1 Giriş
Son on yılda iletişim teknolojisindeki hızlı gelişmelerle birlikte, fiber optik kabloların uygulama alanı da genişlemektedir. Fiber optik kablolar için çevresel gereksinimler artmaya devam ettikçe, fiber optik kablolarda kullanılan malzemelerin kalitesine yönelik gereksinimler de artmaktadır. Fiber optik kablo su geçirmez bant, fiber optik kablo endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bir su geçirmez malzemedir; fiber optik kabloda sızdırmazlık, su geçirmezlik, nem ve tampon koruma rolü geniş çapta kabul görmüş olup, fiber optik kablonun gelişmesiyle birlikte çeşitleri ve performansı sürekli olarak geliştirilmekte ve mükemmelleştirilmektedir. Son yıllarda, optik kabloya "kuru çekirdek" yapısı da dahil edilmiştir. Bu tip kablo su bariyer malzemesi genellikle suyun kablo çekirdeğine boylamasına nüfuz etmesini önlemek için bant, iplik veya kaplamanın bir kombinasyonudur. Kuru çekirdekli fiber optik kabloların giderek daha fazla kabul görmesiyle birlikte, kuru çekirdekli fiber optik kablo malzemeleri, geleneksel petrol jeli bazlı kablo dolgu bileşiklerinin yerini hızla almaktadır. Kuru çekirdek malzemesi, suyu hızla emerek bir hidrojel oluşturan ve şişerek kablonun su giriş kanallarını dolduran bir polimer kullanır. Ayrıca, kuru çekirdek malzemesi yapışkan yağ içermediğinden, kabloyu ekleme işlemine hazırlamak için mendil, çözücü veya temizleyici gerekmez ve kablo ekleme süresi büyük ölçüde azalır. Kablonun hafifliği ve dış takviye ipliği ile kılıf arasındaki iyi yapışma özelliği azalmaz, bu da onu popüler bir tercih haline getirir.
2. Suyun kablo üzerindeki etkisi ve su geçirmezlik mekanizması
Su geçirmezlik önlemlerinin alınmasının başlıca nedeni, kabloya giren suyun hidrojen ve O H- iyonlarına ayrışarak optik fiberin iletim kaybını artırması, fiberin performansını düşürmesi ve kablonun ömrünü kısaltmasıdır. En yaygın su geçirmezlik önlemleri, su ve nemin dikey olarak yayılmasını önlemek için kablo çekirdeği ve kılıfı arasındaki boşluğa petrol macunu doldurmak ve su geçirmez bant eklemektir; bu da su geçirmezlik görevi görür.
Sentetik reçineler, fiber optik kablolarda (öncelikle kablolarda) yalıtım malzemesi olarak büyük miktarlarda kullanıldığında, bu yalıtım malzemeleri de su girişine karşı bağışık değildir. Yalıtım malzemesinde "su ağaçları" oluşumu, iletim performansını etkileyen başlıca nedendir. Yalıtım malzemesinin su ağaçlarından nasıl etkilendiği mekanizması genellikle şu şekilde açıklanır: Güçlü elektrik alanı nedeniyle (başka bir hipotez ise, hızlandırılmış elektronların çok zayıf deşarjı nedeniyle reçinenin kimyasal özelliklerinin değişmesidir), su molekülleri fiber optik kablonun kılıf malzemesinde bulunan farklı sayıdaki mikro gözeneklerden içeri girer. Su molekülleri, kablo kılıf malzemesindeki farklı sayıdaki mikro gözeneklerden geçerek "su ağaçları" oluşturur, yavaş yavaş büyük miktarda su biriktirir ve kablonun uzunlamasına yönünde yayılır ve kablonun performansını etkiler. Yıllarca süren uluslararası araştırma ve testlerden sonra, 1980'lerin ortalarında, su ağaçlarının oluşumunu ortadan kaldırmanın en iyi yolunu buldular; yani, kablo ekstrüzyonundan önce, su emici ve genleşen bir su bariyeri tabakası ile sarılarak su ağaçlarının büyümesini engellemek ve yavaşlatmak, suyun kablo içinde boylamasına yayılmasını önlemek; aynı zamanda, dış hasar ve su sızması nedeniyle, su bariyeri suyu hızla bloke ederek kablonun boylamasına yayılmasını da önleyebilir.
