1 Introduction
Pour assurer l'étanchéité longitudinale des câbles à fibres optiques et empêcher l'eau et l'humidité de pénétrer dans le câble ou la boîte de jonction et de corroder le métal et la fibre, ce qui entraînerait des dommages dus à l'hydrogène, la rupture des fibres et une chute brutale des performances d'isolation électrique, les méthodes suivantes sont couramment utilisées pour empêcher l'eau et l'humidité :
1) Le remplissage de l'intérieur du câble avec de la graisse thixotrope, notamment des graisses hydrophobes, gonflantes ou thermodurcissables, présente l'inconvénient d'utiliser des matériaux huileux. Ces graisses, nécessaires en grande quantité, sont coûteuses, polluantes, difficiles à nettoyer (en particulier lors du raccordement des câbles par solvant) et alourdissent considérablement le câble.
2) L'utilisation d'un anneau barrière étanche à l'eau, collé à chaud, entre les gaines intérieure et extérieure est une méthode inefficace et complexe, que seuls quelques fabricants maîtrisent. 3) L'utilisation de matériaux d'étanchéité à l'eau par expansion à sec (poudre absorbante, ruban étanche, etc.) est une méthode exigeante en technologie, consommatrice de matériaux et coûteuse, et alourdit considérablement le câble. Ces dernières années, la structure à « âme sèche » a été introduite dans les câbles optiques et a rencontré un franc succès à l'étranger, notamment pour résoudre les problèmes de poids et de complexité d'épissure des câbles à grand nombre de conducteurs. Le matériau étanche utilisé dans ces câbles à « âme sèche » est un fil étanche. Ce fil absorbe rapidement l'eau et gonfle pour former un gel, bloquant ainsi les canaux d'eau du câble et assurant l'étanchéité. De plus, le fil étanche ne contient aucune substance grasse et le temps de préparation de l'épissure est considérablement réduit, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des lingettes, des solvants ou des nettoyants. Afin d'obtenir un processus simple, une construction pratique, des performances fiables et des matériaux d'étanchéité à l'eau à faible coût, nous avons développé un nouveau type de fil d'étanchéité pour câbles optiques : un fil gonflable étanche à l'eau.
2 Principe de blocage de l'eau et caractéristiques du fil bloquant l'eau
La fonction hydrofuge du fil hydrofuge repose sur la formation d'un gel volumineux au sein de ses fibres (capacité d'absorption d'eau pouvant atteindre plusieurs dizaines de fois son propre volume ; par exemple, une goutte d'eau peut se dilater rapidement d'environ 0,5 mm à environ 5 mm de diamètre en une minute). La forte capacité de rétention d'eau de ce gel empêche efficacement la formation de buée et, par conséquent, la pénétration et la propagation de l'eau, assurant ainsi l'étanchéité. Les câbles à fibres optiques devant résister à diverses conditions environnementales lors de leur fabrication, de leurs tests, de leur transport, de leur stockage et de leur utilisation, les fils hydrofuges doivent présenter les caractéristiques suivantes pour être utilisés dans ce type de câbles :
1) Un aspect 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, absence de composants corrosifs, 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 les autres matériaux des câbles à fibres optiques.
3. Fil résistant à l'eau pour 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 lors du processus de production afin de répondre aux besoins des utilisateurs en fonction de leur situation réelle et des exigences de ces derniers :
1) Blocage longitudinal de l'eau de la gaine extérieure avec des fils étanches
Dans le blindage en ruban d'acier ondulé, la gaine extérieure doit être étanche longitudinalement afin d'empêcher l'humidité de pénétrer dans le câble ou le boîtier de connexion. Pour réaliser cette étanchéité longitudinale, deux fils barrières sont utilisés : l'un est placé parallèlement à l'âme du câble dans la gaine intérieure, et l'autre est enroulé autour de cette âme à un pas précis (8 à 15 cm), puis recouvert de ruban d'acier ondulé et de polyéthylène (PE). Ainsi, le fil barrière divise l'espace entre l'âme du câble et le ruban d'acier en un petit compartiment étanche. Ce fil gonfle et forme un gel en peu de temps, empêchant l'eau de pénétrer dans le câble et la confinant à quelques petits compartiments près du point de défaut, assurant ainsi l'étanchéité longitudinale, comme illustré sur la figure 1.
Figure 1 : Utilisation typique du fil d'étanchéité dans un câble optique
2) Blocage longitudinal de l'âme du câble par des fils étanchesCe procédé peut être utilisé dans l'âme du câble en deux parties : premièrement, dans l'âme du câble renforcée par un fil d'acier, deux fils étanches sont utilisés. Généralement, un fil étanche et le fil d'acier sont placés parallèlement, et un autre fil étanche est enroulé autour du fil d'acier avec un pas plus grand. Il existe également des solutions où deux fils étanches et le fil d'acier sont placés parallèlement. L'utilisation de fils étanches à forte capacité d'expansion permet de bloquer l'eau. Deuxièmement, à la surface de la gaine lâche, avant de comprimer la gaine intérieure, le fil étanche est utilisé comme fil de ligature. Deux fils étanches sont enroulés en sens inverse avec un pas plus petit (1 à 2 cm), formant ainsi une structure de blocage dense et compacte, empêchant l'entrée d'eau et constituant une âme de câble « sèche ».
3.2 Sélection des fils résistants à l'eau
Afin d'obtenir à la fois une bonne résistance à l'eau et des performances de traitement mécanique satisfaisantes lors du processus de fabrication des câbles à fibres optiques, les aspects suivants doivent être pris en compte lors du choix du fil résistant à l'eau :
1) L'épaisseur du fil imperméable
Afin de garantir que l'expansion du fil d'étanchéité permette de combler les interstices de la section transversale du câble, le choix de son épaisseur est crucial. Celle-ci dépend bien sûr des dimensions du câble et du taux d'expansion du fil. La structure du câble doit minimiser les interstices ; par exemple, l'utilisation d'un fil d'étanchéité à taux d'expansion élevé permet de réduire au minimum le diamètre du fil, assurant ainsi une étanchéité optimale tout en réduisant les coûts.
2) Taux de gonflement et résistance du gel des fils hydrofuges
Le test d'étanchéité à l'eau IEC794-1-F5B est réalisé sur toute la section transversale du câble à fibres optiques. Une colonne d'eau de 1 m est ajoutée à un échantillon de 3 m de câble. L'absence de fuite pendant 24 heures est considérée comme un critère de réussite. Si le taux de gonflement du fil d'étanchéité ne suit pas le taux d'infiltration de l'eau, il est possible que l'eau ait traversé l'échantillon quelques minutes après le début du test, avant que le fil n'ait complètement gonflé. Même si, après un certain temps, le fil finit par gonfler et bloquer l'eau, cela constitue également un échec. À l'inverse, si le taux d'expansion est trop rapide et que la résistance du gel est insuffisante, le fil ne pourra pas résister à la pression générée par la colonne d'eau de 1 m, et l'étanchéité sera également compromise.
3) Douceur du fil imperméable
L'impact de la souplesse du fil d'étanchéité sur les propriétés mécaniques du câble, notamment sa résistance à la pression latérale et aux chocs, est plus marqué ; il convient donc d'utiliser un fil d'étanchéité plus souple.
4) La résistance à la traction, l'allongement et la longueur du fil hydrofuge
Lors de la fabrication de chaque chemin de câbles, le fil d'étanchéité doit être continu et sans interruption. Ce fil doit présenter une résistance à la traction et un allongement suffisants afin d'éviter toute traction excessive pendant la production et de protéger le câble contre les étirements, flexions et torsions. La longueur du fil d'étanchéité dépend principalement de la longueur du chemin de câbles. Plus le fil est long, mieux c'est, afin de minimiser les changements de fil lors de la production en continu.
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 hydrofuge des fils hydrofuges avec celle d'autres matériaux hydrofuges
| Comparer les articles | garniture à la gelée | Anneau de bouchon pour eau chaude fondante | Ruban adhésif étanche | fil imperméable |
| Résistance à l'eau | Bien | Bien | Bien | Bien |
| transformabilité | 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 de câble à fibres optiques | 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 | lourds fûts en fer | Simple | Simple | Simple |
| Investissement dans les équipements | Grand | Grand | Plus grand | Petit |
| Coût des matériaux | Plus haut | Faible | Plus haut | Inférieur |
| coûts de production | Plus haut | Plus haut | Plus haut | Inférieur |
La stabilité des fils hydrofuges est principalement mesurée par leur stabilité à court et à long terme. La stabilité à court terme est principalement évaluée en fonction de l'élévation de température à court terme (température du processus d'extrusion de la gaine jusqu'à 220-240 °C) et de l'impact sur les propriétés hydrofuges et mécaniques du fil. La stabilité à long terme, quant à elle, prend en compte le vieillissement du fil, notamment son taux d'expansion, la résistance et la stabilité du gel, sa résistance à la traction et son allongement. Le fil hydrofuge doit conserver son imperméabilité pendant toute la durée de vie du câble (20 à 30 ans). À l'instar des graisses et rubans hydrofuges, la résistance et la stabilité du gel du fil constituent une caractéristique essentielle. Un fil hydrofuge présentant une résistance élevée du gel et une bonne stabilité conservera ses propriétés hydrofuges pendant une période considérable. En revanche, selon les normes allemandes en vigueur, certains matériaux, en conditions d'hydrolyse, voient leur gel se décomposer en un matériau très mobile de faible masse moléculaire, compromettant ainsi leur imperméabilité à long terme.
3.3 Application des fils hydrofuges
Le fil hydrofuge, en tant qu'excellent matériau hydrofuge pour câbles optiques, remplace la pâte à huile, l'anneau hydrofuge adhésif thermofusible et le ruban hydrofuge, etc., utilisés en grande quantité dans la production de câbles optiques. Le tableau 2 présente certaines des caractéristiques de ces matériaux hydrofuges à titre de comparaison.
4 Conclusion
En résumé, le fil étanche est un excellent matériau étanche adapté aux câbles optiques ; il se caractérise par une construction simple, des performances fiables, une productivité élevée et une facilité d’utilisation ; et l’utilisation de ce matériau pour le remplissage des câbles optiques présente les avantages d’une légèreté, de performances fiables et d’un faible coût.
Date de publication : 16 juillet 2022