Стеклопластиковые стержни на основе полиуретановой смолы, используемые в оптических кабелях

2522
19.02.2024, 9:0

Индийская компания Sterlite Technologies Limited - производитель оптического волокна, оптического кабеля, структурированных кабельных систем и программно-аппаратных решений для сетей мобильной связи, специализируется на создании оптических сетей, проектировании и развертывании гипермасштабируемых сетей, а также сетевом программном обеспечении. Специалисты компании провели исследование характеристик и эффективности армированных стекловолокном пластмассовых стержней, используемых в конструкциях волоконно-оптических кабелей.

Армированные стекловолокном пластмассовые стержни (FRP rods) изготавливаются путём пропитки стекловолокна матрицей из смолы, такой как полиэфир, эпоксидная смола или виниловый эфир. Пропитанные волокна затем протягиваются через нагретую фильеру (процесс пултрузии) для придания формы и отверждения смолы и создания стержня с соответствующим постоянным поперечным сечением. И, наконец, изготовленные методом пултрузии стержни охлаждаются для отверждения смолы и сохранения требуемой формы. В зависимости от области применения этих стержней некоторые из них могут быть подвергнуты дополнительным операциям обработки поверхности или наложения покрытий с целью усиления конкретных свойств, таких как адгезия. Эти армированные стекловолокном пластмассовые стержни используются в качестве упрочняющих элементов в волоконно-оптических кабелях. Они повышают механическую прочность и долговечность кабелей, а также делают их более устойчивыми к изгибам, раздавливанию и воздействию иных физических факторов.

Стеклопластиковые стержни разработаны для широкого спектра областей применения в зависимости от типа волоконно-оптических кабелей, в которых они будут использоваться. В некоторых волоконно-оптических кабелях стеклопластиковые стержни используются в качестве центрального силового элемента прочности, в то время как в некоторых других кабелях они используются в качестве периферийных упрочняющих элементов, а в некоторых - в качестве встроенных упрочняющих элементов. При использовании в качестве центрального силового элемента стержень из стеклопластика не имеет покрытия, поскольку не требуется адгезия между стеклопластиком и элементами кабеля. В тех конструкциях, где стеклопластиковые стержни используются в качестве периферийного упрочняющего элемента, плоские стержни без покрытия используются для полного покрытия элементов кабеля и действуют как броня для этих элементов. Встроенные упрочняющие элементы обычно имеют покрытия, поскольку требуется прочное сцепление между стеклопластиком и оболочкой кабеля. В зависимости от конечного использования и требований заказчика, эти покрытия или сцепление также должны быть оптимизированы под требования заказчика.

Обычно на стержни из стеклопластика наносят покрытия из этилен-акриловой кислоты (EAA) для улучшения адгезии между разнородными материалами, такими как стеклопластик и полиэтилен, создавая прочное сцепление между ними. В статье специалистов компании Sterlite Technologies Limited описывается желаемый тип соединения между стеклопластиком и оболочкой кабеля и то, как это было достигнуто для облегчения монтажа кабеля.

Встроенные стеклопластиковые стержни в волоконно-оптических кабелях

На сцепление между стеклопластиковым стержнем и полимером влияют два важных фактора: а) химическая адгезия и б) трение вследствие шероховатости поверхности стержня из стеклопластика. Химическая адгезия часто достигается за счёт покрытия стеклопластиковых стержней этилен-акриловой кислотой (EAA). Эти покрытия наносятся с помощью технологии совместной экструзии и обеспечивают высокие адгезивные свойства материала оболочки. Из-за такой сильной адгезии усложняется доступ к этим стержням из стеклопластика во время монтажа и прокладки кабеля. Для того чтобы преодолеть эту проблему, часто предпочтение отдаётся механическому соединению стеклопластикового стержня с полимером. Шероховатые стержни без покрытия увеличивают механическое сцепление и в то же время они легкодоступны в ходе прокладки и монтажа кабеля.

Механическое сцепление с полимером стеклопластиковых стержней, используемых в качестве встроенных силовых элементов

При разработке стеклопластиковых стержней, которые пригодны для механического сцепления с полимером, для их производства была выбрана смола на основе полиуретанакрилата. Полиуретановые акриловые олигомеры представляют собой класс полиуретанов, полученных путём реакции полиолов с диизоцианатом и покрытых акрилатом. По сравнению с традиционными смолами на эпоксидной основе эти полиуретанакрилатные смолы не имеют ароматических колец в химической структуре, что делает стержни из стеклопластика более гибкими. Стержни, изготовленные с использованием этой смолы, будут иметь шероховатую поверхность, что способствует механическому сцеплению или соединению стеклопластика с полимером. Кроме того, для сцепления с кабельной оболочкой не использовалось покрытие поверх стеклопластика.

Свойства кабеля, эксплуатационные характеристики и квалификационные испытания

Описание кабеля. Для тестирования характеристик новых стеклопластиковых стержней был изготовлен кабель микромодульной конструкции из 72 волокон. Микромодульные кабели – это волоконно-оптические кабели высокой плотности с несколькими отдельными микромодулями. Микромодули, внутри которых содержатся оптические волокна, обычно выполнены из легко отслаивающегося полимера (например, не содержащего галогенов, обладающего низким дымовыделением). Микромодули примерно на 55% тоньше, чем обычные свободно наложенные трубки, и обеспечивают меньшее пространство для размещения волокон. Эти микромодули заключены в кабельную оболочку для передачи оптических данных. Стеклопластиковые стержни встроены в кабельную оболочку в продольном направлении (по два с каждой стороны) вдоль всей длины.

Квалификационные испытания. Микромодульный кабель с 72 волокнами был подвергнут серии испытаний, таких как испытание на разрыв, испытание на раздавливание, испытание на скручивание в соответствии со стандартом XPC, и испытание на воздействие окружающих условий, наряду с подготовкой концов кабеля, испытанием на перегиб и испытанием на намотку, для того, чтобы воспроизвести полевые условия.

Для моделирования жёстких полевых условий кабель вначале подвергался испытанию на старение (при 70°C в течение 14 суток), а затем квалификационным испытаниям для проверки механических характеристик.

Кабель соответствовал всем критериям на старение и соответствие механических свойств, и это означает, что упрочняющие элементы соответствуют основным требованиям, предъявляемым к прочности кабеля. В дополнение к этим испытаниям кабель также тестировали на соответствие эксплуатационным требованиям, в чём и заключается основная идея разработки этого вида стеклопластика. Кабель подвергали торцевой подготовке, а стеклопластиковые стержни проверяли на лёгкость доступа. Вначале была удалена оболочка, и стержни были легкодоступны, в отличие от стеклопластиковых стержней с покрытием, которые были полностью сцеплены с кабельной оболочкой. Затем использовался метод “Banana Peel” (снятие банановой кожуры), и два стеклопластиковых стержня с каждой стороны были отделены без какого-либо повреждения. Такое лёгкое и чистое отделение стержней играет важную роль при прокладке кабеля и его оконцевания внутри корпусов муфт. В дополнение к вышеперечисленным испытаниям кабель тестировался ещё на один параметр – “Pistoning Effect” (эффект поршевания) – нежелательное явление, которое наблюдается главным образом в кабелях со встроенными стеклопластиковыми стержнями. Эти стержни имеют тенденцию перемещаться внутрь и из оболочки во время циклических изменений температуры кабеля при низкой и высокой температуре (от -40°C до +70°C). Стеклопластиковые стержни на основе полиуретановой смолы с шероховатой поверхностью продемонстрировали хорошее сцепление с кабельной оболочкой, что предотвращает любое подобное смещение стержней из стеклопластика.

Вы видите часть этого материала

После регистрации вы сможете оформить подписку в личном кабинете и получить полный доступ к этому и другим закрытым материалам
Войти или зарегистрироваться
Месяц

2500 ₽

81 ₽ в день
Подписаться
Год

11 998 ₽

33 ₽ в день
Подписаться