ملخص: بفضل مزايا كابلات الألياف الضوئية، يتزايد استخدامها باستمرار في مجال الاتصالات. وللتكيف مع مختلف البيئات، تُضاف عادةً مواد تقوية مناسبة في عملية تصميم هذه الكابلات لتلبية الاحتياجات المتنوعة. تتناول هذه الورقة البحثية بشكل أساسي مزايا خيوط الألياف الزجاجية كمادة تقوية لكابلات الألياف الضوئية، وتقدم شرحًا موجزًا لبنية وأداء كابلات الألياف الضوئية المقواة بهذه الخيوط، بالإضافة إلى تحليل موجز للصعوبات التي قد تواجه استخدامها.
الكلمات المفتاحية: تقوية، خيوط الألياف الزجاجية
1. وصف الخلفية
يُعدّ ظهور وتطور تقنية الاتصالات عبر الألياف الضوئية ثورةً هامةً في تاريخ الاتصالات، إذ غيّرت هذه التقنية أساليب الاتصال التقليدية، ومكّنت من التواصل بسرعة وكفاءة عاليتين دون أي تداخل مغناطيسي. ومع التطور المستمر لكابلات الألياف الضوئية وتقنيات الاتصالات، شهدت هذه التقنية تحسيناتٍ كبيرة، ما جعل استخدام كابلات الألياف الضوئية في مجال الاتصالات يتوسع باستمرار بفضل مزاياها المتعددة. واليوم، وبفضل معدل تطورها السريع وتطبيقاتها الواسعة، دخلت كابلات الألياف الضوئية مختلف مجالات الاتصالات السلكية، لتصبح وسيلة الاتصال الرئيسية في العصر الحديث، مُحدثةً تأثيرًا متزايدًا على الحياة الاجتماعية.
2. تطبيق معظم أنواع التعزيزات
للتكيف مع البيئات المختلفة، تُضاف عادةً مواد تقوية مناسبة أثناء تصميم الكابلات، أو يُعدّل هيكل الكابل لتلبية الاحتياجات المتنوعة. يمكن تقسيم تقوية كابلات الألياف الضوئية إلى تقوية معدنية وغير معدنية. تتكون مواد التقوية المعدنية الرئيسية من أسلاك فولاذية بأحجام مختلفة، وشريط ألومنيوم، وما إلى ذلك. أما مواد التقوية غير المعدنية، فتتكون أساسًا من الألياف الزجاجية المقواة بالبوليمر (FRP)، والألياف الزجاجية المقواة بالبوليمر (KFRP)، وشريط مقاوم للماء، والأراميد، وخيوط الربط، وخيوط الألياف الزجاجية، وما إلى ذلك. ونظرًا لصلابة وقوة التقوية المعدنية العالية، تُستخدم بشكل رئيسي في بيئات الإنشاء والاستخدام التي تتطلب تحملًا عاليًا للشد المحوري، مثل مدّ الكابلات الهوائية الخارجية وخطوط الأنابيب، والدفن المباشر، وغيرها. أما مواد التقوية غير المعدنية، فتتنوع أدوارها بشكل كبير. ولأنها لينة نسبيًا، وقوة شدها أقل من قوة التقوية المعدنية، يمكن استخدامها داخل المباني، وبين الطوابق، أو ربطها بكابلات الألياف الضوئية المقواة بالمعدن عند الحاجة. في بعض البيئات الخاصة، كالبيئة المعرضة للقوارض المذكورة آنفًا، يلزم استخدام مواد تقوية خاصة لتلبية ليس فقط متطلبات الإجهادات المحورية والجانبية، بل أيضًا خصائص إضافية، مثل مقاومة القضم. تتناول هذه الورقة البحثية استخدام خيوط الألياف الزجاجية كمادة تقوية في كابلات السحب بترددات الراديو، وكابلات الفراشة الأنبوبية، والكابلات المقاومة للقوارض.
3. خيوط الألياف الزجاجية ومزاياها
الألياف الزجاجية نوع جديد من المواد الهندسية، تتميز بخصائص ممتازة أخرى، منها عدم قابليتها للاحتراق، ومقاومتها للتآكل، وتحملها لدرجات حرارة عالية، وامتصاصها للرطوبة، واستطالتها، فضلاً عن خصائصها الكهربائية والميكانيكية والكيميائية والبصرية، مما يجعلها واسعة الاستخدام في مختلف الصناعات. ويمكن تقسيم خيوط الألياف الزجاجية إلى نوعين: خيوط غير ملتوية وخيوط ملتوية، والتي تُستخدم عادةً في صناعة كابلات الألياف الضوئية.
