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 |