1 Introdução
Para garantir a vedação longitudinal dos cabos de fibra óptica e evitar que água e umidade penetrem no cabo ou na caixa de junção, corroendo o metal e a fibra, o que pode resultar em danos por hidrogênio, quebra da fibra e queda acentuada no desempenho do isolamento elétrico, os seguintes métodos são comumente usados para prevenir a entrada de água e umidade:
1) Preenchimento do interior do cabo com graxa tixotrópica, incluindo tipos hidrofóbicos, intumescentes e termoexpansíveis, entre outros. Esses materiais são oleosos, exigem grande quantidade de preenchimento, têm alto custo, são propensos à poluição ambiental, difíceis de limpar (especialmente em emendas de cabos com solventes) e aumentam muito o peso do cabo.
2) O uso de anéis de barreira de água com adesivo termofusível entre as bainhas interna e externa é um método ineficiente e complexo, dominado por poucos fabricantes. 3) A utilização de materiais de bloqueio de água por expansão a seco (pó expansível absorvente de água, fita de bloqueio de água, etc.) requer alta tecnologia, alto consumo de material, custo elevado e o peso do cabo é excessivo. Nos últimos anos, a estrutura de "núcleo seco" foi introduzida em cabos ópticos e tem sido amplamente aplicada no exterior, apresentando vantagens incomparáveis, especialmente na solução do problema do peso elevado e do complexo processo de emenda de cabos ópticos com grande número de núcleos. O material de bloqueio de água utilizado neste cabo de "núcleo seco" é o fio de bloqueio de água. O fio de bloqueio de água absorve água rapidamente e incha, formando um gel que bloqueia o canal de água do cabo, atingindo assim o objetivo de bloqueio de água. Além disso, o fio impermeável não contém substâncias oleosas e o tempo necessário para preparar a emenda pode ser consideravelmente reduzido, sem a necessidade de panos, solventes ou produtos de limpeza. Visando obter um processo simples, construção conveniente, desempenho confiável e materiais impermeáveis de baixo custo, desenvolvemos um novo tipo de fio impermeável para cabos ópticos: o fio expansível impermeável.
2. Princípio de bloqueio de água e características do fio de bloqueio de água
A função de bloqueio de água do fio de bloqueio de água consiste em utilizar o corpo principal das fibras do fio para formar um grande volume de gel (a absorção de água pode atingir dezenas de vezes o seu próprio volume, por exemplo, no primeiro minuto a água pode expandir-se rapidamente de cerca de 0,5 mm para cerca de 5,0 mm de diâmetro). A capacidade de retenção de água do gel é bastante elevada, podendo prevenir eficazmente o crescimento de arborescências aquosas, impedindo assim a penetração e propagação da água, atingindo assim o objetivo de resistência à água. Como o cabo de fibra óptica deve suportar diversas condições ambientais durante a fabricação, teste, transporte, armazenamento e utilização, o fio de bloqueio de água deve apresentar as seguintes características para ser utilizado em cabos de fibra óptica:
1) Aparência limpa, espessura uniforme e textura macia;
2) Uma certa resistência mecânica para atender aos requisitos de tensão durante a formação do cabo;
3) Inchaço rápido, boa estabilidade química e alta resistência para absorção de água e formação de gel;
4) Boa estabilidade química, sem componentes corrosivos, resistente a bactérias e fungos;
5) Boa estabilidade térmica, boa resistência às intempéries, adaptável a vários processos e produções subsequentes e a diversos ambientes de uso;
6) Boa compatibilidade com outros materiais de cabos de fibra óptica.
3. Fios resistentes à água na aplicação de cabos de fibra óptica
3.1 Utilização de fios resistentes à água em cabos de fibra óptica
Os fabricantes de cabos de fibra óptica podem adotar diferentes estruturas de cabos no processo de produção para atender às necessidades dos usuários, de acordo com sua situação real e seus requisitos:
1) Bloqueio longitudinal da bainha externa com fios impermeabilizantes.
