Проектирование и выбор материалов для наружных оптических кабелей основаны на строгих принципах физики и материаловедения. Ниже мы объясним, почему наружные оптические кабели обычно черного цвета, а также как они противостоят ультрафиолетовому излучению и воздействию дождевой воды, рассматривая это с трех точек зрения: материаловедения оптических кабелей, конструктивного дизайна и устойчивости к атмосферным воздействиям.
1. Почему наружные оптические кабели обычно черного цвета?
Наружные оптические кабели постоянно подвергаются воздействию окружающей среды и должны выдерживать длительное облучение ультрафиолетовыми (УФ) лучами солнечного света.
-
Механизм разрушения под действием УФ-излучения:
Наружная оболочка оптического кабеля обычно изготавливается из полимерных материалов (например, полиэтилена ПЭ). Энергия УФ-лучей достаточна для разрыва молекулярных цепей полимеров, что приводит к фотохимическим реакциям в материале. Это, в свою очередь, вызывает физическую деградацию, такую как изменение цвета, охрупчивание, растрескивание и снижение прочности на растяжение. Как только оболочка трескается, внутренние оптические волокна и металлические армирующие элементы подвергаются прямому воздействию влаги, кислотных дождей и воздуха, что приводит к быстрому выходу кабеля из строя.
-
Введение сажи (Carbon Black):
Чтобы предотвратить деградацию, вызванную УФ-излучением, наружная оболочка оптических кабелей из полиэтилена (ПЭ) должна содержать определенную долю (обычно 2\% \sim 2.5\%) сажи при производстве.
- Сажа является превосходным световым барьером и поглотителем ультрафиолета.
- Она поглощает свет практически во всех диапазонах (включая высокоэнергетические УФ-, видимые и инфракрасные лучи) и безвредно преобразует эту световую энергию в тепло, рассеивая ее. Это предотвращает проникновение УФ-излучения вглубь молекулярных цепей полиэтилена.
- Из-за высокой концентрации сажи материал наружной оболочки наружных оптических кабелей приобретает темно-черный цвет.
2. Защищают ли они от ультрафиолетового излучения и дождевой воды?
Да. Конструкция стандартных наружных оптических кабелей полностью обеспечивает превосходную защиту от УФ-излучения и дождевой воды/влаги.
1. Отличная устойчивость к УФ-излучению (UV-Resistant)
Черная оболочка из полиэтилена высокой плотности (HDPE) или средней плотности (MDPE) с добавлением сажи может выдерживать десятилетия интенсивного солнечного света в естественных условиях без растрескивания или охрупчивания. Это на сегодняшний день общепризнанное, экономически эффективное, стабильное и наиболее действенное долгосрочное решение для защиты наружных кабелей от УФ-излучения.
2. Многоуровневая защита от дождевой воды и влаги (Water & Moisture Proof)
Для предотвращения проникновения дождевой воды или почвенной влаги наружные оптические кабели имеют многослойную водонепроницаемую конструкцию:
- Гидрофобная наружная оболочка:
Сам полиэтилен (ПЭ) является неполярным материалом с высокой гидрофобностью и низким водопоглощением. Это первая линия обороны, препятствующая горизонтальному проникновению дождевой воды.
- Водоотталкивающий гель/заполняющая паста:
Внутренние полости оптического кабеля (например, внутри свободных трубок, в пустотах сердечника кабеля) заполнены гелем. Гель вытесняет любое возможное проникновение микроскопического количества воды и предотвращает горизонтальное перемещение влаги.
- Водобумагивающая（遇水膨胀阻水材料）（Water-blocking materials that swell upon contact with water）:
Многие современные оптические кабели используют гидроизоляционные нити и ленты. При случайном повреждении наружной оболочки и проникновении дождевой воды эти полимерные материалы быстро впитывают воду и набухают, образуя прочный гелевый слой, который «запечатывает» отверстие и предотвращает продольное распространение воды вдоль кабеля.
- Металлический влагозащитный слой:
Некоторые наружные оптические кабели (например, кабели для прямой прокладки в земле) имеют под наружной оболочкой слой ленты с пластиковым покрытием (PSP) или алюминиевой ленты (APL). Это обеспечивает почти 100% абсолютный барьер против влаги и воды, одновременно повышая прочность на растяжение и защищая от грызунов.
3. Обзор передовых продуктов OFSCN®
Для наружных условий или различных сложных и суровых сред (таких как большие пролеты воздушных линий, кабельные каналы, а также полевые температурные и измерительные датчики, подверженные растяжению, вибрации и воздействию дождевой воды), Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) разработала и предлагает ряд специальных оптоволоконных кабелей и датчиков с высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям, высокой прочностью на растяжение, водонепроницаемостью и влагостойкостью.
Этот продукт специально разработан для сложных наружных и полевых применений. Оптическое волокно помещено в бесшовную трубу из нержавеющей стали, снаружи обмотанной структурой из стальной проволоки (структура стального троса). Внешний слой покрыт износостойкой, водонепроницаемой черной оболочкой из полиэтилена (ПЭ), обеспечивающей всестороннюю защиту от окружающей среды.
- Основные параметры:
- Предельная прочность:
Прочность на растяжение более 1200\text{N}, прочность на сжатие более 200\text{Mp}.
- Конструктивные особенности:
Состоит из оптического разъема, черной оболочки из ПЭ, структуры из стальной проволоки диаметром 0.45\text{mm}, бесшовной трубы из нержавеющей стали диаметром 0.9\text{mm} и оптического волокна.
- Рабочая температура:
От -40^\circ\text{C} до 75^\circ\text{C}.
- Тип оптического волокна:
По умолчанию используется стандартное одномодовое оптическое волокно OFSCN® G.657, нечувствительное к изгибам.
Для мониторинга деформации в наружных условиях, таких как плотины, мосты или склоны, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. предлагает датчики деформации на основе волоконных решеток (FBG) с многослойной защитой из полимерных материалов и бесшовных стальных труб.
- Основные параметры:
- Конструктивные особенности:
Волокно-решетка, инкапсулированное полимерным материалом, с возможностью добавления наружной бесшовной стальной трубы для увеличения прочности на растяжение и обеспечения превосходной водо- и влагозащиты.
- Выбор размера:
Стандартный внешний диаметр продукта составляет не более 0.7\text{mm}. При добавлении защитного слоя из бесшовной стальной трубы внешний диаметр составляет не более 1.2\text{mm}.
- Диапазон измерения:
Стандартный диапазон измерения деформации составляет не менее 6000\mu\varepsilon.
