خيوط قابلة للتمدد ومقاومة للماء لكابلات الألياف الضوئية

1 المقدمة

لضمان الإغلاق الطولي لكابلات الألياف الضوئية ولمنع تسرب الماء والرطوبة إلى الكابل أو صندوق الوصلات وتآكل المعدن والألياف، مما يؤدي إلى تلف الهيدروجين وكسر الألياف وانخفاض حاد في أداء العزل الكهربائي، تُستخدم الطرق التالية عادةً لمنع الماء والرطوبة:

١) ملء الجزء الداخلي من الكابل بشحم ثيكسوتروبي، بما في ذلك أنواع طاردة للماء (كارهة للماء)، وأنواع تمدد الماء والحرارة، وما إلى ذلك. هذه المواد زيتية، وتملأ بكميات كبيرة، وتكلفتها مرتفعة، وتلوث البيئة بسهولة، ويصعب تنظيفها (خاصةً عند استخدام مذيبات التنظيف عند توصيل الكابل)، كما أن وزن الكابل ثقيل جدًا.

2) في الغلاف الداخلي والخارجي بين استخدام حلقة حاجز الماء اللاصق الساخن المنصهر، هذه الطريقة غير فعالة وعملية معقدة، لا يمكن إلا لعدد قليل من الشركات المصنعة تحقيقها. 3) استخدام التمدد الجاف لمواد حجب المياه (مسحوق التمدد الماص للماء، شريط حجب المياه، إلخ). تتطلب هذه الطريقة تقنية عالية، واستهلاكًا للمواد، وتكلفة عالية، والوزن الذاتي للكابل ثقيل جدًا أيضًا. في السنوات الأخيرة، تم إدخال هيكل "اللب الجاف" في الكابل البصري، وتم تطبيقه جيدًا في الخارج، وخاصة في حل مشكلة الوزن الذاتي الثقيل وعملية الوصل المعقدة لعدد كبير من الكابلات البصرية ذات النواة التي لها مزايا لا تضاهى. مادة حجب المياه المستخدمة في كابل "اللب الجاف" هذا هي خيوط حجب المياه. يمكن لخيوط حجب المياه أن تمتص الماء بسرعة وتنتفخ لتكوين هلام، مما يحجب مساحة قناة الماء في الكابل، وبالتالي تحقيق الغرض من حجب المياه. بالإضافة إلى ذلك، لا يحتوي خيط العزل المائي على مواد زيتية، مما يُقلل الوقت اللازم لتحضير الوصلة بشكل كبير دون الحاجة إلى مناديل أو مذيبات أو منظفات. ولضمان عملية بسيطة، وتركيب مريح، وأداء موثوق، ومواد عزل مائية منخفضة التكلفة، طورنا نوعًا جديدًا من خيط العزل المائي للكابلات الضوئية القابل للتمدد.

2 مبدأ حجب المياه وخصائص خيوط حجب المياه

تتمثل وظيفة حجب الماء في خيوط حجب الماء في استخدام الجسم الرئيسي لألياف خيوط حجب الماء لتشكيل كمية كبيرة من الجل (يمكن أن يصل امتصاص الماء إلى عشرات أضعاف حجمه، كما هو الحال في الدقيقة الأولى من الماء يمكن أن يتمدد بسرعة من حوالي 0.5 مم إلى حوالي 5.0 مم قطر). تتميز قدرة الجل على الاحتفاظ بالماء بقوة كافية، مما يمنع نمو شجرة الماء بشكل فعال، وبالتالي يمنع الماء من الاستمرار في الاختراق والانتشار، لتحقيق غرض مقاومة الماء. نظرًا لأن كابل الألياف الضوئية يجب أن يتحمل الظروف البيئية المختلفة أثناء التصنيع والاختبار والنقل والتخزين والاستخدام، يجب أن يتمتع خيط حجب الماء بالخصائص التالية لاستخدامه في كابل الألياف الضوئية:

1) مظهر نظيف، سمك موحد 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 تآكلية، مقاوم للبكتيريا والعفن؛
5) الاستقرار الحراري الجيد، ومقاومة الطقس الجيدة، والتكيف مع مختلف عمليات المعالجة والإنتاج اللاحقة وبيئات الاستخدام المختلفة؛
6) التوافق الجيد مع المواد الأخرى لكابل الألياف البصرية.