3. Kablo su bariyerinin genel görünümü
3.1 Fiber optik kablo su bariyerlerinin sınıflandırılması
Optik kablo su bariyerlerini sınıflandırmanın birçok yolu vardır; bunlar yapılarına, kalitelerine ve kalınlıklarına göre sınıflandırılabilir. Genel olarak, yapılarına göre çift taraflı lamine su bariyeri, tek taraflı kaplamalı su bariyeri ve kompozit film su bariyeri olarak sınıflandırılabilirler. Su bariyerinin su geçirmezlik işlevi, esas olarak yüksek su emme özelliğine sahip malzemeden (su bariyeri olarak adlandırılır) kaynaklanır; bu malzeme suyla temas ettikten sonra hızla şişerek büyük hacimli bir jel oluşturur (su bariyeri kendisinden yüzlerce kat daha fazla su emebilir), böylece su ağacının büyümesini ve suyun sürekli sızmasını ve yayılmasını önler. Bunlar hem doğal hem de kimyasal olarak modifiye edilmiş polisakkaritleri içerir.
Bu doğal veya yarı doğal su geçirmez maddelerin iyi özellikleri olmasına rağmen, iki ölümcül dezavantajları vardır:
1) Biyolojik olarak parçalanabilirler ve 2) Son derece yanıcıdırlar. Bu da onları fiber optik kablo malzemelerinde kullanılma olasılığını düşük kılar. Suya dayanıklı diğer sentetik malzeme türü ise poliakrilatlardır ve aşağıdaki gereksinimleri karşıladıkları için optik kablolar için suya dayanıklı malzeme olarak kullanılabilirler: 1) Kuruduklarında, optik kabloların üretiminde oluşan gerilmelere karşı koyabilirler;
2) Kuru olduklarında, optik kabloların çalışma koşullarına (oda sıcaklığından 90 °C'ye kadar termal döngü) kablonun ömrünü etkilemeden dayanabilirler ve ayrıca kısa süreler için yüksek sıcaklıklara da dayanabilirler;
3) Su içeri girdiğinde hızla şişerek yüksek genleşme hızına sahip bir jel oluşturabilirler.
4) Yüksek viskoziteli bir jel üretir; jelin viskozitesi yüksek sıcaklıklarda bile uzun süre sabit kalır.
Su itici maddelerin sentezi genel olarak geleneksel kimyasal yöntemler – ters faz yöntemi (su-yağ polimerizasyon çapraz bağlama yöntemi), kendi çapraz bağlama polimerizasyon yöntemleri – disk yöntemi ve ışınlama yöntemi – “kobalt 60” gama ışını yöntemi – olarak sınıflandırılabilir. Çapraz bağlama yöntemi, “kobalt 60” gama ışınlama yöntemine dayanmaktadır. Farklı sentez yöntemleri, farklı polimerizasyon ve çapraz bağlama derecelerine sahiptir ve bu nedenle su geçirmez bantlarda gerekli olan su tutma maddesi için çok katı gereksinimler ortaya koymaktadır. Pratik deneyime göre, yukarıdaki dört gereksinimi karşılayabilen çok az sayıda poliakrilat vardır; su tutma maddeleri (su emici reçineler), tek parçalı çapraz bağlı sodyum poliakrilatın hammaddesi olarak kullanılamaz, hızlı ve yüksek su emme katsayılarına ulaşmak için çoklu polimer çapraz bağlama yönteminde (yani çeşitli parçalı çapraz bağlı sodyum poliakrilat karışımı) kullanılmalıdır. Temel gereksinimler şunlardır: su emme katsayısı yaklaşık 400 kata ulaşabilmeli, su emme hızı ilk dakikada suyun %75'ini emebilmeli; su geçirmezlik kuruma termal kararlılık gereksinimleri: 90°C'lik uzun süreli sıcaklık dayanımı, 160°C'lik maksimum çalışma sıcaklığı, 230°C'lik anlık sıcaklık dayanımı (özellikle elektrik sinyalleri içeren fotoelektrik kompozit kablolar için önemlidir); jel oluşumundan sonra su emme kararlılık gereksinimleri: birkaç termal döngüden (20°C ~ 95°C) sonra jelin su emmeden sonraki kararlılığı: birkaç termal döngüden (20°C ila 95°C) sonra yüksek viskoziteli jel ve jel mukavemeti gerektirir. Jelin kararlılığı, sentez yöntemine ve üretici tarafından kullanılan malzemelere bağlı olarak önemli ölçüde değişir. Aynı zamanda, genleşme hızı ne kadar hızlı olursa o kadar iyi değildir; bazı ürünlerde tek taraflı hız arayışı, katkı maddelerinin kullanımı hidrojelin kararlılığına elverişli değildir, su tutma kapasitesini yok eder, ancak su geçirmezlik etkisini sağlamaz.
3. Su Geçirmez Bandın 3 Özelliği Kablo, üretim, test, taşıma, depolama ve kullanım süreçlerinde çevresel testlere dayanmak zorunda olduğundan, optik kablo kullanımı açısından kablo su geçirmez bandı gereksinimleri aşağıdaki gibidir:
1) Görünüm olarak lif dağılımı düzgün, kompozit malzemelerde katman ayrılması ve tozlanma yok, belirli bir mekanik dayanım mevcut ve kablo ihtiyaçlarına uygun;
2) Tekdüze, tekrarlanabilir, istikrarlı kalite; kablo oluşumu sırasında katmanlara ayrılma olmaz ve ürün oluşmaz.
3) Yüksek genleşme basıncı, hızlı genleşme hızı, iyi jel stabilitesi;
4) İyi termal kararlılık, çeşitli sonraki işlemler için uygundur;
5) Yüksek kimyasal kararlılığa sahiptir, aşındırıcı bileşenler içermez, bakteri ve küf aşınmasına karşı dirençlidir;
6) Optik kablonun diğer malzemeleriyle iyi uyumluluk, oksidasyona karşı direnç vb.
4 Optik kablo su geçirmezlik performans standardı
Çok sayıda araştırma sonucu, niteliksiz su geçirmezliğin kablo iletim performansının uzun vadeli istikrarına büyük zarar vereceğini göstermektedir. Optik fiber kablonun üretim sürecinde ve fabrika denetiminde tespit edilmesi zor olan bu zarar, kullanımdan sonra kablo döşeme sürecinde kademeli olarak ortaya çıkacaktır. Bu nedenle, tüm tarafların kabul edebileceği bir değerlendirme temeli bulmak için kapsamlı ve doğru test standartlarının zamanında geliştirilmesi acil bir görev haline gelmiştir. Yazarın su geçirmez bantlar üzerine yaptığı kapsamlı araştırma, keşif ve deneyler, su geçirmez bantlar için teknik standartların geliştirilmesi için yeterli bir teknik temel sağlamıştır. Aşağıdakilere dayanarak su bariyer değerinin performans parametrelerini belirleyin:
1) Su geçirmezlik için optik kablo standardının gereklilikleri (esas olarak optik kablo standardındaki optik kablo malzemesine ilişkin gereklilikler);
2) Su bariyerlerinin üretimi ve kullanımı konusunda deneyim ve ilgili test raporları;
3) Su geçirmez bantların özelliklerinin optik fiber kabloların performansı üzerindeki etkisine ilişkin araştırma sonuçları.
4.1 Görünüm
Su bariyer bandının görünümü, liflerin eşit olarak dağılmış olması; yüzeyinin düz ve kırışıklık, kıvrım ve yırtıklardan arınmış olması; bandın genişliğinde herhangi bir yarık olmaması; kompozit malzemenin katman ayrılmasından arınmış olması; bandın sıkıca sarılmış olması ve elde tutulan bandın kenarlarının "hasır şapka" şeklinde olmaması gerekmektedir.
4.2 Su yalıtım bandının mekanik dayanımı
Su geçirmez bandın çekme dayanımı, polyester dokuma olmayan bandın üretim yöntemine bağlıdır; aynı nicel koşullar altında, viskoz yöntemiyle üretilen ürünün çekme dayanımı, sıcak haddeleme yöntemiyle üretilen ürüne göre daha iyidir ve kalınlığı da daha incedir. Su bariyer bandının çekme dayanımı, kablonun sarılma veya kablo etrafına sarılma şekline göre de değişir.
