خيوط قابلة للتمدد ومقاومة للماء لكابلات الألياف الضوئية

1. مقدمة

لضمان إحكام إغلاق كابلات الألياف الضوئية طولياً ومنع تسرب الماء والرطوبة إلى داخل الكابل أو صندوق التوصيل وتآكل المعدن والألياف، مما يؤدي إلى تلف الهيدروجين وانقطاع الألياف وانخفاض حاد في أداء العزل الكهربائي، تُستخدم الطرق التالية بشكل شائع لمنع دخول الماء والرطوبة:

1) ملء الجزء الداخلي للكابل بشحم ثيكسوتروبي، بما في ذلك النوع الطارد للماء (الهيدروفوبي)، والنوع المتمدد بالماء، والنوع المتمدد بالحرارة، وما إلى ذلك. هذا النوع من المواد زيتي، ويتطلب كمية كبيرة، وتكلفة عالية، ويسهل تلويث البيئة، ويصعب تنظيفه (خاصةً عند استخدام المذيبات لتنظيف وصلات الكابلات)، كما أن وزن الكابل نفسه ثقيل للغاية.

٢) في الغلافين الداخلي والخارجي، تُستخدم حلقة عازلة للماء مصنوعة من مادة لاصقة ذائبة بالحرارة، وهي طريقة غير فعالة ومعقدة، ولا يتقنها إلا عدد قليل من المصنّعين. ٣) أما استخدام مواد عازلة للماء بالتمدد الجاف (مسحوق التمدد الماص للماء، شريط عازل للماء، إلخ)، فيتطلب تقنية عالية، واستهلاكًا كبيرًا للمواد، وتكلفة عالية، كما أن وزن الكابل الذاتي ثقيل جدًا. في السنوات الأخيرة، تم إدخال بنية "اللب الجاف" في الكابلات الضوئية، وقد لاقت رواجًا واسعًا في الخارج، لا سيما في حل مشكلة الوزن الذاتي الثقيل وعملية التوصيل المعقدة للكابلات الضوئية ذات عدد النوى الكبير، حيث تتمتع بمزايا لا تُضاهى. المادة العازلة للماء المستخدمة في هذا الكابل ذي "اللب الجاف" هي خيوط عازلة للماء. تمتص هذه الخيوط الماء بسرعة وتتمدد لتشكل مادة هلامية، تسد قنوات الماء في الكابل، وبالتالي تحقق الغرض من عزل الماء. إضافةً إلى ذلك، لا يحتوي خيط منع تسرب الماء على أي مواد زيتية، ويمكن تقليل وقت تحضير الوصلة بشكل كبير دون الحاجة إلى مناديل أو مذيبات أو منظفات. وللحصول على عملية بسيطة، وتصميم مريح، وأداء موثوق، ومواد مانعة لتسرب الماء منخفضة التكلفة، قمنا بتطوير نوع جديد من خيوط منع تسرب الماء لكابلات الألياف الضوئية - خيوط قابلة للتمدد مانعة لتسرب الماء.

2- مبدأ منع الماء وخصائص خيوط منع الماء

تتمثل وظيفة خيوط منع تسرب الماء في استخدام أليافها الرئيسية لتشكيل حجم كبير من الهلام (حيث تصل قدرة امتصاص الماء إلى عشرات أضعاف حجمها، فعلى سبيل المثال، في الدقيقة الأولى من تعرضها للماء، يمكن أن تتمدد بسرعة من حوالي 0.5 مم إلى حوالي 5.0 مم)، وتتميز هذه الخيوط بقدرة عالية على الاحتفاظ بالماء، مما يمنع بشكل فعال نمو التفرعات المائية، وبالتالي يمنع الماء من الاستمرار في الاختراق والانتشار، محققةً بذلك الغرض من مقاومة الماء. ونظرًا لأن كابلات الألياف الضوئية يجب أن تتحمل ظروفًا بيئية متنوعة أثناء التصنيع والاختبار والنقل والتخزين والاستخدام، يجب أن تتمتع خيوط منع تسرب الماء بالخصائص التالية لاستخدامها في كابلات الألياف الضوئية:

1) مظهر نظيف، وسماكة موحدة، وملمس ناعم؛
2) قوة ميكانيكية معينة لتلبية متطلبات الشد عند تشكيل الكابل؛
3) التورم السريع، والاستقرار الكيميائي الجيد، والقوة العالية لامتصاص الماء وتكوين الهلام؛
4) استقرار كيميائي جيد، لا يحتوي على مكونات أكالة، مقاوم للبكتيريا والفطريات؛
5) استقرار حراري جيد، ومقاومة جيدة للظروف الجوية، وقابلية للتكيف مع مختلف عمليات المعالجة والإنتاج اللاحقة وبيئات الاستخدام المختلفة؛
6) توافق جيد مع المواد الأخرى المستخدمة في كابلات الألياف الضوئية.

3- الخيوط المقاومة للماء في تطبيقات كابلات الألياف الضوئية

3.1 استخدام الخيوط المقاومة للماء في كابلات الألياف الضوئية

يمكن لمصنعي كابلات الألياف الضوئية اعتماد هياكل كابلات مختلفة في عملية الإنتاج لتلبية احتياجات المستخدمين وفقًا لظروفهم الفعلية ومتطلباتهم:

1) منع تسرب الماء طولياً للغلاف الخارجي باستخدام خيوط مانعة لتسرب الماء
في تغليف الكابلات بشريط فولاذي مجعد، يجب أن يكون الغلاف الخارجي مقاومًا للماء طوليًا لمنع تسرب الرطوبة إلى الكابل أو صندوق التوصيل. ولتحقيق هذا الحاجز المائي الطولي، يُستخدم خيطان عازلان للماء، أحدهما موازٍ لقلب الكابل الداخلي، والآخر يُلف حول قلب الكابل بمسافة محددة (من 8 إلى 15 سم)، ويُغطى بشريط فولاذي مجعد وبولي إيثيلين. يقسم الخيط العازل للماء الفجوة بين قلب الكابل والشريط الفولاذي إلى حجرة صغيرة مغلقة. يتمدد الخيط العازل للماء ويشكل مادة هلامية خلال فترة وجيزة، مانعًا تسرب الماء إلى الكابل ومحصرًا إياه في حجرات صغيرة قليلة بالقرب من نقطة العطل، وبذلك يتحقق الغرض من الحاجز المائي الطولي، كما هو موضح في الشكل 1.

الشكل 1: الاستخدام النموذجي لخيوط منع تسرب الماء في الكابلات الضوئية

2) منع تسرب الماء طولياً إلى قلب الكابل باستخدام خيوط مانعة لتسرب الماءيمكن استخدام خيوط منع تسرب الماء في قلب الكابل المكون من جزأين، أحدهما في قلب الكابل المصنوع من سلك فولاذي مقوى، باستخدام خيطين لمنع تسرب الماء، عادةً ما يتم وضع خيط منع تسرب الماء والسلك الفولاذي المقوى بشكل متوازٍ، بينما يتم لف خيط منع تسرب الماء الآخر حول السلك بمسافة أكبر. كما توجد أيضًا خيوط منع تسرب الماء وسلك فولاذي مقوى موضوعة بشكل متوازٍ، حيث يتم استخدام خيوط منع تسرب الماء ذات قدرة التمدد العالية لمنع تسرب الماء. أما الثاني فيكون في سطح الغلاف الخارجي، قبل ضغط الغلاف الداخلي، حيث يتم استخدام خيط منع تسرب الماء كخيط ربط، ويتم لف خيطين لمنع تسرب الماء بمسافة أصغر (1-2 سم) في اتجاهين متعاكسين، لتشكيل منطقة مانعة كثيفة وصغيرة، لمنع دخول الماء، مما ينتج عنه بنية "قلب كابل جاف".

