1 المقدمة
مع التطور السريع لتكنولوجيا الاتصالات خلال العقد الماضي تقريبًا، اتسع نطاق استخدام كابلات الألياف الضوئية. ومع تزايد المتطلبات البيئية لكابلات الألياف الضوئية، تتزايد أيضًا متطلبات جودة المواد المستخدمة فيها. يُعد شريط حجب الماء لكابلات الألياف الضوئية مادة شائعة الاستخدام في صناعة كابلات الألياف الضوئية، وقد حظي دوره في العزل، والعزل المائي، والحماية من الرطوبة، والعزل الحراري في كابلات الألياف الضوئية باعتراف واسع، وتطورت أنواعه وأدائه باستمرار مع تطور كابلات الألياف الضوئية. في السنوات الأخيرة، تم إدخال بنية "اللب الجاف" في الكابلات الضوئية. عادةً ما يتكون هذا النوع من مواد حجب الماء للكابل من شريط أو خيوط أو طلاء لمنع الماء من النفاذ طوليًا إلى قلب الكابل. مع تزايد قبول كابلات الألياف الضوئية ذات اللب الجاف، تحل مواد كابلات الألياف الضوئية ذات اللب الجاف محل مركبات حشو الكابلات التقليدية القائمة على الفازلين بسرعة. تستخدم مادة اللب الجاف بوليمرًا يمتص الماء بسرعة لتكوين هلام مائي، ينتفخ ويملأ قنوات نفاذ الماء في الكابل. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لعدم احتواء مادة اللب الجاف على شحم لزج، فلا حاجة إلى مناديل أو مذيبات أو منظفات لتحضير الكابل للتوصيل، مما يُقلل وقت التوصيل بشكل كبير. كما أن خفة وزن الكابل وقوة التصاقه الجيدة بين خيط التعزيز الخارجي والغلاف لا تُقلل من قيمتهما، مما يجعله خيارًا شائعًا.
2 تأثير الماء على الكابل وآلية مقاومة الماء
السبب الرئيسي وراء اتخاذ تدابير متنوعة لمنع تسرب المياه هو أن الماء الذي يدخل الكابل يتحلل إلى أيونات الهيدروجين وهيدروكسيد الصوديوم، مما يزيد من فقدان نقل الألياف الضوئية، ويضعف أداء الألياف، ويقصر عمر الكابل. من أكثر تدابير منع تسرب المياه شيوعًا ملء الكابل بمعجون بترولي وإضافة شريط مانع لتسرب المياه، حيث يُملأ الفراغ بين قلب الكابل وغلافه لمنع انتشار الماء والرطوبة عموديًا، مما يلعب دورًا في منع تسرب المياه.
عند استخدام الراتنجات الاصطناعية بكميات كبيرة كعوازل في كابلات الألياف الضوئية (في الكابلات أولًا)، فإن هذه المواد العازلة ليست بمنأى عن تسرب الماء. ويُعد تكوين "أشجار الماء" في المادة العازلة السبب الرئيسي للتأثير على أداء النقل. وعادةً ما تُفسر آلية تأثر المادة العازلة بأشجار الماء على النحو التالي: بسبب المجال الكهربائي القوي (وهناك فرضية أخرى مفادها أن الخصائص الكيميائية للراتنج تتغير بسبب التفريغ الضعيف جدًا للإلكترونات المتسارعة)، تخترق جزيئات الماء من خلال أعداد مختلفة من المسام الدقيقة الموجودة في مادة غلاف كابل الألياف الضوئية. ستخترق جزيئات الماء من خلال أعداد مختلفة من المسام الدقيقة في مادة غلاف الكابل، مكونةً "أشجار الماء"، متراكمةً تدريجيًا كمية كبيرة من الماء وتنتشر في الاتجاه الطولي للكابل، مما يؤثر على أدائه. بعد سنوات من البحث والاختبار الدولي، في منتصف الثمانينيات، لإيجاد طريقة للقضاء على أفضل طريقة لإنتاج أشجار المياه، أي قبل بثق الكابل ملفوفة في طبقة من امتصاص الماء وتوسيع حاجز المياه لمنع وإبطاء نمو أشجار المياه، حجب المياه في الكابل داخل الانتشار الطولي؛ في الوقت نفسه، بسبب الضرر الخارجي وتسلل المياه، يمكن للحاجز المائي أيضًا حجب المياه بسرعة، وليس للانتشار الطولي للكابل.
