1 บทนำ
เพื่อให้แน่ใจว่าสายเคเบิลใยแก้วนำแสงมีการปิดผนึกตามแนวยาว และป้องกันไม่ให้น้ำและความชื้นซึมเข้าไปในสายเคเบิลหรือกล่องเชื่อมต่อ และกัดกร่อนโลหะและเส้นใย ส่งผลให้เกิดความเสียหายจากไฮโดรเจน เส้นใยขาด และประสิทธิภาพการเป็นฉนวนไฟฟ้าลดลงอย่างมาก วิธีการต่อไปนี้จึงนิยมใช้เพื่อป้องกันน้ำและความชื้น:
1) การเติมจาระบีที่มีคุณสมบัติหนืดเข้าไปในสายเคเบิล เช่น จาระบีกันน้ำ (ไฮโดรโฟบิก) จาระบีที่พองตัวเมื่อโดนน้ำ และจาระบีที่ขยายตัวเมื่อโดนความร้อน เป็นต้น วัสดุประเภทนี้เป็นวัสดุที่มีลักษณะเป็นน้ำมัน การเติมในปริมาณมากทำให้ต้นทุนสูง ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมได้ง่าย ทำความสะอาดได้ยาก (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการต่อสายเคเบิลที่ต้องใช้ตัวทำละลายในการทำความสะอาด) และทำให้น้ำหนักของสายเคเบิลมากเกินไป
2) การใช้กาวร้อนละลายเป็นวงแหวนกั้นน้ำระหว่างชั้นในและชั้นนอก วิธีนี้ไม่มีประสิทธิภาพ กระบวนการซับซ้อน มีผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายเท่านั้นที่ทำได้ 3) การใช้สารกันน้ำแบบขยายตัวแห้ง (ผงดูดซับน้ำแบบขยายตัว เทปกันน้ำ ฯลฯ) วิธีนี้ต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูง สิ้นเปลืองวัสดุ ต้นทุนสูง และน้ำหนักของสายเคเบิลก็มากเกินไป ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โครงสร้าง "แกนแห้ง" ได้ถูกนำมาใช้ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง และได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายในต่างประเทศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการแก้ปัญหาเรื่องน้ำหนักที่มากเกินไปและกระบวนการต่อสายที่ซับซ้อนของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่มีจำนวนแกนมาก ซึ่งมีข้อดีที่เหนือกว่า สารกันน้ำที่ใช้ในสายเคเบิล "แกนแห้ง" นี้คือเส้นใยกันน้ำ เส้นใยกันน้ำสามารถดูดซับน้ำได้อย่างรวดเร็วและขยายตัวเพื่อสร้างเจล ปิดกั้นช่องทางน้ำของสายเคเบิล จึงบรรลุวัตถุประสงค์ในการกันน้ำ นอกจากนี้ เส้นใยกันน้ำยังไม่มีส่วนผสมของน้ำมัน และสามารถลดเวลาในการเตรียมการเชื่อมต่อได้อย่างมากโดยไม่ต้องใช้ผ้าเช็ด สารละลาย หรือน้ำยาทำความสะอาด เพื่อให้ได้วัสดุกันน้ำที่มีกระบวนการง่าย การประกอบสะดวก ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ และต้นทุนต่ำ เราจึงได้พัฒนาเส้นใยกันน้ำสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสงชนิดใหม่ นั่นคือ เส้นใยกันน้ำแบบพองตัวได้
2. หลักการกันน้ำและคุณลักษณะของเส้นด้ายกันน้ำ
คุณสมบัติในการกันน้ำของเส้นใยกันน้ำคือการใช้เส้นใยหลักในการสร้างเจลปริมาณมาก (สามารถดูดซับน้ำได้หลายสิบเท่าของปริมาตรเดิม เช่น ในนาทีแรกที่น้ำซึมเข้าไป เจลจะขยายตัวอย่างรวดเร็วจากเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.5 มม. เป็นประมาณ 5.0 มม.) และความสามารถในการกักเก็บน้ำของเจลนั้นค่อนข้างแข็งแรง สามารถป้องกันการเจริญเติบโตของหยดน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงป้องกันไม่ให้น้ำซึมเข้าไปและแพร่กระจายอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการกันน้ำ เนื่องจากสายเคเบิลใยแก้วนำแสงต้องทนต่อสภาพแวดล้อมต่างๆ ในระหว่างการผลิต การทดสอบ การขนส่ง การจัดเก็บ และการใช้งาน เส้นใยกันน้ำจึงต้องมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้จึงจะสามารถใช้ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้:
1) มีลักษณะที่ดูสะอาดตา ความหนาสม่ำเสมอ และเนื้อสัมผัสที่นุ่มนวล
2) ความแข็งแรงเชิงกลระดับหนึ่งเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านแรงดึงเมื่อทำการขึ้นรูปสายเคเบิล
3) บวมตัวเร็ว มีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี และมีความแข็งแรงสูงสำหรับการดูดซับน้ำและการก่อตัวของเจล
4) มีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี ไม่มีส่วนประกอบที่กัดกร่อน ทนต่อแบคทีเรียและเชื้อรา
5) มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี ทนต่อสภาพอากาศได้ดี ปรับตัวได้ดีกับกระบวนการแปรรูปและการผลิตต่างๆ และสภาพแวดล้อมการใช้งานที่หลากหลาย
6) เข้ากันได้ดีกับวัสดุอื่นๆ ที่ใช้ทำสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
3. เส้นด้ายกันน้ำในการใช้งานสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
3.1 การใช้เส้นใยกันน้ำในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
ผู้ผลิตสายเคเบิลใยแก้วนำแสงสามารถเลือกใช้โครงสร้างสายเคเบิลที่แตกต่างกันในกระบวนการผลิต เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ตามสถานการณ์จริงและข้อกำหนดของผู้ใช้:
1) การกันน้ำตามแนวยาวของปลอกหุ้มชั้นนอกด้วยเส้นใยกันน้ำ
ในการหุ้มฉนวนด้วยเทปเหล็กย่น ปลอกหุ้มด้านนอกต้องกันน้ำในแนวยาวเพื่อป้องกันความชื้นและไอน้ำไม่ให้เข้าไปในสายเคเบิลหรือกล่องเชื่อมต่อ เพื่อให้ได้คุณสมบัติกันน้ำในแนวยาวของปลอกหุ้มด้านนอก จึงใช้เส้นใยกันน้ำสองเส้น เส้นหนึ่งวางขนานกับแกนสายเคเบิลด้านใน และอีกเส้นหนึ่งพันรอบแกนสายเคเบิลในระยะห่างที่กำหนด (8 ถึง 15 ซม.) หุ้มด้วยเทปเหล็กย่นและ PE (โพลีเอทิลีน) เพื่อให้เส้นใยกันน้ำแบ่งช่องว่างระหว่างแกนสายเคเบิลและเทปเหล็กออกเป็นช่องเล็กๆ ที่ปิดสนิท เส้นใยกันน้ำจะบวมและก่อตัวเป็นเจลภายในเวลาอันสั้น ป้องกันไม่ให้น้ำเข้าไปในสายเคเบิลและจำกัดน้ำให้อยู่ในช่องเล็กๆ ไม่กี่ช่องใกล้จุดที่เสียหาย จึงบรรลุวัตถุประสงค์ของการกันน้ำในแนวยาว ดังแสดงในรูปที่ 1
รูปที่ 1: การใช้งานทั่วไปของเส้นใยกันน้ำในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
2) การป้องกันน้ำซึมตามแนวยาวของแกนสายเคเบิลด้วยเส้นใยป้องกันน้ำสามารถใช้เส้นใยกันน้ำสองส่วนในแกนสายเคเบิลได้ ส่วนแรกคือในแกนสายเคเบิลที่มีลวดเหล็กเสริมแรง โดยใช้เส้นใยกันน้ำสองเส้น โดยปกติจะวางเส้นใยกันน้ำและลวดเหล็กเสริมแรงขนานกัน และอีกเส้นหนึ่งพันรอบลวดด้วยระยะห่างที่มากกว่า หรืออาจวางเส้นใยกันน้ำสองเส้นและลวดเหล็กเสริมแรงขนานกันก็ได้ โดยใช้เส้นใยกันน้ำที่มีความสามารถในการขยายตัวสูงเพื่อป้องกันน้ำ ส่วนที่สองคือบนพื้นผิวของปลอกหุ้มที่หลวม ก่อนที่จะบีบปลอกหุ้มด้านใน จะใช้เส้นใยกันน้ำเป็นเส้นใยผูก โดยใช้เส้นใยกันน้ำสองเส้นพันรอบในทิศทางตรงกันข้ามด้วยระยะห่างที่น้อยกว่า (1-2 ซม.) เพื่อสร้างช่องกันน้ำที่หนาแน่นและเล็ก เพื่อป้องกันการเข้าของน้ำ ทำให้เกิดโครงสร้าง "แกนสายเคเบิลแห้ง"
