1 Introduction
Pour assurer l'étanchéité longitudinale des câbles à fibres optiques et pour empêcher l'eau et l'humidité de pénétrer dans le câble ou la boîte de jonction et de corroder le métal et la fibre, entraînant des dommages par l'hydrogène, une rupture de la fibre et une forte baisse des performances d'isolation électrique, les méthodes suivantes sont couramment utilisées pour empêcher l'eau et l'humidité :
1) Remplissage de l'intérieur du câble avec de la graisse thixotrope, notamment hydrofuge (hydrophobe), gonflante à l'eau ou thermo-expansible. Ces matériaux sont huileux, encombrants, coûteux, polluants, difficiles à nettoyer (notamment lors de l'épissure des câbles avec un solvant) et pesant trop lourd.
2) L'utilisation d'une bague d'étanchéité thermofusible entre les gaines intérieure et extérieure est une méthode inefficace et complexe, que seuls quelques fabricants peuvent mettre en œuvre. 3) L'utilisation de matériaux hydrofuges expansifs à sec (poudre d'expansion absorbante, ruban hydrofuge, etc.) requiert une technologie de pointe, une consommation de matériaux élevée et un coût élevé, sans compter le poids du câble. Ces dernières années, la structure à âme sèche a été introduite dans les câbles optiques et a été largement utilisée à l'étranger, notamment pour résoudre le problème du poids élevé et de la complexité du processus d'épissure des câbles optiques à grand nombre d'âmes, offrant ainsi des avantages incomparables. Le matériau hydrofuge utilisé dans ce type de câble est un fil hydrofuge. Ce fil absorbe rapidement l'eau et gonfle pour former un gel, obstruant ainsi le canal d'eau du câble, assurant ainsi l'étanchéité. De plus, le fil hydrofuge ne contient pas de substances huileuses, ce qui réduit considérablement le temps de préparation de l'épissure sans lingettes, solvants ni nettoyants. Afin d'obtenir un processus simple, une construction pratique, des performances fiables et des matériaux de blocage de l'eau à faible coût, nous avons développé un nouveau type de fil gonflable de blocage de l'eau pour câble optique.
2 Principe de blocage de l'eau et caractéristiques du fil de blocage de l'eau
La fonction hydrofuge du fil hydrofuge consiste à utiliser la majeure partie de ses fibres pour former un gel important (l'absorption d'eau peut atteindre des dizaines de fois son propre volume, par exemple, en une minute, l'eau peut rapidement se dilater d'environ 0,5 mm à environ 5 mm de diamètre). La forte capacité de rétention d'eau du gel empêche efficacement la croissance de l'arbre d'eau, empêchant ainsi l'eau de pénétrer et de se propager, garantissant ainsi sa résistance à l'eau. Les câbles à fibre optique devant résister à diverses conditions environnementales lors de la fabrication, des tests, du transport, du stockage et de l'utilisation, le fil hydrofuge doit présenter les caractéristiques suivantes :
1) Une apparence propre, une épaisseur uniforme et une texture douce ;
2) Une certaine résistance mécanique pour répondre aux exigences de tension lors de la formation du câble ;
3) gonflement rapide, bonne stabilité chimique et haute résistance pour l'absorption d'eau et la formation de gel ;
4) Bonne stabilité chimique, aucun composant corrosif, résistant aux bactéries et aux moisissures ;
5) Bonne stabilité thermique, bonne résistance aux intempéries, adaptable à divers traitements et productions ultérieurs et à divers environnements d'utilisation ;
6) Bonne compatibilité avec d’autres matériaux de câbles à fibre optique.