Na blindagem com fita de aço enrugada, a bainha externa deve ser impermeável longitudinalmente para impedir a entrada de umidade no cabo ou na caixa de conexão. Para obter a barreira longitudinal contra água na bainha externa, utilizam-se dois fios de barreira contra água. Um deles é posicionado paralelamente ao núcleo do cabo revestido internamente, enquanto o outro é enrolado ao redor do núcleo do cabo com um espaçamento específico (de 8 a 15 cm), coberto com fita de aço enrugada e PE (polietileno). Dessa forma, o fio de barreira contra água divide o espaço entre o núcleo do cabo e a fita de aço, criando um pequeno compartimento fechado. O fio de barreira contra água incha e forma um gel em pouco tempo, impedindo a entrada de água no cabo e restringindo-a a alguns pequenos compartimentos próximos ao ponto de falha, atingindo assim o objetivo da barreira longitudinal contra água, conforme ilustrado na Figura 1.
Figura 1: Uso típico de fio de bloqueio de água em cabo óptico
2) Bloqueio longitudinal da água no núcleo do cabo com fios impermeabilizantes.Pode-se utilizar o fio impermeabilizante em dois tipos de núcleo de cabo: um no núcleo do cabo de aço reforçado, utilizando dois fios impermeabilizantes, geralmente um paralelo ao fio de aço reforçado e o outro com um espaçamento maior, enrolado ao redor do fio. Também é possível utilizar dois fios impermeabilizantes paralelos ao fio de aço reforçado, aproveitando a alta capacidade de expansão do fio para bloquear a água; o segundo tipo de fio impermeabilizante é aplicado na superfície da capa externa, antes da compressão da bainha interna, utilizando-se dois fios impermeabilizantes com um espaçamento menor (1 a 2 cm) em direções opostas, formando uma barreira densa e compacta que impede a entrada de água, criando assim a estrutura de "núcleo de cabo seco".
3.2 Seleção de fios resistentes à água
Para obter tanto uma boa resistência à água quanto um desempenho satisfatório no processamento mecânico durante o processo de fabricação de cabos de fibra óptica, os seguintes aspectos devem ser observados na seleção de fios resistentes à água:
1) A espessura do fio impermeabilizante
Para garantir que a expansão do fio impermeabilizante preencha os espaços na seção transversal do cabo, a escolha da espessura do fio é crucial. Isso está diretamente relacionado às dimensões estruturais do cabo e à taxa de expansão do fio. Na estrutura do cabo, deve-se minimizar a existência de espaços vazios. Para isso, utiliza-se um fio impermeabilizante com alta taxa de expansão, permitindo reduzir seu diâmetro ao mínimo. Dessa forma, obtém-se um desempenho de impermeabilização confiável e, ao mesmo tempo, reduz-se os custos.
2) Taxa de intumescimento e resistência do gel de fios bloqueadores de água
O teste de penetração de água IEC794-1-F5B é realizado em toda a seção transversal do cabo de fibra óptica. Uma coluna de água de 1 m é adicionada a uma amostra de 3 m de cabo de fibra óptica; após 24 horas sem vazamento, o teste é considerado aprovado. Se a taxa de expansão do fio de bloqueio de água não acompanhar a taxa de infiltração de água, é possível que a água tenha passado pela amostra em poucos minutos após o início do teste e o fio de bloqueio de água ainda não tenha expandido completamente. Embora, após um certo período, o fio de bloqueio de água se expanda completamente e bloqueie a água, isso também configura uma falha. Se a taxa de expansão for muito rápida e a resistência do gel for insuficiente, não será possível resistir à pressão gerada pela coluna de água de 1 m, e o bloqueio de água também falhará.
3) Maciez do fio impermeabilizante
Como a maciez do fio impermeabilizante influencia as propriedades mecânicas do cabo, especialmente a pressão lateral, a resistência ao impacto, etc., o impacto é mais evidente, portanto, deve-se tentar usar um fio impermeabilizante mais macio.
4) A resistência à tração, o alongamento e o comprimento do fio impermeabilizante.
