1 บทนำ
เพื่อให้แน่ใจว่าสายเคเบิลใยแก้วนำแสงมีการปิดผนึกตามยาวและเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำและความชื้นซึมเข้าไปในสายเคเบิลหรือกล่องรวมสายและกัดกร่อนโลหะและไฟเบอร์ ส่งผลให้เกิดความเสียหายจากไฮโดรเจน ไฟเบอร์แตกหัก และประสิทธิภาพในการเป็นฉนวนไฟฟ้าลดลงอย่างรวดเร็ว จึงมักใช้วิธีการต่อไปนี้เพื่อป้องกันน้ำและความชื้น:
1) การเติมจาระบีชนิดไทโซทรอปิกภายในสายเคเบิล ได้แก่ ชนิดกันน้ำ (hydrophobic) ชนิดบวมน้ำ และชนิดขยายตัวเนื่องจากความร้อน เป็นต้น วัสดุประเภทนี้มีน้ำมันเป็นส่วนประกอบหลัก มักมีปริมาณมาก ต้นทุนสูง ก่อมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมได้ง่าย ทำความสะอาดยาก (โดยเฉพาะในการต่อสายเคเบิลด้วยตัวทำละลาย) และน้ำหนักของสายเคเบิลที่มากเกินไป
2) ในกระบวนการหุ้มชั้นในและชั้นนอกระหว่างการใช้วงแหวนกั้นน้ำด้วยกาวร้อนละลาย วิธีการนี้ไม่ได้ประสิทธิภาพและซับซ้อน มีผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายเท่านั้นที่ทำได้ 3) การใช้วัสดุกันน้ำแบบแห้ง (ผงดูดซับน้ำ เทปกันน้ำ ฯลฯ) วิธีนี้ต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูง ใช้วัสดุจำนวนมาก ต้นทุนสูง และน้ำหนักของสายเคเบิลก็หนักเกินไป ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โครงสร้าง "แกนแห้ง" ถูกนำมาใช้ในสายเคเบิลออปติคัล และได้รับการนำไปใช้อย่างกว้างขวางในต่างประเทศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการแก้ปัญหาน้ำหนักตัวที่มาก และกระบวนการต่อสายเคเบิลออปติคัลจำนวนมากที่ซับซ้อน มีข้อได้เปรียบที่หาที่เปรียบไม่ได้ วัสดุกันน้ำที่ใช้ในสายเคเบิล "แกนแห้ง" นี้คือเส้นใยกันน้ำ เส้นใยกันน้ำสามารถดูดซับน้ำได้อย่างรวดเร็วและพองตัวจนกลายเป็นเจล ปิดกั้นช่องว่างของช่องทางน้ำของสายเคเบิล จึงบรรลุวัตถุประสงค์ในการกันน้ำ นอกจากนี้ เส้นด้ายป้องกันน้ำยังไม่มีสารที่ทำให้เกิดน้ำมัน และช่วยลดเวลาในการเตรียมรอยต่อได้อย่างมาก โดยไม่ต้องใช้ผ้าเช็ดทำความสะอาด ตัวทำละลาย และน้ำยาทำความสะอาด เพื่อให้ได้กระบวนการที่ง่าย สะดวก มีประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ และวัสดุป้องกันน้ำที่มีต้นทุนต่ำ เราจึงได้พัฒนาเส้นด้ายป้องกันน้ำชนิดใหม่ที่สามารถพองตัวได้สำหรับสายเคเบิลออปติคัล
2. หลักการกั้นน้ำและคุณลักษณะของเส้นใยกั้นน้ำ
หน้าที่ป้องกันน้ำของเส้นใยกันน้ำคือการใช้เส้นใยหลักสร้างเจลปริมาณมาก (การดูดซึมน้ำสามารถเพิ่มขึ้นได้หลายสิบเท่าของปริมาตรเดิม เช่น น้ำสามารถขยายตัวอย่างรวดเร็วจากเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.5 มม. เป็นประมาณ 5.0 มม. ในนาทีแรก) และเจลมีความสามารถในการกักเก็บน้ำค่อนข้างสูง จึงสามารถป้องกันการเจริญเติบโตของต้นน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงป้องกันไม่ให้น้ำซึมผ่านและแพร่กระจายต่อไป เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการกันน้ำ เนื่องจากสายเคเบิลใยแก้วนำแสงต้องทนต่อสภาพแวดล้อมที่หลากหลายทั้งในการผลิต การทดสอบ การขนส่ง การจัดเก็บ และการใช้งาน เส้นใยกันน้ำจึงต้องมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้จึงจะนำมาใช้ในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงได้:
1) รูปลักษณ์ที่สะอาด ความหนาสม่ำเสมอ และเนื้อสัมผัสที่นุ่มนวล
2) ความแข็งแรงเชิงกลบางประการเพื่อตอบสนองความต้องการแรงดึงเมื่อสร้างสายเคเบิล
3) บวมเร็ว มีเสถียรภาพทางเคมีดี และมีความแข็งแรงสูงในการดูดซับน้ำและการก่อตัวของเจล
4) มีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี ไม่มีส่วนประกอบที่กัดกร่อน ทนทานต่อแบคทีเรียและเชื้อรา
5) มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี ทนทานต่อสภาพอากาศ ปรับให้เข้ากับกระบวนการและการผลิตต่างๆ ที่ตามมา และสภาพแวดล้อมการใช้งานต่างๆ
6) มีความเข้ากันได้ดีกับวัสดุอื่นๆ ของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
3. เส้นใยทนน้ำในการประยุกต์ใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสง
3.1 การใช้เส้นใยทนน้ำในสายเคเบิลใยแก้วนำแสง
ผู้ผลิตสายเคเบิลใยแก้วนำแสงสามารถนำโครงสร้างสายเคเบิลที่แตกต่างกันมาใช้ในกระบวนการผลิตเพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ตามสถานการณ์จริงและข้อกำหนดของผู้ใช้:
1) การปิดกั้นน้ำตามยาวของปลอกหุ้มด้านนอกด้วยเส้นด้ายปิดกั้นน้ำ
ในการหุ้มฉนวนเทปเหล็กย่น ปลอกหุ้มด้านนอกต้องมีคุณสมบัติกันน้ำตามยาวเพื่อป้องกันความชื้นไม่ให้เข้าไปในสายเคเบิลหรือกล่องต่อสาย เพื่อให้ได้ฉนวนกันน้ำตามยาวของปลอกหุ้มด้านนอก จึงต้องใช้เส้นด้ายกันน้ำสองเส้น โดยเส้นหนึ่งวางขนานกับแกนสายเคเบิลของปลอกหุ้มด้านใน และอีกเส้นพันรอบแกนสายเคเบิลที่ระยะห่างที่กำหนด (8-15 ซม.) หุ้มด้วยเทปเหล็กย่นและ PE (โพลีเอทิลีน) เพื่อให้เส้นใยกันน้ำแบ่งช่องว่างระหว่างแกนสายเคเบิลและเทปเหล็กออกเป็นช่องปิดขนาดเล็ก เส้นใยกันน้ำจะพองตัวและก่อตัวเป็นเจลภายในระยะเวลาอันสั้น ป้องกันไม่ให้น้ำเข้าไปในสายเคเบิลและจำกัดน้ำให้เหลือเพียงช่องเล็กๆ ไม่กี่ช่องใกล้จุดที่เกิดรอยเลื่อน จึงบรรลุวัตถุประสงค์ของฉนวนกันน้ำตามยาว ดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1: การใช้งานทั่วไปของเส้นใยกั้นน้ำในสายเคเบิลออปติก
2) การปิดกั้นน้ำตามยาวของแกนสายเคเบิลด้วยเส้นใยปิดกั้นน้ำสามารถใช้ได้ในแกนสายเคเบิลที่มีเส้นใยกั้นน้ำสองส่วน ส่วนแรกอยู่ในแกนสายเคเบิลของลวดเหล็กเสริม โดยใช้เส้นใยกั้นน้ำสองเส้น โดยปกติแล้วจะมีเส้นใยกั้นน้ำและลวดเหล็กเสริมวางขนานกัน จากนั้นพันเส้นใยกั้นน้ำอีกเส้นหนึ่งรอบลวดด้วยระยะห่างที่ใหญ่กว่า นอกจากนี้ยังมีเส้นใยกั้นน้ำสองเส้นและลวดเหล็กเสริมวางขนานกัน การใช้เส้นใยกั้นน้ำที่มีความสามารถในการขยายตัวสูงเพื่อกั้นน้ำ ส่วนที่สองอยู่ในพื้นผิวปลอกหลวม ก่อนที่จะบีบปลอกด้านใน ให้ใช้เส้นใยกั้นน้ำเป็นเส้นใยผูกมัด โดยใช้เส้นใยกั้นน้ำสองเส้นที่มีระยะห่างที่เล็กกว่า (1 ~ 2 ซม.) ในทิศทางตรงกันข้ามโดยรอบ เพื่อสร้างถังกั้นที่หนาแน่นและมีขนาดเล็ก เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำเข้า ทำจากโครงสร้าง "แกนสายเคเบิลแห้ง"
3.2 การเลือกเส้นด้ายทนน้ำ
