230°C (สำคัญอย่างยิ่งสำหรับสายเคเบิลคอมโพสิตโฟโตอิเล็กทริกที่มีสัญญาณไฟฟ้า) ข้อกำหนดความเสถียรของเจลหลังการดูดซับน้ำ: ต้องมีความเสถียรหลังการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหลายรอบ (20°C ถึง 95°C) ความเสถียรของเจลหลังการดูดซับน้ำต้อง: เจลมีความหนืดสูงและความแข็งแรงของเจลหลังการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหลายรอบ (20°C ถึง 95°C) ความเสถียรของเจลจะแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับวิธีการสังเคราะห์และวัสดุที่ผู้ผลิตใช้ ในขณะเดียวกัน อัตราการขยายตัวที่เร็วไม่ได้หมายความว่าดีกว่าเสมอไป ผลิตภัณฑ์บางชนิดมุ่งเน้นความเร็วเพียงอย่างเดียว การใช้สารเติมแต่งไม่เอื้อต่อความเสถียรของไฮโดรเจล ทำให้ความสามารถในการกักเก็บน้ำลดลง และไม่ได้ผลในการกันน้ำ
3. คุณลักษณะ 3 ประการของเทปกันน้ำ เนื่องจากสายเคเบิลต้องทนต่อสภาพแวดล้อมต่างๆ ในกระบวนการผลิต การทดสอบ การขนส่ง การจัดเก็บ และการใช้งาน ดังนั้นจากมุมมองของการใช้งานสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ข้อกำหนดของเทปกันน้ำสำหรับสายเคเบิลจึงมีดังต่อไปนี้:
1) ลักษณะการกระจายตัวของเส้นใย วัสดุคอมโพสิตที่ไม่เกิดการแยกชั้นและผง มีความแข็งแรงเชิงกลในระดับหนึ่ง เหมาะสำหรับความต้องการของสายเคเบิล
2) คุณภาพสม่ำเสมอ สามารถทำซ้ำได้ และคงที่ ในกระบวนการผลิตสายเคเบิลจะไม่เกิดการแยกชั้นและไม่เกิดปัญหา
3) แรงดันการขยายตัวสูง ความเร็วในการขยายตัวเร็ว และความเสถียรของเจลดี
4) มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี เหมาะสำหรับการแปรรูปในขั้นตอนต่อไปต่างๆ
5) มีเสถียรภาพทางเคมีสูง ไม่มีส่วนประกอบที่กัดกร่อน ทนต่อแบคทีเรียและเชื้อรา
6) เข้ากันได้ดีกับวัสดุอื่นๆ ของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ทนต่อการเกิดออกซิเดชัน เป็นต้น
4 มาตรฐานประสิทธิภาพการป้องกันน้ำของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
ผลการวิจัยจำนวนมากแสดงให้เห็นว่า คุณสมบัติการกันน้ำที่ไม่เหมาะสมจะส่งผลเสียอย่างมากต่อเสถียรภาพในระยะยาวของประสิทธิภาพการส่งสัญญาณของสายเคเบิล ความเสียหายนี้ยากที่จะตรวจพบในกระบวนการผลิตและการตรวจสอบในโรงงานของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง แต่จะค่อยๆ ปรากฏขึ้นในกระบวนการติดตั้งสายเคเบิลหลังจากใช้งาน ดังนั้น การพัฒนามาตรฐานการทดสอบที่ครอบคลุมและแม่นยำอย่างทันท่วงที เพื่อหาพื้นฐานสำหรับการประเมินที่ทุกฝ่ายยอมรับได้ จึงกลายเป็นภารกิจเร่งด่วน การวิจัย การสำรวจ และการทดลองอย่างกว้างขวางของผู้เขียนเกี่ยวกับสายพานกันน้ำได้ให้พื้นฐานทางเทคนิคที่เพียงพอสำหรับการพัฒนามาตรฐานทางเทคนิคสำหรับสายพานกันน้ำ โดยกำหนดพารามิเตอร์ประสิทธิภาพของค่าการกันน้ำโดยพิจารณาจากสิ่งต่อไปนี้:
1) ข้อกำหนดของมาตรฐานสายเคเบิลใยแก้วนำแสงสำหรับอุปกรณ์กันน้ำ (โดยหลักคือข้อกำหนดเกี่ยวกับวัสดุของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงในมาตรฐานสายเคเบิลใยแก้วนำแสง)
2) ประสบการณ์ในการผลิตและการใช้งานวัสดุกั้นน้ำ รวมถึงรายงานการทดสอบที่เกี่ยวข้อง
3) ผลการวิจัยเกี่ยวกับอิทธิพลของคุณลักษณะของเทปกันน้ำที่มีต่อประสิทธิภาพของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
4.1 ลักษณะภายนอก
ลักษณะของเทปกันน้ำควรมีเส้นใยกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ พื้นผิวควรเรียบและปราศจากรอยย่น รอยพับ และรอยฉีกขาด ไม่ควรมีรอยแยกตามแนวกว้างของเทป วัสดุผสมควรปราศจากการแยกชั้น เทปควรพันแน่น และขอบของเทปที่ถือด้วยมือควรปราศจากรูปทรงคล้ายหมวกฟาง
4.2 ความแข็งแรงเชิงกลของวัสดุกันน้ำ
ความแข็งแรงดึงของเทปกันน้ำขึ้นอยู่กับวิธีการผลิตเทปโพลีเอสเตอร์แบบไม่ทอ ภายใต้เงื่อนไขเชิงปริมาณที่เท่ากัน วิธีการผลิตแบบวิสโคสจะให้ความแข็งแรงดึงของผลิตภัณฑ์ดีกว่าวิธีการผลิตแบบรีดร้อน และความหนาก็จะบางกว่าด้วย ความแข็งแรงดึงของเทปกันน้ำจะแตกต่างกันไปตามวิธีการพันหรือห่อหุ้มสายเคเบิล
นี่เป็นตัวบ่งชี้สำคัญสำหรับแถบกันน้ำสองชนิด ซึ่งวิธีการทดสอบควรได้รับการปรับให้เป็นมาตรฐานเดียวกัน ทั้งในส่วนของอุปกรณ์ ของเหลว และขั้นตอนการทดสอบ วัสดุหลักที่ใช้กันน้ำในแถบกันน้ำคือโซเดียมโพลีอะคริเลตแบบเชื่อมโยงบางส่วนและอนุพันธ์ของมัน ซึ่งมีความไวต่อองค์ประกอบและลักษณะของคุณภาพน้ำ เพื่อให้มาตรฐานความสูงของการบวมตัวของแถบกันน้ำเป็นมาตรฐานเดียวกัน จึงควรใช้น้ำปราศจากไอออน (น้ำกลั่นใช้ในกรณีอนุญาโตตุลาการ) เนื่องจากน้ำปราศจากไอออนไม่มีส่วนประกอบของประจุลบและประจุบวก ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือน้ำบริสุทธิ์ ค่าตัวคูณการดูดซับของเรซินดูดซับน้ำในคุณภาพน้ำที่แตกต่างกันนั้นแตกต่างกันอย่างมาก หากค่าตัวคูณการดูดซับในน้ำบริสุทธิ์คือ 100% ของค่าที่กำหนด ในน้ำประปาจะอยู่ที่ 40% ถึง 60% (ขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำของแต่ละพื้นที่) และในน้ำทะเลจะอยู่ที่ 12% น้ำใต้ดินหรือน้ำจากรางน้ำมีความซับซ้อนกว่า จึงยากที่จะระบุเปอร์เซ็นต์การดูดซับ และค่าที่ได้จะต่ำมาก เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพในการกันน้ำและอายุการใช้งานของสายเคเบิล ควรใช้เทปกันน้ำที่มีความสูงของการบวมตัวมากกว่า 10 มม.