3 خيوط مقاومة للماء في تطبيق كابل 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 لموقفهم الفعلي ومتطلبات المستخدمين:

1) حجب الماء طوليًا للغلاف الخارجي باستخدام خيوط حجب الماء
في عملية التدريع بشريط الفولاذ المتجعد، يجب أن يكون الغلاف الخارجي عازلًا للماء طوليًا لمنع دخول الرطوبة إلى الكابل أو صندوق التوصيل. لتحقيق حاجز الماء الطولي للغلاف الخارجي، يُستخدم خيطان عازلان للماء، أحدهما موازٍ لقلب الكابل الداخلي، والآخر ملفوف حول قلب الكابل بزاوية معينة (من 8 إلى 15 سم)، ومغطى بشريط فولاذي متجعد وبولي إيثيلين (PE)، بحيث يقسم خيط حاجز الماء الفجوة بين قلب الكابل والشريط الفولاذي إلى حجرة صغيرة مغلقة. ينتفخ خيط حاجز الماء ويشكل هلامًا في وقت قصير، مما يمنع دخول الماء إلى الكابل ويحصره في حجرات صغيرة بالقرب من نقطة العطل، محققًا بذلك الغرض من حاجز الماء الطولي، كما هو موضح في الشكل 1.

الشكل 1: الاستخدام النموذجي لخيوط حجب المياه في الكابلات الضوئية

2) حجب الماء طوليًا لقلب الكابل باستخدام خيوط حجب الماءيمكن استخدامها في قلب الكابل من جزأين من خيوط حجب المياه، واحد في قلب الكابل من الأسلاك الفولاذية المقواة، وذلك باستخدام اثنين من خيوط حجب المياه، وعادة ما يتم وضع خيوط حجب المياه والأسلاك الفولاذية المقواة بالتوازي، وخيوط حجب المياه الأخرى إلى درجة أكبر ملفوفة حول السلك، وهناك أيضا اثنين من خيوط حجب المياه والأسلاك الفولاذية المقواة توضع بالتوازي، واستخدام خيوط حجب المياه ذات قدرة التوسع القوية لحجب المياه؛ والثاني هو في سطح الغلاف الفضفاض، قبل الضغط على الغلاف الداخلي، واستخدام خيوط حجب المياه كخيوط ربط، واثنين من خيوط حجب المياه إلى درجة أصغر (1 ~ 2 سم) في الاتجاه المعاكس حولها، وتشكيل سلة حجب كثيفة وصغيرة، لمنع دخول المياه، مصنوعة من هيكل "لب الكابل الجاف".

3.2 اختيار الخيوط المقاومة للماء

من أجل الحصول على مقاومة جيدة للماء وأداء معالجة ميكانيكية مرضي في عملية تصنيع كابل الألياف الضوئية، يجب ملاحظة الجوانب التالية عند اختيار خيوط مقاومة الماء:

1) سمك الخيط المانع لتسرب الماء
لضمان ملء تمدد خيوط مانعة لتسرب الماء للفجوات في المقطع العرضي للكابل، يُعد اختيار سُمك خيوط مانعة لتسرب الماء أمرًا بالغ الأهمية، ويرتبط ذلك بطبيعة الحال بحجم الكابل ومعدل تمدده. في هيكل الكابل، يجب تقليل وجود الفجوات، مثل استخدام خيوط مانعة لتسرب الماء بمعدل تمدد عالٍ، وبالتالي تقليل قطر خيوط مانعة لتسرب الماء إلى أدنى حد، مما يضمن أداءً موثوقًا في مانعة لتسرب الماء، مع توفير التكاليف.

2) معدل التورم وقوة الهلام للخيوط العازلة للماء
يُجرى اختبار اختراق الماء وفقًا للمعيار IEC794-1-F5B على المقطع العرضي الكامل لكابل الألياف الضوئية. يُضاف متر واحد من عمود الماء إلى عينة من كابل الألياف الضوئية بطول 3 أمتار، ويُعتبر مرور 24 ساعة دون تسرب أمرًا مقبولًا. إذا لم يواكب معدل انتفاخ خيط حجب الماء معدل تسرب الماء، فمن المحتمل أن الماء قد مر عبر العينة خلال دقائق قليلة من بدء الاختبار ولم ينتفخ خيط حجب الماء تمامًا بعد، على الرغم من أنه بعد فترة من الوقت سينتفخ خيط حجب الماء تمامًا ويسد الماء، ولكن هذا أيضًا يُعد فشلًا. إذا كان معدل التمدد أسرع ولم تكن قوة الهلام كافية، فلن يكون كافيًا لمقاومة الضغط الناتج عن عمود الماء بطول متر واحد، وسيفشل حجب الماء أيضًا.

3) نعومة الخيط المانع لتسرب الماء
نظرًا لأن نعومة الغزل المقاوم للماء تؤثر على الخصائص الميكانيكية للكابل، وخاصة الضغط الجانبي ومقاومة الصدمات، وما إلى ذلك، فإن التأثير يكون أكثر وضوحًا، لذا يجب محاولة استخدام غزل مقاوم للماء أكثر نعومة.