เพื่อให้ได้ทั้งคุณสมบัติกันน้ำที่ดีและประสิทธิภาพการประมวลผลเชิงกลที่น่าพอใจในกระบวนการผลิตสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ควรคำนึงถึงประเด็นต่อไปนี้เมื่อเลือกเส้นใยกันน้ำ:
1) ความหนาของเส้นใยกันน้ำ
เพื่อให้มั่นใจว่าการขยายตัวของเส้นด้ายกันน้ำสามารถเติมเต็มช่องว่างในหน้าตัดของสายเคเบิลได้ การเลือกความหนาของเส้นด้ายกันน้ำจึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง แน่นอนว่าสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับขนาดโครงสร้างของสายเคเบิลและอัตราการขยายตัวของเส้นด้ายกันน้ำ ในโครงสร้างสายเคเบิล ควรลดการเกิดช่องว่างให้น้อยที่สุด เช่น การใช้เส้นด้ายกันน้ำที่มีอัตราการขยายตัวสูง ซึ่งจะทำให้สามารถลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นด้ายกันน้ำให้เล็กที่สุดได้ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการกันน้ำที่เชื่อถือได้ และยังช่วยประหยัดต้นทุนอีกด้วย
2) อัตราการบวมและความแข็งแรงของเจลของเส้นใยป้องกันน้ำ
การทดสอบการซึมผ่านของน้ำตามมาตรฐาน IEC794-1-F5B ดำเนินการบนหน้าตัดทั้งหมดของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง โดยเติมน้ำในคอลัมน์ขนาด 1 เมตร ลงในตัวอย่างสายเคเบิลใยแก้วนำแสงขนาด 3 เมตร เป็นเวลา 24 ชั่วโมงโดยไม่มีการรั่วไหล หากอัตราการบวมของเส้นใยที่ป้องกันน้ำไม่สามารถต้านทานอัตราการซึมผ่านของน้ำได้ อาจเป็นไปได้ว่าน้ำได้ผ่านตัวอย่างภายในไม่กี่นาทีหลังจากเริ่มการทดสอบ และเส้นใยที่ป้องกันน้ำยังไม่บวมเต็มที่ แม้ว่าหลังจากผ่านไประยะหนึ่ง เส้นใยที่ป้องกันน้ำจะบวมเต็มที่และปิดกั้นน้ำ แต่ก็ถือเป็นความล้มเหลวเช่นกัน หากอัตราการขยายตัวเร็วขึ้นและความแข็งแรงของเจลไม่เพียงพอ จะไม่สามารถต้านทานแรงดันที่เกิดจากคอลัมน์ขนาด 1 เมตรได้ และการป้องกันน้ำก็จะล้มเหลวเช่นกัน
3) ความนุ่มของเส้นใยป้องกันน้ำ
เนื่องจากความอ่อนนุ่มของเส้นใยป้องกันน้ำมีผลต่อคุณสมบัติเชิงกลของสายเคเบิล โดยเฉพาะแรงกดด้านข้าง ความต้านทานแรงกระแทก ฯลฯ แรงกระแทกจึงเห็นได้ชัดเจนกว่า ดังนั้นจึงควรพยายามใช้เส้นใยป้องกันน้ำที่อ่อนนุ่มมากขึ้น
4) ความแข็งแรงแรงดึง การยืดตัว และความยาวของเส้นด้ายกันน้ำ
ในการผลิตถาดเคเบิลแต่ละความยาว เส้นด้ายกันน้ำควรมีความต่อเนื่องและต่อเนื่อง ซึ่งเส้นด้ายกันน้ำต้องมีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นในระดับหนึ่ง เพื่อให้มั่นใจว่าเส้นด้ายกันน้ำจะไม่ถูกดึงออกระหว่างกระบวนการผลิต สายเคเบิลในกรณีที่ยืด ดัด หรือบิดเส้นด้ายกันน้ำจะไม่เสียหาย ความยาวของเส้นด้ายกันน้ำขึ้นอยู่กับความยาวของถาดเคเบิลเป็นหลัก เพื่อลดจำนวนครั้งในการเปลี่ยนเส้นด้ายในการผลิตแบบต่อเนื่อง ยิ่งความยาวของเส้นด้ายกันน้ำยาวเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเท่านั้น
5) ความเป็นกรดและด่างของเส้นด้ายป้องกันน้ำควรเป็นกลาง มิฉะนั้น เส้นด้ายป้องกันน้ำจะทำปฏิกิริยากับวัสดุสายเคเบิลและตกตะกอนไฮโดรเจน
6) ความคงตัวของเส้นใยป้องกันน้ำ
ตารางที่ 2: การเปรียบเทียบโครงสร้างการป้องกันน้ำของเส้นใยป้องกันน้ำกับวัสดุป้องกันน้ำชนิดอื่น
เปรียบเทียบรายการ | ไส้เยลลี่ | แหวนปิดน้ำละลายร้อน | เทปกั้นน้ำ | เส้นใยกันน้ำ |