3 Fil résistant à l'eau dans l'application de câbles à fibres optiques
3.1 L'utilisation de fils résistants à l'eau dans les câbles à fibres optiques
Les fabricants de câbles à fibres optiques peuvent adopter différentes structures de câbles dans le processus de production pour répondre aux besoins des utilisateurs en fonction de leur situation réelle et des exigences des utilisateurs :
1) Blocage longitudinal de l'eau de la gaine extérieure avec des fils bloquant l'eau
Dans les armures en ruban d'acier froissé, la gaine extérieure doit être imperméable longitudinalement afin d'empêcher l'humidité de pénétrer dans le câble ou le boîtier de connexion. Pour réaliser cette barrière d'eau longitudinale, deux fils d'étanchéité sont utilisés : l'un est placé parallèlement à l'âme du câble de la gaine intérieure, l'autre est enroulé autour de l'âme du câble à un pas défini (8 à 15 cm), recouvert d'un ruban d'acier froissé et de PE (polyéthylène). Le fil d'étanchéité divise ainsi l'espace entre l'âme du câble et le ruban d'acier en un petit compartiment fermé. Le fil d'étanchéité gonfle et forme rapidement un gel, empêchant l'eau de pénétrer dans le câble et la limitant à quelques petits compartiments près du point de rupture, obtenant ainsi la barrière d'eau longitudinale, comme illustré à la figure 1.
Figure 1 : Utilisation typique du fil bloquant l'eau dans les câbles optiques
2) Blocage longitudinal de l'eau de l'âme du câble avec des fils bloquant l'eauPeut être utilisé dans le noyau du câble de deux parties du fil de blocage de l'eau, l'une est dans le noyau du câble du fil d'acier renforcé, en utilisant deux fils de blocage de l'eau, généralement un fil de blocage de l'eau et un fil d'acier renforcé placés en parallèle, un autre fil de blocage de l'eau à un pas plus grand enroulé autour du fil, il y a également deux fils de blocage de l'eau et un fil d'acier renforcé placés en parallèle, l'utilisation de fils de blocage de l'eau à forte capacité d'expansion pour bloquer l'eau ; le deuxième est dans la surface du boîtier lâche, avant de presser la gaine intérieure, le fil de blocage de l'eau comme fil de liaison utilise, deux fils de blocage de l'eau à un pas plus petit (1 ~ 2 cm) dans la direction opposée autour, formant un bac de blocage dense et petit, pour empêcher l'entrée d'eau, fait de la structure de « noyau de câble sec ».
3.2 Sélection de fils résistants à l'eau
Afin d'obtenir à la fois une bonne résistance à l'eau et des performances de traitement mécanique satisfaisantes dans le processus de fabrication du câble à fibre optique, les aspects suivants doivent être pris en compte lors de la sélection du fil résistant à l'eau :
1) L'épaisseur du fil hydrofuge
Afin de garantir que l'expansion du fil hydrofuge comble les espaces vides de la section du câble, le choix de son épaisseur est crucial. Ce choix dépend bien sûr de la taille du câble et de son taux d'expansion. Dans la structure du câble, il est important de minimiser les espaces vides, par exemple en utilisant un fil hydrofuge à taux d'expansion élevé. Le diamètre du fil hydrofuge peut alors être réduit au minimum, ce qui garantit une performance hydrofuge fiable et permet de réaliser des économies.
2) Taux de gonflement et résistance du gel des fils hydrofuges
L'essai de pénétration d'eau IEC794-1-F5B est réalisé sur toute la section du câble à fibre optique. Une colonne d'eau de 1 m est ajoutée à un échantillon de 3 m de câble, ce qui permet d'obtenir 24 h sans fuite. Si le taux de gonflement du fil hydrofuge ne suit pas le taux d'infiltration, il est possible que l'eau ait traversé l'échantillon quelques minutes après le début de l'essai et que le fil hydrofuge n'ait pas encore complètement gonflé. Cependant, après un certain temps, le fil hydrofuge gonflera complètement et bloquera l'eau, ce qui constitue également un échec. Si le taux d'expansion est plus rapide et que la résistance du gel est insuffisante, la résistance à la pression générée par la colonne d'eau de 1 m sera insuffisante, et l'étanchéité sera également défaillante.
3) Douceur du fil hydrofuge
Étant donné que la douceur du fil bloquant l'eau affecte les propriétés mécaniques du câble, en particulier la pression latérale, la résistance aux chocs, etc., l'impact est plus évident, il faut donc essayer d'utiliser un fil bloquant l'eau plus doux.