يتميز خيط الألياف الزجاجية المستخدم كتعزيز لكابلات الألياف الضوئية بالمزايا التالية:
(1) في متطلبات قوة الشد المطلوبة، يمكن استخدام ألياف زجاجية بديلة للأراميد في صناعة عناصر الشد لكابلات الألياف الضوئية، مما يُعدّ خيارًا اقتصاديًا وعمليًا. الأراميد ألياف صناعية حديثة عالية التقنية، تتميز بقوة فائقة، ومعامل مرونة عالٍ، ومقاومة عالية للحرارة. ونظرًا لارتفاع سعر الأراميد، فإنه يؤثر بشكل مباشر على تكلفة كابلات الألياف الضوئية. يبلغ سعر خيوط الألياف الزجاجية حوالي 1/20 من سعر الأراميد، كما أن مؤشرات الأداء الأخرى متقاربة، مما يجعلها بديلاً اقتصاديًا أفضل. يوضح الجدول أدناه مقارنة الأداء بين خيوط الأراميد وخيوط الألياف الزجاجية.
جدول مقارنة أداء خيوط ألياف الأراميد والألياف الزجاجية
(2) خيوط الألياف الزجاجية غير سامة وغير ضارة، وغير قابلة للاشتعال، ومقاومة للتآكل، ومقاومة لدرجات الحرارة العالية، ومنخفضة الاستطالة، ومستقرة كيميائيًا، وتفي بمتطلبات أداء الكابلات الضوئية مثل توجيه RoHS. كما تتميز خيوط الألياف الزجاجية بمقاومة أفضل للتآكل والصدأ، وخصائص عزل حراري ممتازة. وهذا يضمن عمل كابل الألياف الضوئية بشكل طبيعي في درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة، كما أنه يتكيف مع البيئات القاسية. وتجعل خصائص العزل كابل الألياف الضوئية مقاومًا للصواعق والتداخلات الكهرومغناطيسية الأخرى، مما يجعله مناسبًا للاستخدام على نطاق واسع في كابلات الألياف الضوئية العازلة بالكامل.
(3) يمكن لكابل الألياف الضوئية المملوء بخيوط الألياف الزجاجية أن يجعل بنية الكابل مضغوطة ويزيد من قوة شد الكابل وقوة الضغط.
(4) يُعدّ خيط الألياف الزجاجية المقاوم للماء من أفضل الطرق لمنع تسرب الماء إلى كابلات الألياف الضوئية. يتفوق خيط الألياف الزجاجية المقاوم للماء في فعاليته على خيط الأراميد المقاوم للماء، الذي تبلغ نسبة امتصاصه للماء 160%، بينما تبلغ هذه النسبة 200%. ويزداد تأثير مقاومة الماء بشكل ملحوظ مع زيادة كمية خيط الألياف الزجاجية. يتميز هذا النوع من الخيوط ببنية مقاومة للماء جافة، فلا حاجة لاستخدام معجون الزيت أثناء عملية التوصيل، مما يُسهّل عملية التركيب ويُراعي المتطلبات البيئية.
(5) يتميز خيط الألياف الزجاجية المستخدم كهيكل تقوية لكابلات الألياف الضوئية بمرونة عالية، مما يُزيل عيوب كابلات الألياف الضوئية التي تتسم بالصلابة المفرطة وصعوبة الانحناء بسبب التقوية، وهو ما يُسهّل جميع جوانب الإنتاج والتركيب. كما أنه لا يؤثر بشكل كبير على أداء انحناء كابلات الألياف الضوئية، حيث يمكن أن يصل نصف قطر الانحناء إلى عشرة أضعاف القطر الخارجي للكابل، مما يجعله أكثر ملاءمةً لبيئات التمديد المعقدة.
(6) تبلغ كثافة خيوط الألياف الزجاجية 2.5 جم/سم3، ويكون كابل الألياف الضوئية مع خيوط الألياف الزجاجية كتعزيز خفيف الوزن، مما يقلل من تكاليف النقل.
(7) يتميز خيط الألياف الزجاجية أيضًا بأداء جيد في مقاومة القوارض. في العديد من الحقول والمناطق الجبلية في الصين، تُعدّ النباتات بيئةً مناسبةً لعيش القوارض، كما أن الرائحة المميزة الموجودة في الغلاف البلاستيكي لكابلات الألياف الضوئية تجذب القوارض بسهولة للقضم، لذا غالبًا ما تتعرض خطوط كابلات الاتصالات لعضات القوارض في بعض الأحيان، مما يؤثر على جودة الاتصال، وفي الحالات الخطيرة، قد يؤدي ذلك إلى انقطاع شبكة الاتصالات الرئيسية، مُسببًا خسائر فادحة للمجتمع. يُقارن الجدول التالي بين مزايا وعيوب طرق مكافحة القوارض التقليدية وطريقة مكافحة القوارض باستخدام خيط الألياف الزجاجية.
6. الخاتمة
باختصار، لا يتميز خيط الألياف الزجاجية بالأداء الممتاز فحسب، بل يتميز أيضًا بسعر منخفض، مما يجعله مادة تقوية لكابلات الألياف الضوئية تستخدم على نطاق واسع بشكل متزايد، ويقلل من تكلفة إنتاج مصنعي كابلات الألياف الضوئية، ويلبي بشكل أفضل الاحتياجات المختلفة للعملاء المحليين والأجانب.
تاريخ النشر: 9 يوليو 2022