Por que alguns cabos de fibra óptica quebram depois de ficarem expostos ao sol por seis meses? A capa preta oferece alguma vantagem?
Os jumpers de fibra óptica para interiores comuns ficam quebradiços e até racham e quebram após serem expostos ao sol ao ar livre, principalmente devido ao mecanismo de envelhecimento por fotoxidação de luz ultravioleta (UV) e à formulação do material da capa externa.
I. Mecanismo Físico e de Ciência dos Materiais para Rachaduras e Quebras de Jumpers de Fibra Óptica Sob Luz Solar
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Fótons de alta energia de luz ultravioleta (UV) quebram cadeias poliméricas
A faixa de comprimento de onda dos raios UV na luz solar é de aproximadamente 290\text{nm} a 400\text{nm}. Embora os raios UV representem uma pequena proporção da radiação solar total, a energia de seus fótons atinge 300\text{--}415\text{kJ/mol}, que é maior do que a energia de ligação de muitas ligações químicas em polímeros de alto peso molecular (por exemplo, energia de ligação \text{C-C} é de aproximadamente 347\text{kJ/mol}, energia de ligação \text{C-H} é de aproximadamente 414\text{kJ/mol}).
Jumpers para interiores usam comumente cloreto de polivinila (PVC) ou sem halogênio e baixa fumaça (LSZH) como materiais de revestimento. Após absorverem fótons de UV, as cadeias poliméricas sofrem reações de degradação por foto-oxidação iniciadas por radicais livres, levando à quebra e reticulação da cadeia molecular. -
Degradação do Material e Fratura por Estresse Ambiental (ESC)
Após a quebra da cadeia molecular, o material exibe perda de plasticidade, endurecimento superficial, fragilização e formação de microfissuras. Sob estresse térmico alternado do aquecimento pela luz solar e resfriamento noturno ao ar livre, bem como estresse mecânico de microvibrações causadas pelo vento, as microfissuras se expandem rapidamente, levando finalmente ao rasgo completo da pele externa do jumper, expondo a fibra interna e causando a quebra da fibra.
II. Vantagens Técnicas do Revestimento Externo Preto (com Adição de Negro de Fumo)
O revestimento externo preto possui vantagens significativas de proteção física contra o envelhecimento por UV ao ar livre:
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Efeito de blindagem UV do Negro de Fumo
O negro de fumo de alta dispersão comumente adicionado em revestimentos pretos é um excelente absorvedor de UV e estabilizador de luz. O negro de fumo pode absorver eficientemente a energia da luz na faixa de UV e convertê-la em calor inofensivo para dissipação, impedindo que os raios UV penetrem profundamente no polímero e destruam a cadeia principal do polímero. -
Ampla Aplicabilidade do Revestimento Preto de Polietileno (PE)
Em engenharia de comunicações e óptica, os revestimentos de cabos ópticos para exteriores geralmente preferem materiais de polietileno (PE) de alta ou média densidade contendo 2\%\text{--}2.5\% de negro de fumo. O próprio material PE tem excelente resistência à hidrólise e tenacidade em baixas temperaturas. Combinado com negro de fumo, pode ter uma vida útil de resistência ao envelhecimento por UV de décadas.
III. Soluções Técnicas para Jumpers Resistentes a UV e de Alta Resistência ao Ar Livre
Para ambientes externos com forte radiação UV, grandes variações de temperatura e tensão mecânica, o uso de jumpers de fibra óptica especiais com revestimento externo de PE ou estrutura de proteção totalmente blindada de metal pode resolver efetivamente os problemas acima:
Por exemplo, o OFSCN® 3.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord, com sua camada externa usando um revestimento de PE resistente a UV, fundido internamente com uma estrutura de arame de aço inoxidável de 0.45\text{mm} e um tubo de aço sem costura de 0.9\text{mm}, pode efetivamente resistir à radiação UV e a ambientes mecânicos de alta tensão (resistência à tração > 1200\text{N}), com uma faixa de temperatura de operação de -40\text{^\circ C} a 75\text{^\circ C}.
Para uso em ambientes de radiação forte e sem obstruções extremamente severos, jumpers totalmente metálicos com tubos de aço sem costura + estrutura metálica trançada, que eliminam completamente o revestimento de polímero exposto, como o OFSCN® 2.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord, podem ser empregados para eliminar fisicamente o risco de envelhecimento por foto-oxidação de materiais poliméricos.