4) La résistance à la traction, l'allongement et la longueur du fil hydrofuge
Lors de la production de chaque longueur de chemin de câbles, le fil hydrofuge doit être continu et ininterrompu. Il doit donc présenter une certaine résistance à la traction et à l'allongement. Ainsi, il ne doit pas être étiré pendant la production et le câble ne doit pas être endommagé en cas d'étirement, de flexion ou de torsion. La longueur du fil hydrofuge dépend principalement de la longueur du chemin de câbles. Afin de réduire le nombre de changements de fil en production continue, plus il est long, mieux c'est.
5) L'acidité et l'alcalinité du fil bloquant l'eau doivent être neutres, sinon le fil bloquant l'eau réagira avec le matériau du câble et précipitera de l'hydrogène.
6) Stabilité des fils hydrofuges
Tableau 2 : Comparaison de la structure de blocage de l'eau des fils bloquant l'eau avec d'autres matériaux bloquant l'eau
| Comparer les articles | Garniture à la gelée | Anneau d'arrêt d'eau thermofusible | Ruban de blocage de l'eau | Fil bloquant l'eau |
| Résistance à l'eau | Bien | Bien | Bien | Bien |
| Usinabilité | Simple | Compliqué | Plus complexe | Simple |
| Propriétés mécaniques | Qualifié | Qualifié | Qualifié | Qualifié |
| Fiabilité à long terme | Bien | Bien | Bien | Bien |
| Force de liaison de la gaine | Équitable | Bien | Équitable | Bien |
| Risque de connexion | Oui | No | No | No |
| Effets de l'oxydation | Oui | No | No | No |
| Solvant | Oui | No | No | No |
| Masse par unité de longueur du câble à fibre optique | Lourd | Lumière | Plus lourd | Lumière |
| Flux de matières indésirables | Possible | No | No | No |
| Propreté en production | Pauvre | Plus de pauvres | Bien | Bien |
| Manutention des matériaux | Fûts en fer lourds | Simple | Simple | Simple |
| Investissement en équipement | Grand | Grand | Plus grand | Petit |
| Coût du matériel | Plus haut | Faible | Plus haut | Inférieur |
| Coûts de production | Plus haut | Plus haut | Plus haut | Inférieur |
La stabilité des fils hydrofuges se mesure principalement par leur stabilité à court et à long terme. La stabilité à court terme est principalement liée à l'augmentation de la température (température du procédé d'extrusion de la gaine jusqu'à 220 à 240 °C) et à ses propriétés mécaniques. La stabilité à long terme, quant à elle, prend en compte le taux d'expansion, la résistance et la stabilité du gel, la résistance à la traction et l'allongement aux chocs. Le fil hydrofuge doit être résistant à l'eau pendant toute la durée de vie du câble (20 à 30 ans). À l'instar des graisses et des rubans hydrofuges, la résistance et la stabilité du gel du fil hydrofuge sont des caractéristiques importantes. Un fil hydrofuge présentant une résistance au gel élevée et une bonne stabilité peut conserver de bonnes propriétés hydrofuges pendant une longue période. En revanche, selon les normes allemandes en vigueur, certains matériaux, soumis à l'hydrolyse, se décomposent en un matériau très mobile de faible poids moléculaire, ce qui ne permet pas d'assurer une résistance à l'eau durable.
3.3 Application de fils hydrofuges
Le fil bloquant l'eau en tant qu'excellent matériau bloquant l'eau pour câble optique remplace la pâte d'huile, l'anneau bloquant l'eau adhésif thermofusible et le ruban bloquant l'eau, etc. utilisés en grande quantité dans la production de câbles optiques. Le tableau 2 présente certaines des caractéristiques de ces matériaux bloquant l'eau à titre de comparaison.
4 Conclusion
En résumé, le fil bloquant l'eau est un excellent matériau bloquant l'eau adapté au câble optique, il présente les caractéristiques d'une construction simple, de performances fiables, d'une efficacité de production élevée, facile à utiliser ; et l'utilisation du matériau remplissant le câble optique présente les avantages d'un poids léger, de performances fiables et d'un faible coût.
Date de publication : 16 juillet 2022