Durante a operação de cabos ópticos e elétricos, o fator mais significativo que leva à degradação do desempenho é a penetração de umidade. Se a água penetrar em um cabo óptico, pode aumentar a atenuação da fibra; se penetrar em um cabo elétrico, pode reduzir o desempenho do isolamento do cabo, afetando seu funcionamento. Portanto, unidades de bloqueio de água, como materiais absorventes de água, são incorporadas ao processo de fabricação de cabos ópticos e elétricos para evitar a penetração de umidade ou água, garantindo a segurança operacional.
As principais formas de apresentação de materiais absorventes de água incluem pó absorvente de água,fita impermeabilizante, fio impermeabilizantee graxa impermeabilizante expansível, etc. Dependendo do local de aplicação, pode-se usar um tipo de material impermeabilizante ou vários tipos diferentes simultaneamente para garantir a impermeabilização dos cabos.
Com a rápida implementação da tecnologia 5G, o uso de cabos ópticos está se tornando cada vez mais comum e as exigências para eles estão se tornando mais rigorosas. Particularmente com a introdução de requisitos de sustentabilidade e proteção ambiental, os cabos ópticos totalmente secos são cada vez mais preferidos pelo mercado. Uma característica importante dos cabos ópticos totalmente secos é que eles não utilizam graxa impermeabilizante do tipo preenchimento ou do tipo expansão. Em vez disso, fitas e fibras impermeabilizantes são usadas para bloquear a água em toda a seção transversal do cabo.
A aplicação de fitas impermeabilizantes em cabos e cabos ópticos é bastante comum, havendo vasta literatura de pesquisa sobre o assunto. No entanto, existem relativamente poucos estudos publicados sobre fios impermeabilizantes, particularmente sobre materiais fibrosos impermeabilizantes com propriedades superabsorventes. Devido à sua facilidade de aplicação durante a fabricação de cabos ópticos e elétricos e ao seu processamento simples, os materiais fibrosos superabsorventes são atualmente os materiais impermeabilizantes preferidos na fabricação de cabos e cabos ópticos, especialmente cabos ópticos secos.
Aplicação na fabricação de cabos de energia
Com o fortalecimento contínuo da construção de infraestrutura na China, a demanda por cabos de energia para projetos de suporte energético continua a aumentar. Os cabos geralmente são instalados por meio de enterramento direto, em valas, túneis ou por métodos aéreos. Inevitavelmente, eles ficam expostos a ambientes úmidos ou em contato direto com a água, podendo até mesmo permanecer submersos por períodos curtos ou longos, causando a penetração gradual de água em seu interior. Sob a ação de um campo elétrico, estruturas semelhantes a árvores podem se formar na camada isolante do condutor, um fenômeno conhecido como arborescência hídrica. Quando essas arborescências crescem a um certo ponto, levam à ruptura do isolamento do cabo. A arborescência hídrica é hoje reconhecida internacionalmente como uma das principais causas do envelhecimento dos cabos. Para melhorar a segurança e a confiabilidade do sistema de fornecimento de energia, o projeto e a fabricação de cabos devem adotar estruturas de bloqueio de água ou medidas de impermeabilização para garantir um bom desempenho de bloqueio de água.
A penetração de água em cabos pode ser geralmente dividida em dois tipos: penetração radial (ou transversal) através da bainha e penetração longitudinal (ou axial) ao longo do condutor e do núcleo do cabo. Para o bloqueio radial (transversal) da água, utiliza-se frequentemente uma bainha de bloqueio de água abrangente, como uma fita composta de alumínio e plástico enrolada longitudinalmente e, em seguida, extrudada com polietileno. Se for necessário um bloqueio radial completo da água, adota-se uma estrutura de bainha metálica. Para cabos de uso comum, a proteção contra a penetração de água concentra-se principalmente na penetração longitudinal (axial).
Ao projetar a estrutura do cabo, as medidas de impermeabilização devem levar em consideração a resistência à água na direção longitudinal (ou axial) do condutor, a resistência à água fora da camada de isolamento e a resistência à água em toda a estrutura. O método geral para impermeabilização de condutores consiste em preencher o interior e a superfície do condutor com materiais impermeabilizantes. Para cabos de alta tensão com condutores divididos em setores, recomenda-se o uso de fios impermeabilizantes como material de impermeabilização no centro, conforme mostrado na Figura 1. Os fios impermeabilizantes também podem ser aplicados em estruturas de impermeabilização completa. Ao inserir fios impermeabilizantes ou cordas impermeabilizantes tecidas com esses fios nos espaços entre os diversos componentes do cabo, os canais de fluxo de água na direção axial do cabo podem ser bloqueados, garantindo que os requisitos de estanqueidade longitudinal sejam atendidos. O diagrama esquemático de um cabo típico com impermeabilização completa é mostrado na Figura 2.
Nas estruturas de cabos mencionadas acima, materiais de fibra absorventes de água são usados como unidade de bloqueio de água. O mecanismo se baseia na grande quantidade de resina superabsorvente presente na superfície do material da fibra. Ao entrar em contato com a água, a resina se expande rapidamente de 10 a 11 vezes o seu volume original, formando uma camada fechada de bloqueio de água na seção transversal circunferencial do núcleo do cabo, bloqueando os canais de penetração da água e impedindo a difusão e propagação de água ou vapor de água na direção longitudinal, protegendo assim o cabo de forma eficaz.
Aplicação em Cabos Ópticos
O desempenho de transmissão óptica, o desempenho mecânico e o desempenho ambiental dos cabos ópticos são os requisitos mais básicos de um sistema de comunicação. Uma medida para garantir a vida útil de um cabo óptico é impedir a penetração de água na fibra óptica durante a operação, o que causaria aumento das perdas (ou seja, perda por hidrogênio). A entrada de água afeta os picos de absorção de luz da fibra óptica na faixa de comprimento de onda de 1,3 μm a 1,60 μm, levando ao aumento das perdas na fibra óptica. Essa faixa de comprimento de onda abrange a maior parte das janelas de transmissão utilizadas nos sistemas de comunicação óptica atuais. Portanto, o projeto de estrutura à prova d'água torna-se um elemento fundamental na construção de cabos ópticos.
O projeto de estrutura de bloqueio de água em cabos ópticos divide-se em projeto de bloqueio de água radial e projeto de bloqueio de água longitudinal. O projeto de bloqueio de água radial adota uma bainha de bloqueio de água abrangente, ou seja, uma estrutura com fita composta de alumínio-plástico ou aço-plástico enrolada longitudinalmente e, em seguida, extrudada com polietileno. Simultaneamente, um tubo solto feito de materiais poliméricos como PBT (polibutileno tereftalato) ou aço inoxidável é adicionado externamente à fibra óptica. No projeto de estrutura de bloqueio de água longitudinal, considera-se a aplicação de múltiplas camadas de materiais de bloqueio de água em cada parte da estrutura. O material de bloqueio de água dentro do tubo solto (ou nas ranhuras de um cabo do tipo esqueleto) é alterado de graxa de bloqueio de água do tipo preenchimento para material de fibra absorvente de água para o tubo. Um ou dois fios de bloqueio de água são colocados paralelamente ao elemento de reforço do núcleo do cabo para impedir que o vapor de água externo penetre longitudinalmente ao longo do elemento de reforço. Se necessário, fibras impermeáveis também podem ser colocadas nos espaços entre os tubos soltos trançados para garantir que o cabo óptico passe por rigorosos testes de penetração de água. A estrutura de um cabo óptico totalmente seco geralmente utiliza um tipo de trançado em camadas, como mostrado na Figura 3.
Data da publicação: 28/08/2025