3.2 การเลือกใช้เส้นด้ายกันน้ำ
เพื่อให้ได้ทั้งคุณสมบัติกันน้ำที่ดีและประสิทธิภาพการแปรรูปเชิงกลที่น่าพอใจในกระบวนการผลิตสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ควรพิจารณาประเด็นต่อไปนี้เมื่อเลือกใช้เส้นด้ายกันน้ำ:
1) ความหนาของเส้นใยกันน้ำ
เพื่อให้แน่ใจว่าการขยายตัวของเส้นใยกันน้ำสามารถเติมเต็มช่องว่างในหน้าตัดของสายเคเบิลได้ การเลือกความหนาของเส้นใยกันน้ำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งแน่นอนว่าเกี่ยวข้องกับขนาดโครงสร้างของสายเคเบิลและอัตราการขยายตัวของเส้นใยกันน้ำ ในโครงสร้างของสายเคเบิลควรลดช่องว่างให้น้อยที่สุด เช่น การใช้เส้นใยกันน้ำที่มีอัตราการขยายตัวสูง จะทำให้สามารถลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยกันน้ำให้เล็กที่สุดได้ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการกันน้ำที่เชื่อถือได้ และยังช่วยประหยัดต้นทุนอีกด้วย
2) อัตราการบวมตัวและความแข็งแรงของเจลของเส้นใยกันน้ำ
การทดสอบการซึมผ่านของน้ำตามมาตรฐาน IEC794-1-F5B ดำเนินการกับหน้าตัดทั้งหมดของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง โดยเติมน้ำปริมาณ 1 เมตรลงในตัวอย่างสายเคเบิลใยแก้วนำแสงยาว 3 เมตร และต้องไม่รั่วซึมเป็นเวลา 24 ชั่วโมงจึงจะถือว่าผ่านการทดสอบ หากอัตราการบวมตัวของเส้นใยกันน้ำไม่ทันกับอัตราการซึมผ่านของน้ำ อาจเป็นไปได้ว่าน้ำได้ซึมผ่านตัวอย่างภายในไม่กี่นาทีหลังจากเริ่มการทดสอบ และเส้นใยกันน้ำยังไม่บวมตัวเต็มที่ แม้ว่าหลังจากนั้นระยะหนึ่งเส้นใยกันน้ำจะบวมตัวเต็มที่และกันน้ำได้ แต่ก็ถือว่าไม่ผ่านการทดสอบเช่นกัน หากอัตราการขยายตัวเร็วเกินไปและความแข็งแรงของเจลไม่เพียงพอ จะไม่สามารถต้านทานแรงดันที่เกิดจากน้ำปริมาณ 1 เมตรได้ และการกันน้ำก็จะล้มเหลวเช่นกัน
3) ความนุ่มของเส้นใยกันน้ำ
เนื่องจากความนุ่มของเส้นใยกันน้ำมีผลต่อคุณสมบัติทางกลของสายเคเบิล โดยเฉพาะอย่างยิ่งแรงดันด้านข้าง ความต้านทานแรงกระแทก ฯลฯ ผลกระทบจะเห็นได้ชัดเจน ดังนั้นจึงควรเลือกใช้เส้นใยกันน้ำที่นุ่มกว่า
4) ความแข็งแรงดึง การยืดตัว และความยาวของเส้นใยกันน้ำ
ในการผลิตรางเคเบิลแต่ละความยาว เส้นใยกันน้ำควรมีความต่อเนื่องและไม่ขาดตอน ซึ่งหมายความว่าเส้นใยกันน้ำต้องมีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นในระดับหนึ่ง เพื่อให้แน่ใจว่าเส้นใยกันน้ำจะไม่ถูกดึงระหว่างกระบวนการผลิต และเส้นใยกันน้ำจะไม่เสียหายในกรณีที่สายเคเบิลถูกยืด งอ หรือบิด ความยาวของเส้นใยกันน้ำขึ้นอยู่กับความยาวของรางเคเบิลเป็นหลัก เพื่อลดจำนวนครั้งในการเปลี่ยนเส้นใยในกระบวนการผลิตต่อเนื่อง ความยาวของเส้นใยกันน้ำที่มากขึ้นจึงดีกว่า
5) ความเป็นกรดด่างของเส้นใยกันน้ำควรเป็นกลาง มิเช่นนั้นเส้นใยกันน้ำจะทำปฏิกิริยากับวัสดุของสายเคเบิลและเกิดการตกตะกอนของไฮโดรเจน
6) ความเสถียรของเส้นใยกันน้ำ
ตารางที่ 2: การเปรียบเทียบโครงสร้างการกันน้ำของเส้นใยกันน้ำกับวัสดุกันน้ำชนิดอื่นๆ
