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 |
300…400 |
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 |
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 |
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 |