การกันน้ำ | ดี | ดี | ดี | ดี |
ความสามารถในการประมวลผล | เรียบง่าย | ที่ซับซ้อน | ซับซ้อนมากขึ้น | เรียบง่าย |
คุณสมบัติเชิงกล | มีคุณสมบัติ | มีคุณสมบัติ | มีคุณสมบัติ | มีคุณสมบัติ |
ความน่าเชื่อถือในระยะยาว | ดี | ดี | ดี | ดี |
แรงยึดติดของปลอกหุ้ม | ยุติธรรม | ดี | ยุติธรรม | ดี |
ความเสี่ยงในการเชื่อมต่อ | ใช่ | No | No | No |
ผลกระทบจากออกซิเดชัน | ใช่ | No | No | No |
ตัวทำละลาย | ใช่ | No | No | No |
มวลต่อหน่วยความยาวของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง | หนัก | แสงสว่าง | หนักกว่า | แสงสว่าง |
การไหลของวัสดุที่ไม่ต้องการ | เป็นไปได้ | No | No | No |
ความสะอาดในการผลิต | ยากจน | ยิ่งจนมากขึ้น | ดี | ดี |
การจัดการวัสดุ | กลองเหล็กหนัก | เรียบง่าย | เรียบง่าย | เรียบง่าย |
การลงทุนด้านอุปกรณ์ | ใหญ่ | ใหญ่ | ใหญ่กว่า | เล็ก |
ต้นทุนวัสดุ | สูงกว่า | ต่ำ | สูงกว่า | ต่ำกว่า |
ต้นทุนการผลิต | สูงกว่า | สูงกว่า | สูงกว่า | ต่ำกว่า |
เสถียรภาพของเส้นด้ายป้องกันน้ำส่วนใหญ่วัดจากเสถียรภาพระยะสั้นและเสถียรภาพระยะยาว เสถียรภาพระยะสั้นส่วนใหญ่พิจารณาจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในระยะสั้น (อุณหภูมิของกระบวนการรีดขึ้นรูปปลอกหุ้มสูงถึง 220 ~ 240 °C) โดยพิจารณาจากคุณสมบัติการป้องกันน้ำและสมบัติเชิงกลของเส้นด้ายป้องกันน้ำ เสถียรภาพระยะยาวส่วนใหญ่พิจารณาจากอายุของเส้นด้ายป้องกันน้ำ อัตราการขยายตัว อัตราการขยายตัว ความแข็งแรงและเสถียรภาพของเจล ความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวของแรงกระแทก เส้นด้ายป้องกันน้ำจะต้องมีอายุการใช้งานตลอดอายุการใช้งานของสายเคเบิล (20 ~ 30 ปี) จึงจะมีคุณสมบัติกันน้ำ เช่นเดียวกับจาระบีป้องกันน้ำและเทปป้องกันน้ำ ความแข็งแรงและเสถียรภาพของเจลของเส้นด้ายป้องกันน้ำเป็นคุณสมบัติที่สำคัญ เส้นด้ายป้องกันน้ำที่มีความแข็งแรงของเจลสูงและเสถียรภาพที่ดีสามารถคงคุณสมบัติการป้องกันน้ำได้ดีเป็นระยะเวลานาน ในทางตรงกันข้าม ตามมาตรฐานแห่งชาติเยอรมันที่เกี่ยวข้อง วัสดุบางชนิดภายใต้สภาวะไฮโดรไลซิส เจลจะสลายตัวเป็นวัสดุที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำและเคลื่อนที่ได้มาก และจะไม่บรรลุวัตถุประสงค์ในการทนน้ำในระยะยาว
3.3 การประยุกต์ใช้เส้นใยป้องกันน้ำ
เส้นใยป้องกันน้ำเป็นวัสดุป้องกันน้ำที่ดีเยี่ยมสำหรับสายเคเบิลออปติคอล โดยเส้นใยดังกล่าวได้เข้ามาแทนที่เส้นใยน้ำมัน กาวร้อนสำหรับป้องกันน้ำแบบวงแหวน และเทปป้องกันน้ำ ฯลฯ ที่ใช้ในปริมาณมากในการผลิตสายเคเบิลออปติคอล ตารางที่ 2 แสดงคุณลักษณะบางประการของวัสดุป้องกันน้ำเหล่านี้เพื่อการเปรียบเทียบ
4 บทสรุป
โดยสรุปแล้ว เส้นใยป้องกันน้ำเป็นวัสดุป้องกันน้ำที่ยอดเยี่ยม เหมาะสำหรับสายเคเบิลออปติก มีคุณลักษณะของโครงสร้างเรียบง่าย ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ ประสิทธิภาพการผลิตสูง ใช้งานง่าย และการใช้เส้นใยที่บรรจุสายเคเบิลออปติกมีข้อดีคือ มีน้ำหนักเบา ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ และต้นทุนต่ำ
เวลาโพสต์: 16 ก.ค. 2565