3.2 اختيار الخيوط المقاومة للماء

من أجل الحصول على مقاومة جيدة للماء وأداء معالجة ميكانيكية مرضٍ في عملية تصنيع كابلات الألياف الضوئية، ينبغي مراعاة الجوانب التالية عند اختيار خيوط مقاومة للماء:

1) سمك خيوط منع تسرب الماء
لضمان قدرة خيوط منع تسرب الماء على ملء الفراغات في المقطع العرضي للكابل، يُعد اختيار سُمك هذه الخيوط أمرًا بالغ الأهمية، ويرتبط ذلك بطبيعة الحال بالحجم الهيكلي للكابل ومعدل تمدد خيوط منع تسرب الماء. يجب تقليل الفراغات في بنية الكابل إلى أدنى حد ممكن، وذلك باستخدام خيوط ذات معدل تمدد عالٍ، مما يسمح بتقليل قطر خيوط منع تسرب الماء إلى أصغر حجم ممكن، وبالتالي الحصول على أداء موثوق لمنع تسرب الماء، بالإضافة إلى توفير التكاليف.

2) معدل الانتفاخ وقوة الهلام لخيوط منع تسرب الماء
يُجرى اختبار اختراق الماء وفقًا للمعيار IEC794-1-F5B على المقطع العرضي الكامل لكابل الألياف الضوئية. يُضاف عمود ماء بارتفاع متر واحد إلى عينة من كابل الألياف الضوئية بطول 3 أمتار، ويُعتبر الاختبار ناجحًا إذا لم يحدث أي تسرب لمدة 24 ساعة. إذا لم يواكب معدل انتفاخ خيوط منع تسرب الماء معدل تسرب الماء، فمن المحتمل أن يتسرب الماء عبر العينة في غضون دقائق قليلة من بدء الاختبار، بينما لم تنتفخ خيوط منع تسرب الماء بشكل كامل بعد. مع ذلك، حتى لو انتفخت خيوط منع تسرب الماء بالكامل بعد فترة من الزمن، فإن هذا يُعدّ أيضًا فشلًا. أما إذا كان معدل التمدد أسرع وقوة الهلام غير كافية، فلن يكون قادرًا على مقاومة الضغط الناتج عن عمود الماء بارتفاع متر واحد، وبالتالي سيفشل منع تسرب الماء.

3) نعومة خيوط منع الماء
نظرًا لأن نعومة خيوط منع تسرب الماء تؤثر على الخصائص الميكانيكية للكابل، وخاصة الضغط الجانبي ومقاومة الصدمات وما إلى ذلك، فإن التأثير يكون أكثر وضوحًا، لذلك يجب محاولة استخدام خيوط منع تسرب الماء أكثر نعومة.

4) قوة الشد والاستطالة وطول خيوط منع تسرب الماء
في إنتاج كل طول من قنوات الكابلات، يجب أن يكون خيط منع تسرب الماء متصلاً دون انقطاع، مما يتطلب أن يتمتع هذا الخيط بقوة شد واستطالة معينة، وذلك لضمان عدم شده أثناء عملية الإنتاج، وبالتالي حماية الكابل من التلف الناتج عن الشد أو الانحناء أو الالتواء. يعتمد طول خيط منع تسرب الماء بشكل أساسي على طول قناة الكابلات، ولتقليل عدد مرات تغيير الخيط في الإنتاج المستمر، كلما زاد طول خيط منع تسرب الماء كان ذلك أفضل.

5) يجب أن تكون حموضة وقلوية خيوط منع الماء متعادلة، وإلا فإن خيوط منع الماء ستتفاعل مع مادة الكابل وتترسب الهيدروجين.

