RusCable Club 2020
RusCable Club 2020
До начала:
12
Дней
13
Часов
04
Минут
Секунд
Участвовать!
 
Эксклюзив

Влияние длительной стабильности водоблокирующих материалов на предотвращение проникновения влаги в кабель в течение срока его эксплуатации

кабель, оптоволокно, компаунд, изоляция, перевод

кабель, оптоволокно, компаунд, изоляция, перевод

Современные волоконно-оптические кабели и кабели энергетического назначения имеют настолько прочную конструкцию, что даже в случае надрезов наружной оболочки расположенные внутри оптические волокна или токопроводящие металлические жилы не пострадают. До тех пор, пока передающая способность остаётся на удовлетворительном уровне, эти надрезы могут остаться незамеченными.

Тем не менее, сердечник кабеля может быть при этом открыт для проникновения влаги на протяжении нескольких лет, что увеличивает риск миграции воды по кабелю до концевых устройств и чувствительного электронного оборудования. С начала 1990-х годов приоритетным средством для предотвращения проникновения влаги в волоконно-оптические и силовые кабели становятся суперпоглащающие полимеры (SAPs). Обычно это сшитые полиакрилаты, имеющие форму порошка или гранулированных кристаллов, которые осаждают непосредственно внутри кабеля или наносят на специальные  подложки (ленты, нити, арамированные волокном пластиковые стержни или броню). При контакте с водой они разбухают и превращаются в гели, способные поглотить количество  дистиллированной воды, в сотни раз превышающее их собственную массу.

Преимущества применения водоблокирующих материалов вместо желеобразных паст, различных заполняющих компаундов очевидны, основные преимущества заключаются в снижении затрат при производстве и прокладке, существенном сокращении массы и размера кабелей, упрощении монтажа и отсутствии необходимости очистки от гидрофобных заполнителей при монтаже и прокладке. Однако ни одно из этих преимуществ не будет реализовано в полной мере, если используемые гидратированные гели не будут оставаться стабильными в течение длительного периода времени.

В настоящее время волоконно-оптические кабели, предназначенные для наружной прокладки, подвергаются испытаниям на проникновение воды (в исходном состоянии и после программы ускоренного старения двумя циклами при температуре от -40С до 70С, в течение 168 часов при 85 С и затем ещё два цикла), как предусмотрено документом  Telcordia GR-20. Программа ускоренного старения моделирует срок службы кабеля - 20 лет. Водоблокирующие материалы подвергаются старению в сухом, исходном состоянии внутри кабеля перед тем, как кабель подвергается воздействию воды.

Некоторые суперпоглащающие полимеры продемонстрировали высокий уровень стабильности при ускоренном старении в сухом состоянии и соответствие требованиям при проникновении воды после продолжительного теплового воздействия. Однако при этом не проводились измерения способности суперабсорбента, подвергнутого гидратированию, со временем удерживать влагу. В качестве суперпоглощающих полимеров обычно выступают сшитые полиакрилаты, они различаются в зависимости от степени сшивания, типа сшивающего агента и других химических отличий, определяющих их эксплуатационные характеристики, такие, как поглощающая способность, скорость поглощения и способность разбухать под давлением.

Суперабсорбенты изготавливаются одним из двух методов полимеризации: полимеризация в растворе или суспензионная полимеризация. Различия в морфологии определяют площадь поверхности и пористость частиц, а также плотность паковки. Для соответствия требованиям GR-20 суперабсорбенты для водоблокировки кабелей должны обладать сочетанием этих параметров. Они должны набухать до уровня, необходимого для блокировки всех пустот в кабельном сердечнике, и при этом скорость набухания должна быть достаточной для того, чтобы остановить проникновение воды на длине в один метр.

По нормам GR-20 способность удерживать воду и препятствовать проникновению воды должна сохраняться в течение всего лишь 24 часов. Однако иногда суперабсорбенты, демонстрирующие лучшие результаты в сухом состоянии, могут оказаться не на первом месте после старения, в гидратированном состоянии. Компания Stewart Superabsorbents (США) провела испытания суперпоглощающих материалов различной морфологии (в форме кристаллов, круглых шариков, агломератов) с целью определения длительной стабильности гелей. Образцы имели различные уровни сшивания. Во время испытаний определяли измерение вязкости геля с течением времени, изменение текучести гидратированного геля со временем, потери жидкости/экструдата и степень распространения влаги по истечении определённого периода времени.