3 نظرة عامة على حاجز المياه الكابلي
3. 1 تصنيف حواجز المياه لكابلات الألياف الضوئية
هناك طرق عديدة لتصنيف حواجز المياه للكابلات الضوئية، والتي يمكن تصنيفها وفقًا لبنيتها وجودتها وسمكها. بشكل عام، يمكن تصنيفها وفقًا لبنيتها إلى: حاجز مائي مصفح من جانبين، وحاجز مائي مطلي من جانب واحد، وحاجز مائي بغشاء مركب. تكمن وظيفة حاجز المياه بشكل رئيسي في مادة امتصاص الماء العالية (المسماة حاجز الماء)، والتي يمكن أن تنتفخ بسرعة بعد تعرضها للماء، مكونةً كمية كبيرة من الجل (يمكن لحاجز الماء امتصاص ماء يفوق نفسه بمئات المرات)، مما يمنع نمو شجرة الماء ويمنع استمرار تسربه وانتشاره. وتشمل هذه المواد السكريات المتعددة الطبيعية والمعدلة كيميائيًا.
على الرغم من أن هذه المواد العازلة للمياه الطبيعية أو شبه الطبيعية تتمتع بخصائص جيدة، إلا أنها تعاني من عيبين قاتلين:
١) إنها قابلة للتحلل الحيوي، و٢) شديدة الاشتعال. هذا يجعل استخدامها في مواد كابلات الألياف الضوئية غير محتمل. أما النوع الآخر من المواد الاصطناعية المقاومة للماء فهو البولي أكريلات، والتي يمكن استخدامها كمضادات للماء في الكابلات الضوئية لأنها تلبي المتطلبات التالية: ١) عند جفافها، يمكنها مقاومة الضغوط الناتجة أثناء تصنيع الكابلات الضوئية؛
2) عندما تجف، يمكنها تحمل ظروف تشغيل الكابلات البصرية (الدورة الحرارية من درجة حرارة الغرفة إلى 90 درجة مئوية) دون التأثير على عمر الكابل، ويمكنها أيضًا تحمل درجات الحرارة العالية لفترات قصيرة من الزمن؛
3) عندما يدخل الماء، فإنها يمكن أن تنتفخ بسرعة وتشكل هلامًا بسرعة التوسع.
4) إنتاج هلام عالي اللزوجة، حتى في درجات الحرارة العالية تظل لزوجة الهلام مستقرة لفترة طويلة.
يمكن تقسيم تخليق المواد الطاردة للماء بشكل عام إلى طرق كيميائية تقليدية - طريقة الطور العكسي (طريقة بلمرة الماء في الزيت)، وطريقة بلمرة الترابط الخاصة بها - طريقة القرص، وطريقة التشعيع - طريقة أشعة غاما "كوبالت 60". تعتمد طريقة الترابط على طريقة إشعاع غاما "كوبالت 60". تتميز طرق التوليف المختلفة بدرجات مختلفة من البلمرة والترابط، وبالتالي متطلبات صارمة للغاية لعامل حجب الماء المطلوب في أشرطة حجب الماء. يمكن لعدد قليل جدًا من البولي أكريلات تلبية المتطلبات الأربعة المذكورة أعلاه. وفقًا للخبرة العملية، لا يمكن استخدام عوامل حجب الماء (الراتنجات الماصة للماء) كمواد خام لجزء واحد من بولي أكريلات الصوديوم المترابط، ويجب استخدامها في طريقة الترابط المتعدد البوليمرات (أي مجموعة متنوعة من أجزاء مزيج بولي أكريلات الصوديوم المترابط) لتحقيق الغرض من مضاعفات امتصاص الماء السريعة والعالية. المتطلبات الأساسية هي: يمكن أن يصل مضاعف امتصاص الماء إلى حوالي 400 مرة، ويمكن أن يصل معدل امتصاص الماء إلى الدقيقة الأولى لامتصاص 75٪ من الماء الذي تمتصه مقاومة الماء؛ متطلبات الاستقرار الحراري لتجفيف مقاومة الماء: مقاومة درجة الحرارة على المدى الطويل من 90 درجة مئوية، ودرجة حرارة العمل القصوى من 160 درجة مئوية، ومقاومة درجة الحرارة اللحظية من 230 درجة مئوية (مهمة بشكل خاص لكابل المركب الكهروضوئي مع الإشارات الكهربائية)؛ متطلبات استقرار امتصاص الماء بعد تكوين الهلام: بعد عدة دورات حرارية (20 درجة مئوية ~ 95 درجة مئوية) يتطلب استقرار الهلام بعد امتصاص الماء: هلام عالي اللزوجة وقوة الهلام بعد عدة دورات حرارية (20 درجة مئوية إلى 95 درجة مئوية). يختلف استقرار الهلام بشكل كبير اعتمادًا على طريقة التوليف والمواد المستخدمة من قبل الشركة المصنعة. في الوقت نفسه، ليس كلما كان معدل التمدد أسرع، كان ذلك أفضل، بعض المنتجات تسعى من جانب واحد للسرعة، واستخدام المواد المضافة لا يفضي إلى استقرار الهيدروجيل، وتدمير قدرة الاحتفاظ بالماء، ولكن لا لتحقيق تأثير مقاومة الماء.
