Neden bazı fiber optik kablolar güneşte yarım yıl kaldıktan sonra kopar? Siyah dış kaplamanın daha avantajlı olup olmadığı?
Normalmente, los latiguillos de fibra óptica para interiores se vuelven quebradizos o incluso se agrietan y rompen cuando se exponen a la luz solar en exteriores. Esto se debe principalmente al mecanismo de envejecimiento por fotoxidación inducido por la luz ultravioleta (UV) y a la fórmula del material de la cubierta exterior.
I. Mecanismos físicos y de ciencia de materiales para la rotura de latiguillos de fibra óptica bajo la luz solar
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Los fotones de alta energía de la luz ultravioleta (UV) dañan las cadenas de polímeros
El rango de longitud de onda de la luz ultravioleta en la luz solar es de aproximadamente 290\text{nm} a 400\text{nm}. Aunque la luz ultravioleta representa una pequeña parte de la radiación solar total, su energía fotónica alcanza los 300\text{--}415\text{kJ/mol}, que es superior a la energía de enlace de muchos enlaces químicos en polímeros de alto peso molecular (por ejemplo, la energía del enlace \text{C-C} es de aproximadamente 347\text{kJ/mol}, y la energía del enlace \text{C-H} es de aproximadamente 414\text{kJ/mol}).
Los latiguillos de interior utilizan comúnmente cloruro de polivinilo (PVC) o libre de halógenos de baja emisión de humos (LSZH) como material de la cubierta. Tras absorber fotones ultravioleta, las cadenas de polímero sufren reacciones de degradación por fotoxidación (Photo-oxidation) iniciadas por radicales libres, lo que provoca la rotura y reticulación de las cadenas moleculares. -
Degradación del material y agrietamiento por estrés ambiental (ESC)
Después de la rotura de las cadenas moleculares, el material pierde plasticidad, se endurece superficialmente, se vuelve quebradizo y desarrolla microfisuras. Bajo el estrés térmico alterno del calentamiento solar diurno y el enfriamiento nocturno en exteriores, así como las tensiones mecánicas del viento y las micro-vibraciones, las microfisuras se expanden rápidamente, lo que finalmente provoca la rotura completa de la cubierta del latiguillo, exponiendo la fibra interna y provocando la rotura de la fibra.
II. Ventajas técnicas de las cubiertas negras (con negro de carbón añadido)
Las cubiertas negras ofrecen ventajas significativas de protección física contra el envejecimiento por rayos UV en exteriores:
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Función de blindaje ultravioleta del negro de carbón
El negro de carbón de alta dispersión que se añade comúnmente en las cubiertas negras es un excelente absorbedor de luz ultravioleta y estabilizador de luz. El negro de carbón puede absorber eficientemente la energía de la luz en el rango ultravioleta y convertirla en energía térmica inofensiva que se disipa, evitando que la luz ultravioleta penetre en el interior del polímero y dañe la cadena principal del polímero. -
Amplia aplicabilidad de las cubiertas negras de polietileno (PE)
En ingeniería de comunicaciones y óptica, las cubiertas de cables ópticos para exteriores suelen ser de polietileno de alta o media densidad (PE) que contiene un 2\%\text{--}2.5\% de negro de carbón. El material PE en sí mismo tiene una excelente resistencia a la hidrólisis y tenacidad a bajas temperaturas. Combinado con negro de carbón, puede proporcionar una vida útil de resistencia al envejecimiento por UV de décadas.
III. Soluciones técnicas para latiguillos de alta resistencia y resistentes a los rayos UV en exteriores
Para entornos exteriores con fuerte radiación ultravioleta, diferencias de temperatura extremas y tensiones mecánicas, se pueden utilizar latiguillos de fibra óptica especiales con cubiertas de PE o estructuras de protección de armadura totalmente metálica para resolver eficazmente los problemas mencionados:
Por ejemplo, el OFSCN® 3.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord, cuya capa exterior utiliza una cubierta de PE con capacidad anti-UV, fusionada internamente con una estructura de torcedura de alambre de acero inoxidable de 0,45 mm y un tubo de acero sin costura de 0,9 mm, puede resistir eficazmente la radiación ultravioleta y entornos mecánicos de alta tracción (resistencia a la tracción > 1200 N), con un rango de temperatura de trabajo de -40\text{^\circ C} a 75\text{^\circ C}.
En entornos de radiación intensa y sin obstáculos, también se pueden utilizar latiguillos totalmente metálicos con tubos de acero sin costura y estructuras trenzadas de metal que no expongan ninguna cubierta de polímero, como el OFSCN® 2.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord, para eliminar físicamente el riesgo de envejecimiento por fotoxidación de los materiales poliméricos.
