1 Introdução
Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de comunicação na última década, o campo de aplicação dos cabos de fibra óptica tem se expandido. À medida que as exigências ambientais para cabos de fibra óptica continuam a aumentar, também aumentam as exigências quanto à qualidade dos materiais utilizados. A fita impermeabilizante para cabos de fibra óptica é um material comum na indústria, sendo amplamente reconhecida sua função de vedação, impermeabilização, proteção contra umidade e amortecimento. Suas variedades e desempenho têm sido continuamente aprimorados e aperfeiçoados com o desenvolvimento dos cabos de fibra óptica. Nos últimos anos, a estrutura de "núcleo seco" foi introduzida nos cabos ópticos. Esse tipo de material impermeabilizante geralmente consiste em uma combinação de fita, fio ou revestimento para impedir a penetração longitudinal de água no núcleo do cabo. Com a crescente aceitação dos cabos de fibra óptica de núcleo seco, os materiais utilizados nesses cabos estão substituindo rapidamente os compostos de preenchimento tradicionais à base de vaselina. O material de núcleo seco utiliza um polímero que absorve água rapidamente, formando um hidrogel que incha e preenche os canais de penetração de água no cabo. Além disso, como o material do núcleo seco não contém graxa pegajosa, não são necessários panos, solventes ou produtos de limpeza para preparar o cabo para emenda, reduzindo significativamente o tempo de emenda. A leveza do cabo e a boa adesão entre o fio de reforço externo e a bainha não são comprometidas, tornando-o uma escolha popular.
2. O impacto da água no cabo e no mecanismo de resistência à água
A principal razão pela qual se devem adotar diversas medidas de bloqueio de água é que a água que entra no cabo se decompõe em hidrogênio e íons OH-, o que aumenta a perda de transmissão da fibra óptica, reduz o desempenho da fibra e diminui a vida útil do cabo. As medidas mais comuns de bloqueio de água são o preenchimento com pasta de petróleo e a aplicação de fita impermeabilizante, que são aplicadas no espaço entre o núcleo e a bainha do cabo para impedir a propagação vertical de água e umidade, bloqueando assim a entrada de água.
Quando resinas sintéticas são usadas em grandes quantidades como isolantes em cabos de fibra óptica (principalmente em cabos), esses materiais isolantes também não são imunes à entrada de água. A formação de "árvores de água" no material isolante é a principal causa do impacto no desempenho da transmissão. O mecanismo pelo qual o material isolante é afetado pelas árvores de água geralmente é explicado da seguinte forma: devido ao forte campo elétrico (outra hipótese é que as propriedades químicas da resina sejam alteradas pela descarga muito fraca de elétrons acelerados), as moléculas de água penetram através dos diversos microporos presentes no material de revestimento do cabo de fibra óptica. As moléculas de água penetram através dos diversos microporos no material de revestimento do cabo, formando "árvores de água", acumulando gradualmente uma grande quantidade de água e se espalhando na direção longitudinal do cabo, afetando seu desempenho. Após anos de pesquisa e testes internacionais, em meados da década de 1980, foi encontrada a melhor maneira de eliminar a formação de arborescências aquáticas: antes da extrusão do cabo, este era envolvido em uma camada de barreira de absorção e expansão de água para inibir e retardar o crescimento dessas arborescências, bloqueando a água no interior do cabo em sua extensão longitudinal; ao mesmo tempo, devido a danos externos e infiltração de água, a barreira também podia bloquear rapidamente a água, sem afetar a extensão longitudinal do cabo.
3 Visão geral da barreira de água do cabo
3.1 Classificação das barreiras de água para cabos de fibra óptica
Existem muitas maneiras de classificar as barreiras de água para cabos ópticos, que podem ser classificadas de acordo com sua estrutura, qualidade e espessura. Em geral, elas podem ser classificadas de acordo com sua estrutura: barreira de água laminada de dupla face, barreira de água revestida de face única e barreira de água de filme composto. A função de barreira de água da barreira deve-se principalmente ao material de alta absorção de água (chamado de barreira de água), que pode inchar rapidamente após entrar em contato com a água, formando um grande volume de gel (a barreira de água pode absorver centenas de vezes mais água do que seu próprio volume), impedindo assim o crescimento de arborescências e evitando a infiltração e propagação contínuas de água. Esses materiais incluem polissacarídeos naturais e quimicamente modificados.