6) ثبات خيوط منع تسرب الماء

الجدول 2: مقارنة بنية منع تسرب الماء في خيوط منع تسرب الماء مع مواد منع تسرب الماء الأخرى

مقارنة المنتجات	حشوة الجيلي	حلقة مانعة لتسرب الماء بالذوبان الساخن	شريط مانع لتسرب الماء	خيوط مانعة لتسرب الماء
مقاومة للماء	جيد	جيد	جيد	جيد
قابلية المعالجة	بسيط	معقد	أكثر تعقيدا	بسيط
الخواص الميكانيكية	مؤهَل	مؤهَل	مؤهَل	مؤهَل
موثوقية طويلة الأمد	جيد	جيد	جيد	جيد
قوة ربط الغلاف	عدل	جيد	عدل	جيد
مخاطر الاتصال	نعم	No	No	No
تأثيرات الأكسدة	نعم	No	No	No
مذيب	نعم	No	No	No
كتلة وحدة الطول من كابل الألياف الضوئية	ثقيل	ضوء	أثقل	ضوء
تدفق المواد غير المرغوب فيه	ممكن	No	No	No
النظافة في الإنتاج	فقير	أكثر فقراً	جيد	جيد
مناولة المواد	براميل حديدية ثقيلة	بسيط	بسيط	بسيط
الاستثمار في المعدات	كبير	كبير	أكبر	صغير
تكلفة المواد	أعلى	قليل	أعلى	أدنى
تكاليف الإنتاج	أعلى	أعلى	أعلى	أدنى

تُقاس استقرارية خيوط منع تسرب الماء بشكل أساسي من خلال استقراريتها على المدى القصير واستقراريتها على المدى الطويل. تُؤخذ في الاعتبار بشكل رئيسي تأثيرات ارتفاع درجة الحرارة لفترة وجيزة (تصل درجة حرارة عملية بثق الغلاف إلى 220-240 درجة مئوية) على خصائص منع تسرب الماء والخواص الميكانيكية للخيوط، بما في ذلك مقاومتها للصدمات. أما الاستقرارية على المدى الطويل، فتُؤخذ في الاعتبار بشكل رئيسي تأثير تقادم الخيوط على معدل تمددها، وقوة تماسكها، واستقرارها، وقوة شدها، واستطالتها عند تعرضها للصدمات. يجب أن تحافظ خيوط منع تسرب الماء على مقاومتها للماء طوال عمر الكابل (20-30 عامًا). وكما هو الحال مع الشحوم والأشرطة المانعة لتسرب الماء، تُعد قوة تماسك خيوط منع تسرب الماء واستقرارها من الخصائص المهمة. إذ يمكن للخيوط ذات قوة التماسك العالية والاستقرار الجيد الحفاظ على خصائص منع تسرب الماء لفترة طويلة. على العكس من ذلك، ووفقًا للمعايير الوطنية الألمانية ذات الصلة، فإن بعض المواد في ظل ظروف التحلل المائي، ستتحلل المادة الهلامية إلى مادة ذات وزن جزيئي منخفض متحركة للغاية، ولن تحقق الغرض من مقاومة الماء على المدى الطويل.

3.3 استخدام خيوط مانعة لتسرب الماء
تُعد خيوط منع تسرب الماء من المواد الممتازة المستخدمة في منع تسرب الماء في الكابلات الضوئية، وهي تحل محل معجون الزيت، وحلقة منع تسرب الماء اللاصقة بالذوبان الساخن، وشريط منع تسرب الماء، وما إلى ذلك، والتي كانت تستخدم بكميات كبيرة في إنتاج الكابلات الضوئية. يوضح الجدول 2 بعض خصائص مواد منع تسرب الماء هذه للمقارنة.

4. الخاتمة

باختصار، يعتبر الخيط المانع لتسرب الماء مادة ممتازة مناسبة للكابلات الضوئية، فهو يتميز ببساطة التركيب، والأداء الموثوق، وكفاءة الإنتاج العالية، وسهولة الاستخدام؛ كما أن استخدام هذه المادة لملء الكابلات الضوئية يتميز بخفة الوزن، والأداء الموثوق، وانخفاض التكلفة.

تاريخ النشر: 16 يوليو 2022