Na produção de cada comprimento de canaleta para cabos, o fio impermeabilizante deve ser contínuo e ininterrupto, o que exige que o fio tenha certa resistência à tração e alongamento. Isso garante que o fio não seja puxado durante o processo de produção e que o cabo não seja danificado em caso de estiramento, flexão ou torção. O comprimento do fio impermeabilizante depende principalmente do comprimento da canaleta; para reduzir o número de trocas de fio na produção contínua, quanto maior o comprimento do fio, melhor.
5) A acidez e a alcalinidade do fio impermeabilizante devem ser neutras; caso contrário, o fio reagirá com o material do cabo e precipitará hidrogênio.
6) Estabilidade de fios impermeáveis
Tabela 2: Comparação da estrutura de bloqueio de água de fios impermeáveis com outros materiais impermeáveis.
| Comparar itens | Recheio de gelatina | Anel de vedação para água com fusão a quente | Fita impermeabilizante | fio de bloqueio de água |
| Resistência à água | Bom | Bom | Bom | Bom |
| Processabilidade | Simples | Complicado | Mais complexo | Simples |
| Propriedades mecânicas | Qualificado | Qualificado | Qualificado | Qualificado |
| Confiabilidade a longo prazo | Bom | Bom | Bom | Bom |
| força de ligação da bainha | Justo | Bom | Justo | Bom |
| Risco de conexão | Sim | No | No | No |
| Efeitos da oxidação | Sim | No | No | No |
| Solvente | Sim | No | No | No |
| Massa por unidade de comprimento de cabo de fibra óptica | Pesado | Luz | Mais pesado | Luz |
| Fluxo indesejado de material | Possível | No | No | No |
| Limpeza na produção | Pobre | Mais pobres | Bom | Bom |
| Manuseio de materiais | Tambores de ferro pesados | Simples | Simples | Simples |
| Investimento em equipamentos | Grande | Grande | Maior | Pequeno |
| Custo do material | Mais alto | Baixo | Mais alto | Mais baixo |
| Custos de produção | Mais alto | Mais alto | Mais alto | Mais baixo |
A estabilidade dos fios impermeabilizantes é medida principalmente pela estabilidade a curto e longo prazo. A estabilidade a curto prazo considera principalmente o impacto do aumento de temperatura (temperatura do processo de extrusão da bainha até 220 ~ 240 °C) nas propriedades de impermeabilização e nas propriedades mecânicas de resistência ao impacto do fio. Já a estabilidade a longo prazo considera principalmente a taxa de expansão, a resistência e a estabilidade do gel, a resistência à tração e o alongamento do fio ao longo do tempo. O fio deve manter sua resistência à água durante toda a vida útil do cabo (20 ~ 30 anos). Assim como ocorre com graxas e fitas impermeabilizantes, a resistência e a estabilidade do gel são características importantes do fio. Um fio com alta resistência do gel e boa estabilidade pode manter boas propriedades de impermeabilização por um período considerável. Por outro lado, de acordo com as normas alemãs, alguns materiais, sob condições de hidrólise, decompõem o gel em um material de baixo peso molecular e alta mobilidade, não atingindo o objetivo de resistência à água a longo prazo.
3.3 Aplicação de fios impermeabilizantes
O fio de bloqueio de água, um excelente material para bloqueio de água em cabos ópticos, está substituindo a pasta de óleo, o anel adesivo termofusível de bloqueio de água e a fita de bloqueio de água, etc., usados em grandes quantidades na produção de cabos ópticos. A Tabela 2 apresenta algumas das características desses materiais de bloqueio de água para comparação.
4 Conclusão
Em resumo, o fio impermeável é um excelente material para bloqueio de água, adequado para cabos ópticos. Ele apresenta características como construção simples, desempenho confiável, alta eficiência de produção e facilidade de uso. Além disso, o uso desse material como material de enchimento em cabos ópticos oferece as vantagens de leveza, desempenho confiável e baixo custo.
Data da publicação: 16 de julho de 2022