Суперабсорбенты подвергались гидратированию до 50% от их максимальной поглощающей способности (при этом уровне они всё ещё существенно удерживают воду) и старению при 80 С в течение четырёх недель с целью экстраполировать условия старения на протяжении типичного срока службы кабеля - 20 лет. Результаты проведённых компанией Stewart Superabsorbents испытаний в корне отличались от общепринятых представлений о том, что наиболее подходящими для кабельной конструкции суперабсорбентами являются те, которые имеют более высокую скорость поглощения и очень высокую набухающую способность.

Оказалось, что самые худшие показатели по снижению вязкости, текучести и вытеканию экструдата были получены для быстро разбухающих материалов суспензионной полимеризации в виде влагоблокирующих лент. Более того, при низкой степени сшивания и большой площади поверхности эти материалы оказались очень чувствительными к условиям гидратированного старения и быстро теряли монолитность геля. Лучшие результаты были получены для полимера кристаллической структуры с самой высокой плотностью сшивания.

Разработанный подразделением Creasorb компании Evonik Stockhausen и имеющий торговую марку Cabloc суперабсорбент сетчатой структуры продемонстрировал наименьшее изменение вязкости и формы геля, в то время как другие образцы суперпоглащающих материалов подверглись существенной деградации.  Материал Cabloc SAP продемонстрировал потерю лишь 3% - 4% поглощённой воды во время испытания на дренаж экструдата. Кроме того, образец Cabloc показал самые высокие результаты при испытании на блокировку проникновения воды.

Как свидетельствуют результаты испытаний, форма увеличивающегося в объёме суперабсорбента оказывает незначительное влияние на его водоблокирующую способность. Неровные зубчатые края кристаллообразных частиц суперабсорбента Cabloc обеспечивают лучшее сцепление частиц друг с другом, чем сферообразные или агломерированные структуры, в результате чего улучшаются характеристики вязкости и текучести. Даже по мере старения Cabloc SAP в виде геля его повышенная стойкость к изменению формы, вызванная его кристаллической структурой, помогает сохранять его функциональное назначение – блокировать влагу.

В настоящее время рынок кабелей с сухой влагоблокировкой быстрыми темпами завоёвывают суперабсорбирующие полимерные материалы. Недостатком, как показали испытания компании Stewart Superabsorbents на длительную стабильность, является то, что гель быстро разрушается при гидратировании, что может привести со временем к необнаруженному распространению влаги вдоль длины кабеля. При анализе водоблокирующей способности этих материалов следует учитывать не только критерии разбухания в сухом состоянии в соответствии с требованиями GR-20, но также стабильность гидратированного геля для того, чтобы быть уверенным в том, что надёжная водоблокировка сохранится в случае необнаруженного повреждения кабельной оболочки.

Как показали результаты испытаний на длительную стабильность геля, наиболее приемлемым материалом, обеспечивающим надёжную блокировку влаги на протяжении всего срока службы кабеля, является такой суперабсорбент, который сочетает достаточную скорость в сухом состоянии со стабильными характеристиками гидратированного геля на протяжении длительного периода времени.

Порошкообразный суперабсорбент Cabloc сохраняет длительную стабильность, которая требуется в случае кабелей для наружной прокладки. Оптимальный баланс между прочностью геля и  его способностью разбухать обеспечивается благодаря способности порошков сохранять контролируемое распределение размеров частиц, предотвращать спекание (слёживание), а также сохранять химические свойства при неблагоприятных условиях эксплуатации.

Материалы Cabloc могут быть включены в кабельную конструкцию непосредственно через псевдоожиженный слой, электростатическим или вибрационным методами в/на различные экраны, зону сердечника или токопроводящих жил силовых кабелей, центральный трубчатый модуль волоконно-оптических кабелей и кабелей со свободной укладкой волокон в трубчатом модуле. Эти материалы также могут применяться в виде водоблокирующих лент, разбухающих нитей, упрочняющих элементов и брони.

Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter

Подписаться на новости
Добавьте «RusCable.Ru» в предпочтительные источники в Яндекс Новостях, так вы первыми узнаете о главных новостях и важнейших событиях дня.

Обсуждают на форуме (20)

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно