Основные материалы, используемые при изготовлении оптических кабелей

При изготовлении оптической кабельной продукции помимо ОВ используются следующие основные материалы:

• краски («чернила») для окраски ОВ;
• заполнители (гидрофобные компаунды, порошки, водоблокирующие нити и ленты) для защиты ОК от распространения влаги;
• полибутилентерефталат, поликарбонат, полиамид для изготовления оптических модулей;
• полиэтилентерефталатные ленты для скрепления элементов сердечника ОК;
• полиэтиленовые композиции для изготовления корделей;
• стеклопластиковые стержни, арамидные нити, стальная проволока для силовых элементов;
• алюминиевая и стальная лента для изготовления комбинированных оболочек ОК;
• полиэтиленовые композиции, поливинилхлоридные пластикаты, полиуретаны, полиамиды для изготовления наружных оболочек ОК.

Характеристики основных материалов, используемых при изготовлении оптического кабеля

Таблица 1 — Характеристики материалов, используемых для изготовлении оптических кабелей.

Материал	Модуль Юнга, Н/мм2	Плотность, г/см3	Коэффициент термического расширения, 1/°К
Кварцевое стекло	72500	2,20	5,5·10-7
Полибутилентерефталат	1600	1,31	1,5·10-4
Полиамид	1700	1,06	7,8·10-5
Поликарбонат	2300	1,20	6,5·10-5
Арамидное волокно	100000	1,45	-2·10-6
Стеклопластик	5000… 6000	2Д	6,6·10-6
Сталь	200 000	7,8	1,3·10-5
ПЭНП	200… 300	0,92	(1…2,5)·10-4
ПЭСП	400… 700	0,93	(1…2,5) 10-4
ПЭВП	1000	0,95	(1…2,5)·10-4
ПВХ пластикат	60	1,3	1,5·10-4

В качестве материалов для изготовления оптических модулей используются в основном полибутилентерефталат, поликарбонат и полиамид, имеющие механические характеристики, обеспечивающие защиту ОВ, размещаемых внутри оптических модулей, от внешних воздействий.

Кордели (конструктивные элементы заполнения сердечника ОК повинной скрутки, используемые в качестве элементов заполнения сердечника) изготавливаются в виде сплошных стержней диаметром, аналогичным диаметру оптических модулей, из полиэтиленовых композиций. В ряде случаев взамен корделей используют оптические модули с гидрофобным заполнителем, не содержащие ОВ.

В настоящей главе приведены лишь основные сведения по материалам для изготовления ОК. В частности, не приводятся характеристики скрепляющих и кодирующих лавсановых нитей, «чернил» ультрафиолетового отверждения для окраски ОВ и т.д.

Приводимые технические характеристики являются усреднёнными и не содержат ссылок на методы их определения.

При изготовлении ОК могут быть использованы равноценные материалы и изделия различных производителей, что предусматривается техническими условиями на производство конкретного типа ОК.

2. Краски («чернила») для оптических волокон

Используются, в основном, «чернила» ультрафиолетового отверждения, наносимые на ОВ для их цветового кодирования. «Чернила» обеспечивают стойкость цветовой окраски в течение всего срока службы ОК, не оказывают влияния на характеристики передачи ОВ, стойки к химическим материалам, применяемым в конструкциях оптической кабельной продукции.

«Чернила» прозрачны для оптического излучения, что обеспечивает возможность использования системы юстировки LID в автоматических аппаратах для сварки ОВ и возможность подключения к ОВ оптических телефонов для организации служебной связи по ОВ в процессе строительства и эксплуатации.

Учитывая, что в оптическом модуле размещается, как правило, до 12 ОВ, для их окраски используются «чернила» преимущественно следующих цветов: голубой, оранжевый, зеленый, коричневый, серый, белый, красный, черный, желтый, фиолетовый, розовый, бирюзовый.

При размещении в оптическом модуле ОК от 14 до 36 ОВ окраска ОВ производится, как правило, теми же цветами, однако с нанесением на ОВ с номерами от 13 до 24 дополнительной сплошной цветовой полоски, а на ОВ с номерами от 25 до 36 с нанесением дополнительной штриховой цветовой полоски.

Фирма DCM Desotech (Нидерланды) изготавливает «чернила» серии Cablelite 751 для окраски оптических волокон (табл. 2). «Чернила» выпускаются 16 расцветок.

Таблица 2 — Основные характеристики «чернил»

Параметр	Единица измерения	Значение
Прочность на растяжение	мПа	25…30
Удлинение (эластичность)	%	2…4
Модуль упругости при 2,5% эластичности	мПа	1450…1650
Испаряемость	%	1
Температура вспышки	°С	>93
Вязкость при 25 °С	мПа-с	1700…2500

3. Гидрофобные заполнители

В качестве гидрофобных заполнителей преимущественно применяют гидрофобные гелеоб-разные компаунды. Заполнители на основе порошкообразных материалов, нити и ленты (выполняются, в основном, на основе распушенной целлюлозы, разбухающей при контакте с водой и образующей «пробку» для дальнейшего ее распространения) применяют значительно реже.

Гидрофобные компаунды, используемые в качестве заполнителей оптических модулей, помимо задачи защиты ОВ от воздействия влаги выполняют также функцию амортизатора для ОВ при механических воздействиях на ОК, а также функцию смазки, уменьшающей трение между ОВ и стенкой оптического модуля.

Гидрофобные заполнители отличаются диапазоном рабочих температур и назначением: внутримодульные заполнители, применяемые для заполнения модулей с ОВ, и межмодульные заполнители, применяемые для заполнения свободного пространства в сердечниках ОК и в бронепокровах, выполняемых из стальных проволок или стеклопластиковых стержней.

Внутримодульные заполнители характеризуются значительно более высокими предъявляемыми к ним требованиями и имеют меньшую вязкость по сравнению с межмодульными заполнителями.

Гидрофобные заполнители марки TFC фирмы MWO GmbH. Гидрофобные заполнители марки TFC — сверхчистые, тиксотропные продукты с низкой вязкостью и высокой прозрачностью. Они изготавливаются двух типов: ТFС 1529 и TFC 1129 (табл. 3).

Заполнители TFC совместимы с материалами, используемыми в ОК.

Заполнитель типа TFC 1529 — нестекающий компаунд, имеет стабильные характеристики до -40°С. Свободен от силиконовых масел.

Заполнитель типа TFC 1129 — нестекающий компаунд со стабильными характеристиками до -60°С. Свободен от силиконовых масел.

Таблица 3 — Основные технические характеристики заполнителей марок ТFС 1529 и ТFС 1129

Параметр	Единица измерения	TFC 1529	TFC 1129
Вязкость при 25 °С	мПа-с	7000… 8000	6200… 6800
Конусная пенетрация при: +25°С — 40°С	мм/ 10	300…400 200…260	300…400 250…320
Маслоотделение, 24 ч при 80 °С	%	Нет	Нет
Летучесть, 24 ч при 80 °С	%	<0,2	<0,2
Плотность, при 25 °С	г/см3	0,83	0,82
Температура вспышки	°С	>220	>230

Гидрофобные заполнители фирмы Henkel KGaA. Гидрофобные заполнители марок Macroplast CF 250, 300 и 320 используются для заполнения модулей с ОВ. Заполнители этих марок могут вводиться в ОК при нормальной температуре, каплепадение отсутствует при температуре до 100 °С. Заполнители не оказывают воздействия на ОВ, совместимы с полимерными материалами ОК, остаются вязкими при температуре до -80 °С, не содержат силикона и неорганических заполнителей.

Гидрофобный заполнитель марки Macroplast CF 290 (табл. 4) предназначен для заполнения межмодульного пространства и защищает элементы ОК от воздействия влаги. Изготавливается на основе углеводородов и синтетических полимеров. Цвет заполнителя янтарный.

Таблица 4 — Основные технические характеристики заполнителя Macroplast CF 290

Параметр	Единица измерения	Значение
Конусная пенетрация при: + 22°С -10 °С -20 °С	мм/ 10	240 215 175
Маслоотделение, 24 ч при 150 °С	%	5
Плотность при 20 °С	г/см3	— 0,88
Температура вспышки	°С	>230

Гидрофобные заполнители фирмы BPLC (Франция). Гидрофобные нетоксичные заполнители Naptel предназначены для внутримодульного (Naptel 308) и междумодульного (Naptel 851, 842, 827, 867) заполнения ОК. Производятся на основе полиизобутилена с добавлением воска (табл. 5, 6). Изготавливаются в виде гомогенного вязкого геля белого цвета.

Таблица 5 — Основные технические характеристики гидрофобного заполнителя Naptel 308

Параметр	Единица измерения	Значение
Температура каплепадения	°С	>250
Вязкость при 20 °С: 2 об/мин 5 об/мин 10 об/мин	0,1 Па-с	150000 70000…90000 40000… 54000
Плотность при 20 °С	г/см3	0,89…0,90
Температура вспышки	°С	>200
Диэлектрические потери при 20 °С, 50 Гц, 5000 В/см	—	< 10-4
Электрическое сопротивление при 20 °С (от 50 Гц до 1 МГц)	Ом-см	>1016
Относительная диэлектрическая проницаемость при 20 °С	—	<3

Таблица 6 — Основные технические характеристики гидрофобных заполнителей Naptel851,842, 827, 867

Параметр	Единица измерения	851	842	827	867
Температура каплепадения	°С	90	80	70	90
Вязкость при 120 °С	сСт	75. ..90	175. ..225	75. ..100	100.. .150
Температура вспышки	°С	175	230	200	220
Диэлектрические потери при 23 °С	—	10-4	10-4	10-4	10-4
Электрическое сопротивление при 23 °С	Ом-см	1016	1016	1016	1016
Относительная диэлектрическая проницаемость при 23 °С	—	2,3	2,3	2,3	2,3

Водоблокирующие тиксотропные компаунды фирмы ВР GSP (Великобритания). Водо-блокирующие тиксотропные компаунды Optiflll 5300, 5270 предназначены для внутримодуль-ного, а компаунд Optiflll 5209 и компаунды Insojell — для межмодульного заполнения ОК. Рабочий диапазон температур от -60 до +150 °С. Компаунды Optiflll изготавливаются в виде геля из синтетических материалов и/или на основе минеральных масел с инертными’заполнителями (табл. 7).

Таблица 7 — Основные технические характеристики компаундов Optifill 5300, 5270, 5209

Параметр	Единица измерения	5300	5270	5209
Плотность при 20 °С	г/см3	0,85	0,85	0,90
Температура вспышки	°С	—	230	230
Вязкость при 20 °С	мПа-с	9000… 11 000	9000.. .11000	20000.. .24000
Критический предел текучести при 20 °С		35	25	—

Компаунды Insojell 4822 и 5724 применяются для межмодульного заполнения сердечников ОК и изготавливаются на основе минерального масла и воска (табл. 8).

Таблица 8 — Технические характеристики компаундов Insojell

Параметр	Единица измерения	4822	5724
Температура каплепадения	°С	более 73	100
Конусная пенетрация при 25 °С	0,10мм	70.. .90	160
Конусная пенетрация при 10 °С	0,10мм	>30	—
Кинематическая вязкость при 100 °С	сСт	13…20	—
Температура вспышки	°С	>230	>230
Удельное объёмное сопротивление при 100 °С	Ом-см	>1012	>1012
Удельное объёмное сопротивление при 23 °С	Ом-см	>1015	>1015
Относительная диэлектрическая проницаемость при 23 °С	—	<2,3	<2,3

Водоблокирующие ленты и нити компании Geca-Topes (Нидерланды). Используются для получения так называемого «сухого водозащищённого кабеля». Обычно для этого две водоблокирующие нити располагают вокруг центрального силового элемента; одну водо-блокирующую ленту вокруг сердечника; слой из водоблокирующей пряжи используют в качестве упрочняющего силового элемента.

Купить водозащищенный кабель можно на нашем сайте.

Основные технические характеристики водоблокирующих нитей и лент компании Geca-Topes приведены в таблице 9, 10.

Таблица 9 — Основные технические характеристики водоблокирующих нитей марки GTB

Параметр	Единица измерения	GTB50	GTB 100	GTB 150	GTB10	GTB20	GTB35
Удельный вес	г/100 м	20	10	6,7	100	50	25
Прочность на разрыв	Н	20	9	7	56	36	28
Относительное удлинение	%	11	11	11	8	10	10
Скорость водопоглощения	мг/мин	15	15	15	32	40	28
Кратковременная термостойкость	°С	230	230	230	230.	230	230
Длительная рабочая температура	°С	150	150	150	150	150	150

Таблица 10 — Основные технические характеристики водоблокирующих лент GFS FreeSwell

Параметр	Единица измерения	1110	1120	ИЗО	1140	GTI TopSweU 1240
Масса на длину площади	г/м2	50	56	68	87	117
Толщина	мм	0,17	0,20	0,23	0,25	0,34
Прочность на разрыв	Н/см	25	25	25	25	35
Относительное удлинение	%	11	11	11	11	11
Скорость водопоглощения	мг/мин	2,5	4	7	10	10
Высота набухания	мг/3 мин	4	6	10	15	15
Кратковременная термостойкость	°С	200	200	200	200	230
Длительная рабочая температура	°С	90	90	90	90	90

 

Водоблокирующие ленты фирмы Lantor (Нидерланды). Лента типа ЗЕ5410 с максимальной температурой эксплуатации 90°С используется в ОК с «сухим» сердечником, ее размещают в зазорах между конструктивными элементами сердечника, а также в зазорах защитных покровов. Основные технические характеристики водоблокирующей ленты типа ЗЕ5410 приведены в таблице 11.

Таблица 11 — Водоблокирующая лента типа ЗЕ5410

Параметр	Единица измерения	Значение
Толщина	мм	0,25
Масса на единицу площади	г/м2	60
Прочность на разрыв	Н/см	40
Относительное удлинение	%	14
Скорость набухания	мм/мин	7
Высота набухания	мм	8

4. Материалы для скрепления элементов сердечника ОК

Основным материалом для скрепления элементов сердечника ОК повивной скрутки является полиэтилентерефталатная лента, обеспечивающая фиксацию элементов конструкции сердечника до наложения полимерной оболочки и предотвращающая вытекание из сердечника гидрофобного заполнителя.

Плёнка полиэтилентерефталатная марки ПЭТ-Э производится Владимирским химическим заводом, изготавливается в соответствии с ГОСТ 24234-80 и предназначается для скрепления конструктивных элементов ОК (табл. 12). Она может эксплуатироваться при температуре от -65 до +155°С.

 

Таблица 12 — Основные технические характеристики плёнки марки ПЭТ-Э

Параметр	Единица измерения	Значение для плёнки толщиной, мкм
		12	20	25	35	50	70	100	125	175	190	250
Плотность	г/см3	1,390… 1,400
Предел прочности, не менее	МПа	172	172	172	177	177	177	177	177	177	157	157
Относительное удлинение при разрыве, не менее	%	70	70	70	70	80	80	100	100	100	100	100
Удельное объёмное электрическое сопротивление, не менее	Ом-м	1014
Электрическая прочность при 23°С, 50 Гц, не менее	кВ/м	220	220	220	170	170	140	140	120	90	90	80

5. Материалы для силовых элементов ОК

В качестве центрального силового элемента ОК повивной скрутки используют стеклопла-стиковый стержень, а также стальную проволоку или трос с полимерным покрытием. Для изготовления ОК, предназначенных для прокладки в грунт, в качестве центрального силового элемента преимущественно используется стеклопластиковый стержень, с целью повышения стойкости ОК к внешним электромагнитным воздействиям.

Стальная проволока используется в бронепокровах ОК, прокладываемых в грунт (в том числе в скальный грунт и грунт, подверженный мерзлотным явлениям). Применение ее обеспечивает более высокую стойкость ОК к растягивающим и раздавливающим усилиям при меньших габаритах и стоимости ОК по сравнению с ОК, выполненным на основе диэлектрических силовых элементов, а также упрощает трассопоисковые работы.

Стеклопластиковые стержни и арамидные нити (наиболее широко известные торговые марки арамидных нитей — «кевлар» и «тварон») применяют, в основном, в качестве силовых элементов диэлектрических ОК, предназначенных для подвески на опорах ЛЭП, опорах контактной сети и автоблокировки электрифицированных железных дорог, а также для ОК, предназначенных для прокладки в условиях сильных электромагнитных воздействий.

Материалы Twaron изготавливаются фирмой Acordis Twaron Products (Нидерланды) (табл. 13). В практике производства ОК используются:

• арамидные волокна Twaron 2200 и Twaron 1055;
• во деблокирующие арамидные нити Twaron 1052 (покрытые суперабсорбирующими полимерами), применяют для размещения рядом с ОВ;
• рипкорд Twaron 1005 и Twaron 1006, размещают под наружной полимерной оболочкой ОК для облегчения ее разделки;
• композит арамидных нитей и эпоксидной смолы (стеклопластиковый стержень) размещают в центре ОК модульной конструкции;
• арамидные ленты, используются для наружной обмотки подвесных ОК с целью защиты их от повреждения выстрелами из охотничьего оружия.

Таблица 13 — Основные технические характеристики арамидных волокон Twaron

Параметр	Единица измерения	2200	1055
Плотность	г/см3	1,45	1,45
Разрывное усилие	МПа	2900	2900
Удлинение при разрыве	%	2,7	2,5
Модуль упругости	ГПа	115	125

Полистал-композиты производства фирмы Poliystal Composites GmbH (ФРГ) обладают хорошими прочностными характеристиками и гибкостью, диэлектрическими свойствами, низкой плотностью и оптимальным коэффициентом теплового расширения.

В качестве основы композиционных силовых элементов используются, в основном, стекловолокно или арамидные волокна, а в качестве связующих материалов смолы, термопластичные материалы и др. В зависимости от материала основы и связующего материала различают полистал-композиты трёх типов: Р, Е и А (табл. 14). Материалом основы для типов Р и Е служит стекловолокно, а для типа А — арамидные волокна.

Таблица 14 — Основные технические характеристики полистал-композитов

Параметр	Единица измерения	Р	Е	А
Плотность	г/см3	2,1	2,1	1,45
Содержание стекловолокна (армидного волокна)	%	80	83	70
Удлинение при разрыве	%	>2,8	>2,8	2,2
Модуль упругости	Н/мм2	> 50000	60000	> 75000
Предел прочности при растяжении	Н/мм2	>1500	1700	>2000
Коэффициент теплового расширения	1/°С	6,6·10-6	4,4·10-6	2,0·10-6

Полистал-композиты выпускаются в виде круглого прутка диаметром от 0,5 до 16 мм, разрывная прочность составляет соответственно от 300 до 285600 Н.

Стальная оцинкованная проволока круглого сечения используется для бронирования ОК и изготавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 1526-81. «Проволока стальная оцинкованная для бронирования электрических проводов и кабелей. Технические условия».

Проволока выпускается 20 типоразмеров: диаметром 0,30; 0,40; 0,50; 0,60; 0,80; 1,00; 1,20; 1,40; 1,60; 1,80; 2,00; 2,20; 2,40; 2,50; 2,60; 2,80; 3,00; 4.00; 5,00; 6,00мм.

Цинковое покрытие по проволоке должно быть сплошным, без пропусков, трещин. Оно не должно растрескиваться и отслаиваться при спиральной навивке проволоки на цилиндрический сердечник. При диаметре проволоки от 0,30 до 0,50 мм отношение диаметра сердечника к диаметру проволоки равно 4, а для проволоки диаметром от 0,50 до 6,00 мм отношение равно 6.

Проволока поставляется в мотках из одного отрезка или на катушках. Масса проволоки в мотках в зависимости от её диаметра составляет от 1,5 до 40 кг, а на катушках от 1,5 до 100 кг. Обычно проволока покрывается консервационным маслом, но по требованию потребителя она может быть поставлена без консервационного покрытия.

С целью защиты проволоки от повреждений при хранении и транспортировке она должна быть упакована в соответствии с требованиями ГОСТ 1526-81.

6. Материалы для комбинированных оболочек (алюминиевая и стальная ленты с полимерным покрытием)

Используются для изготовления алюмополиэтиленовых (АЛПЭТ) и сталеполиэтиленовых (СТАЛПЭТ) оболочек ОК, обеспечивающих защиту кабеля от поперечной диффузии влаги через полимерные оболочки. Применяются при изготовлении ОК, предназначенных для эксплуатации в воде (прокладываемые в затапливаемой водой кабельной канализации, болотах, через водные преграды и т.п.).

Наличие у ОК комбинированной оболочки упрощает также проведение трассопоисковых работ, а применение оболочки «сталь-полиэтилен» обеспечивает повышение стойкости ОК к воздействию грызунов.

Стальные ленты с двухсторонним полимерным покрытием фирмы Dow Chemical. Предназначены для изготовления сталепоэлителеновых оболочек ОК, обеспечивающих защиту от механических воздействий, грызунов, а также поперечной диффузии влаги. Поставляются ленты трех типов: Zetabon S 252, S 262 и S 2102 (табл. 15).

Таблица 15 — Общие технические характеристики стальных лент Zetabon

Параметр	Единица измерения	S252	S262	S2102
Толщина ленты	мм	0,115±0,012	0,155±0,015	0,251 ±0,023
Толщина полимерного покрытия	мм	0,058+0,013	0,058+0,013	0,058+0,013
Площадь поверхности на 1 кг веса	м2/кг	0,989	0,754	0,479