4) قوة الشد والاستطالة وطول الخيط المانع للماء
في إنتاج كل طول من أطوال صينية الكابلات، يجب أن يكون خيط مانع تسرب الماء متواصلاً ومتواصلاً، مما يتطلب قوة شد واستطالة معينة. لضمان عدم شد خيط مانع تسرب الماء أثناء عملية الإنتاج، لا يتضرر الكابل عند تمدده أو ثنيه أو لفه. يعتمد طول خيط مانع تسرب الماء بشكل أساسي على طول صينية الكابلات، لذا، لتقليل عدد مرات تغيير الخيط أثناء الإنتاج المستمر، كلما زاد طول خيط مانع تسرب الماء، كان ذلك أفضل.

5) يجب أن تكون حموضة وقلوية الخيط العازل للماء محايدة، وإلا فإن الخيط العازل للماء سوف يتفاعل مع مادة الكابل ويرسب الهيدروجين.

6) استقرار الخيوط العازلة للماء

الجدول 2: مقارنة بنية حجب الماء للخيوط المانعة لتسرب الماء مع مواد حجب الماء الأخرى

مقارنة العناصر	حشوة الجيلي	حلقة مانعة لتسرب الماء الساخن	شريط مانع لتسرب المياه	خيط مانع لتسرب الماء
مقاومة الماء	جيد	جيد	جيد	جيد
قابلية المعالجة	بسيط	معقد	أكثر تعقيدا	بسيط
الخصائص الميكانيكية	مؤهَل	مؤهَل	مؤهَل	مؤهَل
الموثوقية على المدى الطويل	جيد	جيد	جيد	جيد
قوة ربط الغمد	عدل	جيد	عدل	جيد
خطر الاتصال	نعم	No	No	No
تأثيرات الأكسدة	نعم	No	No	No
مذيب	نعم	No	No	No
كتلة لكل وحدة طول من كابل الألياف الضوئية	ثقيل	ضوء	أثقل	ضوء
تدفق المواد غير المرغوب فيها	ممكن	No	No	No
النظافة في الإنتاج	فقير	مزيد من الفقراء	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

يُقاس استقرار خيوط حجب المياه بشكل أساسي من خلال الاستقرار قصير المدى والاستقرار طويل المدى. يُؤخذ الاستقرار قصير المدى في الاعتبار بشكل أساسي ارتفاع درجة الحرارة على المدى القصير (درجة حرارة عملية غمد البثق تصل إلى 220 ~ 240 درجة مئوية) على خصائص حاجز الماء لخيوط حاجز الماء والخصائص الميكانيكية للصدمة؛ الاستقرار طويل المدى، مع الأخذ في الاعتبار بشكل أساسي معدل تمدد خيوط حاجز الماء ومعدل التمدد وقوة الهلام والاستقرار وقوة الشد واستطالة الصدمة، يجب أن يكون خيط حاجز الماء في عمر الكابل بالكامل (20 ~ 30 عامًا) مقاومًا للماء. على غرار شحم حجب الماء وشريط حجب الماء، تُعد قوة الهلام واستقرار خيوط حجب الماء سمة مهمة. يمكن لخيوط حجب الماء ذات قوة الهلام العالية والاستقرار الجيد الحفاظ على خصائص جيدة لحجب الماء لفترة طويلة من الزمن. على العكس من ذلك، ووفقًا للمعايير الوطنية الألمانية ذات الصلة، فإن بعض المواد تحت ظروف التحلل المائي، سوف تتحلل الجل إلى مادة متحركة للغاية ذات وزن جزيئي منخفض، ولن تحقق غرض مقاومة الماء على المدى الطويل.

3.3 استخدام الخيوط العازلة للماء
يعتبر خيط حجب المياه مادة ممتازة لحجب المياه في الكابلات البصرية، حيث يحل محل معجون الزيت، وحلقة حجب المياه من المادة اللاصقة الساخنة، وشريط حجب المياه، وما إلى ذلك المستخدمة بكميات كبيرة في إنتاج الكابلات البصرية، والجدول 2 يوضح بعض خصائص مواد حجب المياه هذه للمقارنة.

4 الخاتمة

باختصار، يعتبر الغزل المانع لتسرب الماء مادة مانعة لتسرب الماء ممتازة ومناسبة للكابل البصري، وله خصائص البناء البسيط والأداء الموثوق به وكفاءة الإنتاج العالية وسهولة الاستخدام؛ كما أن استخدام المادة التي تملأ الكابل البصري له مزايا الوزن الخفيف والأداء الموثوق به والتكلفة المنخفضة.

وقت النشر: ١٦ يوليو ٢٠٢٢