Embora esses bloqueadores de água naturais ou seminaturais possuam boas propriedades, eles apresentam duas desvantagens fatais:
1) são biodegradáveis e 2) são altamente inflamáveis. Isso torna improvável seu uso em materiais para cabos de fibra óptica. O outro tipo de material sintético em revestimentos impermeáveis é representado pelos poliacrilatos, que podem ser usados como revestimentos impermeáveis para cabos ópticos porque atendem aos seguintes requisitos: 1) quando secos, podem neutralizar as tensões geradas durante a fabricação dos cabos ópticos;
2) Quando secos, podem suportar as condições de funcionamento dos cabos ópticos (ciclos térmicos da temperatura ambiente até 90 °C) sem afetar a vida útil do cabo, e também podem suportar altas temperaturas por curtos períodos de tempo;
3) Quando entram em contato com a água, podem inchar rapidamente e formar um gel com alta velocidade de expansão.
4) Produz um gel altamente viscoso, cuja viscosidade permanece estável mesmo em altas temperaturas por um longo período.
A síntese de repelentes de água pode ser dividida em grandes métodos químicos tradicionais – método de fase reversa (polimerização por reticulação água-em-óleo), método de polimerização por reticulação próprio – método de disco, e método de irradiação – método de raios gama com cobalto 60. O método de reticulação é baseado na irradiação gama com cobalto 60. Os diferentes métodos de síntese apresentam diferentes graus de polimerização e reticulação e, portanto, requisitos muito rigorosos para o agente hidrorrepelente necessário em fitas hidrorrepelentes. Apenas alguns poliacrilatos conseguem atender a esses quatro requisitos. De acordo com a experiência prática, os agentes hidrorrepelentes (resinas absorventes de água) não podem ser usados como matéria-prima para um único componente do poliacrilato de sódio reticulado; eles devem ser usados em um método de reticulação com múltiplos polímeros (ou seja, uma mistura de vários componentes do poliacrilato de sódio reticulado) para atingir o objetivo de absorção de água rápida e em alta quantidade. Os requisitos básicos são: a capacidade de absorção de água pode atingir cerca de 400 vezes o seu valor inicial, com uma taxa de absorção de água de 75% no primeiro minuto; os requisitos de estabilidade térmica da secagem da água incluem: resistência a temperaturas de até 90°C a longo prazo, temperatura máxima de trabalho de 160°C e resistência instantânea a temperaturas de até 230°C (especialmente importante para cabos fotoelétricos compostos com sinais elétricos); e os requisitos de estabilidade do gel após a formação do mesmo, após vários ciclos térmicos (de 20°C a 95°C), devem apresentar alta viscosidade e resistência. A estabilidade do gel varia consideravelmente dependendo do método de síntese e dos materiais utilizados pelo fabricante. Além disso, nem sempre uma taxa de expansão rápida é a melhor opção. Alguns produtos priorizam a velocidade de expansão, utilizando aditivos que não contribuem para a estabilidade do hidrogel, destruindo sua capacidade de retenção de água e não atingindo o efeito desejado de impermeabilização.
3. Características da fita de bloqueio de água: Como o cabo é submetido a testes ambientais durante os processos de fabricação, teste, transporte, armazenamento e uso, os requisitos da fita de bloqueio de água para cabos ópticos são os seguintes:
1) Aparência da distribuição de fibras, materiais compósitos sem delaminação e pó, com certa resistência mecânica, adequados às necessidades do cabo;
2) Qualidade uniforme, repetível e estável; durante a formação do cabo, não haverá delaminação nem produção de defeitos.
3) alta pressão de expansão, velocidade de expansão rápida, boa estabilidade do gel;
4) boa estabilidade térmica, adequada para vários processamentos subsequentes;
5) Alta estabilidade química, não contém componentes corrosivos, resistente a bactérias e à erosão por mofo;
6) boa compatibilidade com outros materiais de cabos ópticos, resistência à oxidação, etc.
4. Padrões de desempenho da barreira de água para cabos ópticos
Um grande número de pesquisas demonstra que a resistência inadequada à água prejudica significativamente a estabilidade a longo prazo do desempenho de transmissão do cabo. Esses danos, difíceis de detectar durante o processo de fabricação e inspeção em fábrica, manifestam-se gradualmente durante a instalação e o uso do cabo de fibra óptica. Portanto, o desenvolvimento oportuno de normas de teste abrangentes e precisas, que sirvam de base para uma avaliação aceitável por todas as partes envolvidas, tornou-se uma tarefa urgente. A extensa pesquisa, exploração e experimentação do autor sobre fitas de vedação à água forneceram uma base técnica adequada para o desenvolvimento de normas técnicas para essas fitas. Os parâmetros de desempenho da barreira à água foram determinados com base nos seguintes critérios:
1) os requisitos da norma de cabos ópticos para a vedação contra água (principalmente os requisitos do material do cabo óptico na norma de cabos ópticos);
2) experiência no fabrico e utilização de barreiras de água e relatórios de ensaios relevantes;
3) Resultados da pesquisa sobre a influência das características das fitas impermeabilizantes no desempenho dos cabos de fibra óptica.