3. 3 خصائص شريط حجب المياه نظرًا لأن الكابل في عملية التصنيع والاختبار والنقل والتخزين والاستخدام يتحمل الاختبار البيئي ، فمن منظور استخدام الكابل البصري ، تكون متطلبات شريط حجب المياه للكابل كما يلي:
1) مظهر توزيع الألياف، والمواد المركبة دون التقشر والمسحوق، مع قوة ميكانيكية معينة، ومناسبة لاحتياجات الكابل؛
2) جودة موحدة وقابلة للتكرار ومستقرة، في تشكيل الكابل لن يتم فصلها وإنتاجها
3) ضغط التوسع العالي، سرعة التوسع السريعة، استقرار هلام جيد؛
4) الاستقرار الحراري الجيد، ومناسبة لمختلف المعالجة اللاحقة؛
5) استقرار كيميائي عالي، لا يحتوي على أي مكونات تآكلية، مقاوم للبكتيريا وتآكل العفن؛
6) التوافق الجيد مع المواد الأخرى من الكابل البصري، ومقاومة الأكسدة، وما إلى ذلك.
4 معايير أداء حاجز المياه للكابلات البصرية
تشير العديد من نتائج الأبحاث إلى أن مقاومة الماء غير الكافية، التي تؤثر سلبًا على استقرار أداء نقل الكابلات على المدى الطويل، ستُسبب ضررًا بالغًا. يصعب رصد هذا الضرر أثناء عملية تصنيع كابلات الألياف الضوئية وفحصها في المصنع، ولكنه سيظهر تدريجيًا أثناء عملية مد الكابل بعد الاستخدام. لذلك، أصبح تطوير معايير اختبار شاملة ودقيقة في الوقت المناسب، لإيجاد أساس لتقييم مقبول من جميع الأطراف، مهمةً ملحة. وقد وفرت أبحاث المؤلف واستكشافاته وتجاربه المكثفة على أحزمة حجب الماء أساسًا تقنيًا كافيًا لتطوير المعايير التقنية لأحزمة حجب الماء. حُددت معايير أداء قيمة حاجز الماء بناءً على ما يلي:
1) متطلبات معيار الكابل البصري لمانع المياه (أساسًا متطلبات مادة الكابل البصري في معيار الكابل البصري)؛
2) الخبرة في تصنيع واستخدام الحواجز المائية وتقارير الاختبار ذات الصلة؛
3) نتائج البحث عن تأثير خصائص أشرطة حجب المياه على أداء كابلات الألياف الضوئية.
4. 1 المظهر
يجب أن يكون مظهر شريط حاجز الماء عبارة عن ألياف موزعة بالتساوي؛ يجب أن يكون السطح مسطحًا وخاليًا من التجاعيد والثنيات والتمزقات؛ يجب ألا يكون هناك انقسامات في عرض الشريط؛ يجب أن تكون المادة المركبة خالية من التقشر؛ يجب أن يكون الشريط ملفوفًا بإحكام وأن تكون حواف الشريط المحمول باليد خالية من "شكل قبعة القش".
4.2 القوة الميكانيكية لمانع المياه
تعتمد قوة شد حاجز الماء على طريقة تصنيع شريط البوليستر غير المنسوج. في ظل نفس الظروف الكمية، تتفوق طريقة إنتاج الفسكوز على طريقة الدرفلة الساخنة من حيث قوة الشد، كما أن سمك المنتج أقل. تختلف قوة شد شريط حاجز الماء باختلاف طريقة لف الكابل أو لفه حوله.