4.3 คุณสมบัติทางไฟฟ้า
โดยทั่วไปแล้ว สายเคเบิลใยแก้วนำแสงไม่มีการส่งสัญญาณไฟฟ้าผ่านสายโลหะ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้เทปกันน้ำแบบกึ่งตัวนำ ยกเว้นเทปกันน้ำสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสง (เช่น เทปกันน้ำสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสง)
สายเคเบิลคอมโพสิตสำหรับงานไฟฟ้า ก่อนที่จะมีสัญญาณไฟฟ้า จะต้องมีข้อกำหนดเฉพาะตามโครงสร้างของสายเคเบิลตามสัญญา
4.4 ความเสถียรทางความร้อน เทปกันน้ำส่วนใหญ่สามารถ memenuhi ข้อกำหนดด้านความเสถียรทางความร้อนได้ ได้แก่ ความทนทานต่ออุณหภูมิในระยะยาวที่ 90°C อุณหภูมิใช้งานสูงสุดที่ 160°C และความทนทานต่ออุณหภูมิในทันทีที่ 230°C ประสิทธิภาพของเทปกันน้ำไม่ควรเปลี่ยนแปลงหลังจากช่วงเวลาที่กำหนดที่อุณหภูมิเหล่านี้
ความแข็งแรงของเจลควรเป็นคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของวัสดุที่พองตัวได้ ในขณะที่อัตราการขยายตัวใช้เพื่อจำกัดความยาวของการซึมผ่านของน้ำในเบื้องต้นเท่านั้น (น้อยกว่า 1 เมตร) วัสดุที่พองตัวได้ดีควรมีอัตราการขยายตัวที่เหมาะสมและความหนืดสูง วัสดุที่กั้นน้ำได้ไม่ดี แม้จะมีอัตราการขยายตัวสูงและความหนืดต่ำ ก็จะมีคุณสมบัติในการกั้นน้ำที่ไม่ดี สามารถทดสอบได้โดยเปรียบเทียบกับวัฏจักรความร้อนหลายรอบ ภายใต้สภาวะไฮโดรไลซิส เจลจะสลายตัวเป็นของเหลวที่มีความหนืดต่ำ ซึ่งจะทำให้คุณภาพลดลง ทำได้โดยการคนสารละลายในน้ำบริสุทธิ์ที่มีผงพองตัวเป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นแยกเจลที่ได้ออกจากน้ำส่วนเกินและนำไปใส่ในเครื่องวัดความหนืดแบบหมุนเพื่อวัดความหนืดก่อนและหลัง 24 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 95°C จะเห็นความแตกต่างของความเสถียรของเจลได้ โดยปกติจะทำเป็นวัฏจักร 8 ชั่วโมงจาก 20°C ถึง 95°C และ 8 ชั่วโมงจาก 95°C ถึง 20°C มาตรฐานเยอรมันที่เกี่ยวข้องกำหนดให้มี 126 รอบ รอบละ 8 ชั่วโมง
4.5 ความเข้ากันได้ ความเข้ากันได้ของชั้นกันน้ำเป็นคุณลักษณะที่สำคัญอย่างยิ่งต่ออายุการใช้งานของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ดังนั้นจึงควรพิจารณาควบคู่ไปกับวัสดุที่ใช้ทำสายเคเบิลใยแก้วนำแสง เนื่องจากความเข้ากันได้ต้องใช้เวลานานจึงจะปรากฏให้เห็น จึงต้องใช้การทดสอบการเร่งอายุ กล่าวคือ นำตัวอย่างวัสดุสายเคเบิลมาเช็ดให้สะอาด ห่อด้วยเทปกันน้ำแบบแห้ง และเก็บไว้ในห้องควบคุมอุณหภูมิคงที่ที่ 100°C เป็นเวลา 10 วัน หลังจากนั้นจึงชั่งน้ำหนักตัวอย่าง ความแข็งแรงดึงและการยืดตัวของวัสดุไม่ควรเปลี่ยนแปลงเกิน 20% หลังจากการทดสอบ
วันที่โพสต์: 22 กรกฎาคม 2565