| เปรียบเทียบรายการ | ไส้เยลลี่ | แหวนกันรั่วสำหรับน้ำร้อน | เทปกันน้ำ | เส้นด้ายกันน้ำ |
| ความต้านทานต่อน้ำ | ดี | ดี | ดี | ดี |
| ความสามารถในการประมวลผล | เรียบง่าย | ที่ซับซ้อน | ซับซ้อนกว่า | เรียบง่าย |
| คุณสมบัติทางกล | มีคุณสมบัติเหมาะสม | มีคุณสมบัติเหมาะสม | มีคุณสมบัติเหมาะสม | มีคุณสมบัติเหมาะสม |
| ความน่าเชื่อถือในระยะยาว | ดี | ดี | ดี | ดี |
| แรงยึดติดของปลอกหุ้ม | ยุติธรรม | ดี | ยุติธรรม | ดี |
| ความเสี่ยงในการเชื่อมต่อ | ใช่ | No | No | No |
| ผลกระทบจากการออกซิเดชัน | ใช่ | No | No | No |
| ตัวทำละลาย | ใช่ | No | No | No |
| มวลต่อหน่วยความยาวของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง | หนัก | แสงสว่าง | หนักกว่า | แสงสว่าง |
| การไหลของวัสดุที่ไม่พึงประสงค์ | เป็นไปได้ | No | No | No |
| ความสะอาดในกระบวนการผลิต | ยากจน | คนจนมากขึ้น | ดี | ดี |
| การขนย้ายวัสดุ | ถังเหล็กขนาดใหญ่ | เรียบง่าย | เรียบง่าย | เรียบง่าย |
| การลงทุนในอุปกรณ์ | ใหญ่ | ใหญ่ | ใหญ่กว่า | เล็ก |
| ต้นทุนวัสดุ | สูงกว่า | ต่ำ | สูงกว่า | ต่ำกว่า |
| ต้นทุนการผลิต | สูงกว่า | สูงกว่า | สูงกว่า | ต่ำกว่า |
ความเสถียรของเส้นใยกันน้ำนั้นวัดได้หลักๆ จากความเสถียรในระยะสั้นและความเสถียรในระยะยาว ความเสถียรในระยะสั้นพิจารณาจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในระยะสั้น (อุณหภูมิในกระบวนการอัดรีดสูงถึง 220 ~ 240 °C) ที่ส่งผลต่อคุณสมบัติการกันน้ำและคุณสมบัติทางกลของเส้นใยกันน้ำ ส่วนความเสถียรในระยะยาวพิจารณาจากอัตราการขยายตัว ความแข็งแรงและความเสถียรของเจล ความแข็งแรงดึง และการยืดตัวของเส้นใยกันน้ำหลังการใช้งาน เส้นใยกันน้ำต้องกันน้ำได้ตลอดอายุการใช้งานของสายเคเบิล (20 ~ 30 ปี) เช่นเดียวกับจาระบีกันน้ำและเทปกันน้ำ ความแข็งแรงและความเสถียรของเจลของเส้นใยกันน้ำเป็นคุณลักษณะที่สำคัญ เส้นใยกันน้ำที่มีความแข็งแรงของเจลสูงและความเสถียรที่ดีสามารถรักษาคุณสมบัติการกันน้ำที่ดีได้เป็นระยะเวลานาน ในทางตรงกันข้าม ตามมาตรฐานแห่งชาติของเยอรมนีที่เกี่ยวข้อง วัสดุบางชนิดภายใต้สภาวะไฮโดรไลซิส เจลจะสลายตัวกลายเป็นวัสดุที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำและเคลื่อนที่ได้ง่ายมาก และจะไม่สามารถต้านทานน้ำได้ในระยะยาว
3.3 การประยุกต์ใช้เส้นใยกันน้ำ
เส้นใยกันน้ำเป็นวัสดุกันน้ำที่ดีเยี่ยมสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสง โดยใช้แทนกาวน้ำมัน วงแหวนกันน้ำแบบกาวร้อน และเทปกันน้ำ ฯลฯ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ตารางที่ 2 แสดงคุณลักษณะบางประการของวัสดุกันน้ำเหล่านี้เพื่อเปรียบเทียบ
4. บทสรุป
โดยสรุปแล้ว เส้นใยกันน้ำเป็นวัสดุกันน้ำที่ดีเยี่ยมเหมาะสำหรับสายเคเบิลใยแก้วนำแสง มีคุณสมบัติเด่นคือ โครงสร้างเรียบง่าย ประสิทธิภาพเชื่อถือได้ ประสิทธิภาพการผลิตสูง ใช้งานง่าย และการใช้เส้นใยนี้เป็นวัสดุบรรจุในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงมีข้อดีคือ น้ำหนักเบา ประสิทธิภาพเชื่อถือได้ และต้นทุนต่ำ
วันที่โพสต์: 16 กรกฎาคม 2565