هذا مؤشر رئيسي لاثنين من أحزمة حجب المياه، حيث يجب توحيد طريقة الاختبار مع الجهاز والسائل وإجراء الاختبار. مادة حجب المياه الرئيسية في شريط حجب المياه هي بولي أكريلات الصوديوم المتشابك جزئيًا ومشتقاته، والتي تستجيب لتكوين وطبيعة متطلبات جودة المياه. ولتوحيد معيار ارتفاع انتفاخ شريط حجب المياه، يجب أن يكون استخدام الماء منزوع الأيونات هو السائد (يُستخدم الماء المقطر في التحكيم)، لأنه لا يحتوي على مكون أنيوني أو كاتيوني في الماء منزوع الأيونات، وهو في الأساس ماء نقي. يختلف مضاعف الامتصاص لراتنج امتصاص الماء اختلافًا كبيرًا في أنواع المياه المختلفة، فإذا كان مضاعف الامتصاص في الماء النقي 100% من القيمة الاسمية؛ وفي ماء الصنبور يكون من 40% إلى 60% (حسب جودة المياه في كل موقع)؛ وفي ماء البحر يكون 12%. أما في المياه الجوفية أو مياه المزاريب، فإن نسبة الامتصاص أكثر تعقيدًا، ويصعب تحديدها، وستكون قيمتها منخفضة جدًا. لضمان تأثير حاجز المياه وعمر الكابل، من الأفضل استخدام شريط حاجز المياه بارتفاع انتفاخ > 10 مم.
4.3الخصائص الكهربائية
بشكل عام، لا يحتوي الكابل البصري على نقل الإشارات الكهربائية للسلك المعدني، وبالتالي لا ينطوي على استخدام شريط مقاومة الماء شبه الموصل، فقط 33 وانغ تشيانغ، إلخ: شريط مقاومة الماء للكابل البصري
الكابل المركب الكهربائي قبل وجود الإشارات الكهربائية، متطلبات محددة وفقا لهيكل الكابل حسب العقد.
٤.٤ الاستقرار الحراري: تلبي معظم أنواع أشرطة العزل المائي متطلبات الاستقرار الحراري: مقاومة طويلة الأمد لدرجة حرارة ٩٠ درجة مئوية، وأقصى درجة حرارة تشغيل ١٦٠ درجة مئوية، ومقاومة فورية لدرجة الحرارة ٢٣٠ درجة مئوية. لا ينبغي أن يتغير أداء شريط العزل المائي بعد فترة زمنية محددة عند هذه الدرجات.
يجب أن تكون قوة الهلام أهم سمة للمادة المنتفخة، بينما يُستخدم معدل التمدد فقط للحد من طول اختراق الماء الأولي (أقل من 1 متر). يجب أن تتمتع مادة التمدد الجيدة بمعدل تمدد مناسب ولزوجة عالية. ستكون لمادة حاجز الماء الضعيفة، حتى مع معدل تمدد مرتفع ولزوجة منخفضة، خصائص حاجز الماء ضعيفة. يمكن اختبار ذلك بالمقارنة مع عدد من الدورات الحرارية. في ظل الظروف التحللية، سيتحلل الهلام إلى سائل منخفض اللزوجة مما سيؤدي إلى تدهور جودته. ويتحقق ذلك عن طريق تقليب معلق مائي نقي يحتوي على مسحوق تورم لمدة ساعتين. ثم يتم فصل الهلام الناتج عن الماء الزائد ووضعه في مقياس لزوجة دوار لقياس اللزوجة قبل وبعد 24 ساعة عند 95 درجة مئوية. يمكن رؤية الفرق في استقرار الهلام. يتم ذلك عادةً في دورات مدتها 8 ساعات من 20 درجة مئوية إلى 95 درجة مئوية و8 ساعات من 95 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية. تتطلب المعايير الألمانية ذات الصلة 126 دورة لمدة 8 ساعات.
٤.٥ التوافق: يُعد توافق حاجز الماء سمة بالغة الأهمية فيما يتعلق بعمر كابل الألياف الضوئية، ولذلك يجب مراعاته عند دراسة مواد كابلات الألياف الضوئية المستخدمة حتى الآن. ونظرًا لأن التوافق يستغرق وقتًا طويلاً حتى يظهر، يجب إجراء اختبار الشيخوخة المتسارعة، أي مسح عينة مادة الكابل وتنظيفها، ولفها بطبقة من شريط مقاوم للماء جاف، وحفظها في حجرة ذات درجة حرارة ثابتة تبلغ ١٠٠ درجة مئوية لمدة ١٠ أيام، وبعد ذلك تُوزن جودتها. يجب ألا تتجاوز قوة الشد واستطالة المادة ٢٠٪ بعد الاختبار.
وقت النشر: ٢٢ يوليو ٢٠٢٢