Bu, su geçirmez bantların ikisi için önemli bir göstergedir ve test yöntemi, cihaz, sıvı ve test prosedürü ile birleştirilmelidir. Su geçirmez banttaki ana su geçirmez malzeme, kısmen çapraz bağlı sodyum poliakrilat ve türevleridir ve su kalitesi gereksinimlerinin bileşimine ve doğasına duyarlıdır. Su geçirmez bandın şişme yüksekliği standardını birleştirmek için, deiyonize su kullanımı öncelikli olmalıdır (tahkimde damıtılmış su kullanılır), çünkü deiyonize suda anyonik ve katyonik bileşen yoktur, esasen saf sudur. Su emme reçinesinin farklı su kalitelerindeki emme katsayısı büyük ölçüde değişir; saf suda emme katsayısı nominal değerin %100'ü ise; musluk suyunda %40 ila %60 arasındadır (her yerin su kalitesine bağlı olarak); deniz suyunda %12'dir; yeraltı suyu veya kanalizasyon suyu daha karmaşıktır, emme yüzdesini belirlemek zordur ve değeri çok düşük olacaktır. Kabloya su geçirmezlik özelliği kazandırmak ve ömrünü uzatmak için, şişme yüksekliği > 10 mm olan su geçirmez bant kullanılması en iyisidir.
4.3 Elektriksel özellikler
Genel olarak, optik kablo elektrik sinyallerinin iletimini sağlayan metal tel içermediğinden, yarı iletken dirençli su geçirmez bant kullanımı söz konusu değildir; sadece 33 Wang Qiang, vb.: optik kablo su geçirmez bant
Elektrik sinyallerinin varlığından önce, sözleşmede belirtilen kablo yapısına göre özel gereksinimler doğrultusunda, elektrik kompozit kablosu kullanılır.
4.4 Termal Kararlılık Su geçirmez bantların çoğu çeşidi termal kararlılık gereksinimlerini karşılayabilir: uzun süreli sıcaklık dayanımı 90°C, maksimum çalışma sıcaklığı 160°C, anlık sıcaklık dayanımı 230°C. Su geçirmez bandın performansı, bu sıcaklıklarda belirli bir süre sonra değişmemelidir.
Şişen bir malzemenin en önemli özelliği jel dayanımı olmalıdır, genleşme hızı ise sadece ilk su penetrasyon uzunluğunu (1 metreden az) sınırlamak için kullanılır. İyi bir genleşme malzemesi, doğru genleşme hızına ve yüksek viskoziteye sahip olmalıdır. Kötü bir su bariyer malzemesi, yüksek genleşme hızına ve düşük viskoziteye sahip olsa bile, zayıf su bariyer özelliklerine sahip olacaktır. Bu, bir dizi termal döngü ile karşılaştırılarak test edilebilir. Hidrolitik koşullar altında, jel düşük viskoziteli bir sıvıya ayrışacak ve bu da kalitesini bozacaktır. Bu, şişen toz içeren saf su süspansiyonunun 2 saat boyunca karıştırılmasıyla elde edilir. Elde edilen jel daha sonra fazla sudan ayrılır ve 95°C'de 24 saat önce ve sonra viskoziteyi ölçmek için dönen bir viskozimetreye yerleştirilir. Jel stabilitesindeki fark görülebilir. Bu genellikle 20°C'den 95°C'ye 8 saatlik ve 95°C'den 20°C'ye 8 saatlik döngüler halinde yapılır. İlgili Alman standartları 8 saatlik 126 döngü gerektirir.
4.5 Uyumluluk Su bariyerinin uyumluluğu, fiber optik kablonun ömrü açısından özellikle önemli bir özelliktir ve bu nedenle şimdiye kadar kullanılan fiber optik kablo malzemeleriyle ilişkili olarak değerlendirilmelidir. Uyumluluğun ortaya çıkması uzun zaman aldığından, hızlandırılmış yaşlandırma testi kullanılmalıdır; yani kablo malzemesi numunesi temizlenir, kuru su geçirmez bantla sarılır ve 10 gün boyunca 100°C'de sabit sıcaklık odasında tutulur, ardından kalitesi tartılır. Testten sonra malzemenin çekme dayanımı ve uzama oranı %20'den fazla değişmemelidir.
Yayın tarihi: 22 Temmuz 2022