4.1 Aparência
A fita impermeabilizante deve apresentar fibras distribuídas uniformemente; a superfície deve ser plana e livre de rugas, vincos e rasgos; não deve haver fendas na largura da fita; o material compósito deve estar livre de delaminação; a fita deve estar bem enrolada e as bordas da fita, quando manuseada manualmente, devem estar livres do formato de "chapéu de palha".
4.2 Resistência mecânica da junta estanque
A resistência à tração da fita de vedação depende do método de fabricação da fita não tecida de poliéster. Sob as mesmas condições quantitativas, o método de viscose apresenta melhor resistência à tração do que o método de laminação a quente, além de menor espessura. A resistência à tração da fita de vedação varia de acordo com a forma como o cabo é enrolado ou enrolado ao redor do cabo.
Este é um indicador chave para duas das fitas impermeabilizantes, para as quais o método de teste deve ser unificado com o dispositivo, o líquido e o procedimento de teste. O principal material impermeabilizante na fita é o poliacrilato de sódio parcialmente reticulado e seus derivados, que são sensíveis à composição e à natureza dos requisitos de qualidade da água. Para unificar o padrão da altura de intumescimento da fita impermeabilizante, deve-se utilizar água deionizada (água destilada é usada em casos de arbitragem), pois a água deionizada não possui componentes aniônicos e catiônicos, sendo basicamente água pura. O multiplicador de absorção da resina absorvente de água varia muito de acordo com a qualidade da água. Se em água pura o multiplicador de absorção for de 100% do valor nominal, em água da torneira será de 40% a 60% (dependendo da qualidade da água de cada local); em água do mar será de 12%; em água subterrânea ou de esgoto, a situação é mais complexa, sendo difícil determinar a porcentagem de absorção, e seu valor será muito baixo. Para garantir o efeito de barreira contra água e a vida útil do cabo, é melhor usar uma fita de barreira contra água com uma altura de expansão superior a 10 mm.
4.3 Propriedades elétricas
De modo geral, o cabo óptico não contém fios metálicos para transmissão de sinais elétricos, portanto não utiliza fita isolante semicondutora à prova d'água. Apenas fita isolante para cabos ópticos é necessária.
Cabo elétrico composto antes da presença de sinais elétricos, requisitos específicos de acordo com a estrutura do cabo conforme contrato.
4.4 Estabilidade térmica A maioria das fitas impermeabilizantes atende aos requisitos de estabilidade térmica: resistência a longo prazo a 90 °C, temperatura máxima de trabalho de 160 °C e resistência instantânea a 230 °C. O desempenho da fita impermeabilizante não deve se alterar após um período de tempo especificado nessas temperaturas.
A resistência do gel deve ser a característica mais importante de um material intumescente, enquanto a taxa de expansão serve apenas para limitar o comprimento da penetração inicial de água (menos de 1 m). Um bom material expansível deve ter a taxa de expansão adequada e alta viscosidade. Um material com baixa capacidade de barreira à água, mesmo com alta taxa de expansão e baixa viscosidade, apresentará propriedades de barreira à água deficientes. Isso pode ser testado comparando-se o número de ciclos térmicos. Sob condições hidrolíticas, o gel se decompõe em um líquido de baixa viscosidade, o que deteriora sua qualidade. Isso é obtido agitando-se uma suspensão de água pura contendo o pó expansível por 2 horas. O gel resultante é então separado do excesso de água e colocado em um viscosímetro rotativo para medir a viscosidade antes e depois de 24 horas a 95 °C. A diferença na estabilidade do gel pode ser observada. Normalmente, isso é feito em ciclos de 8 horas de 20 °C a 95 °C e 8 horas de 95 °C a 20 °C. As normas alemãs relevantes exigem 126 ciclos de 8 horas.
4.5 Compatibilidade A compatibilidade da barreira de água é uma característica particularmente importante em relação à vida útil do cabo de fibra óptica e, portanto, deve ser considerada em relação aos materiais do cabo de fibra óptica envolvidos até o momento. Como a compatibilidade leva um longo tempo para se tornar aparente, o teste de envelhecimento acelerado deve ser usado, ou seja, a amostra do material do cabo é limpa, envolvida com uma camada de fita impermeável seca e mantida em uma câmara de temperatura constante a 100 °C por 10 dias, após os quais a qualidade é pesada. A resistência à tração e o alongamento do material não devem variar em mais de 20% após o teste.
Data da publicação: 22 de julho de 2022