光ケーブルおよび電力ケーブルにおける吸水性繊維の応用

光ケーブルや電気ケーブルの運用において、性能劣化の最も大きな要因は水分の侵入です。光ケーブルに水が侵入すると、光ファイバーの減衰が増加します。電気ケーブルに水が侵入すると、ケーブルの絶縁性能が低下し、動作に影響を及ぼします。そのため、吸水性材料などの防水ユニットが光ケーブルや電気ケーブルの製造工程に組み込まれ、水分や水の侵入を防ぎ、運用上の安全性を確保しています。

吸水性材料の主な製品形態には、吸水性粉末、防水テープ, 防水糸、膨潤型防水グリースなど。適用場所に応じて、1種類の防水材を使用したり、ケーブルの防水性能を確保するために複数の異なる種類の防水材を同時に使用したりすることができます。

5G技術の急速な普及に伴い、光ケーブルの利用はますます広がり、それに対する要求も厳しくなっています。特に、環境保護やグリーン化の要求が高まったことで、完全乾燥型光ケーブルが市場でますます支持されるようになっています。完全乾燥型光ケーブルの大きな特徴は、充填型や膨潤型の防水グリースを使用しないことです。代わりに、ケーブルの断面全体にわたって防水テープや防水ファイバーを用いて防水処理を行っています。

ケーブルや光ケーブルにおける防水テープの使用は一般的であり、それに関する研究文献も豊富に存在する。しかしながら、防水糸、特に超吸水性を有する防水繊維材料に関する研究報告は比較的少ない。超吸水性繊維材料は、光ケーブルや電気ケーブルの製造工程における容易な巻き取りと加工の簡便性から、現在、ケーブルや光ケーブル、特にドライ光ケーブルの製造において、好ましい防水材料となっている。

電力ケーブル製造における応用

中国のインフラ建設が継続的に強化されるにつれ、電力プロジェクトを支える電力ケーブルの需要は増加の一途をたどっています。ケーブルは通常、ケーブルトレンチ、トンネル、または架空線による直接埋設方式で設置されます。ケーブルは必然的に湿度の高い環境に置かれたり、水と直接接触したり、場合によっては短期間または長期間水に浸されることもあり、水が徐々にケーブル内部に浸透します。電界の作用により、導体の絶縁層に樹状構造が形成されることがあり、これはウォータートリーイングと呼ばれる現象です。ウォータートリーイングが一定程度まで成長すると、ケーブルの絶縁破壊につながります。ウォータートリーイングは現在、ケーブルの劣化の主な原因の一つとして国際的に認識されています。電力供給システムの安全性と信頼性を向上させるためには、ケーブルの設計と製造において、ケーブルの優れた防水性能を確保するために、防水構造または防水対策を採用する必要があります。

ケーブル内の水の浸入経路は、一般的に、シースを貫通する放射状（または横方向）の浸入と、導体およびケーブルコアに沿った縦方向（または軸方向）の浸入の2種類に分けられます。放射状（横方向）の防水には、アルミニウムとプラスチックの複合テープを縦方向に巻き付け、ポリエチレンを押し出したような、包括的な防水シースがよく用いられます。放射状の完全な防水が必要な場合は、金属シース構造が採用されます。一般的に使用されるケーブルでは、防水対策は主に縦方向（軸方向）の水の浸入に重点が置かれています。

ケーブル構造を設計する際には、導体の長手方向（または軸方向）の耐水性、絶縁層の外側の耐水性、および構造全体の耐水性を考慮する必要があります。導体の防水処理の一般的な方法は、導体の内部および表面に防水材を充填することです。導体がセクターに分割された高電圧ケーブルの場合、図1に示すように、中央部の防水材として防水糸を使用することが推奨されます。防水糸は、構造全体にわたる防水構造にも適用できます。ケーブルの各構成要素間の隙間に防水糸または防水糸で編まれた防水ロープを配置することで、ケーブルの軸方向に沿って水が流れる経路を遮断し、長手方向の防水要件を満たすことができます。典型的な構造全体にわたる防水ケーブルの概略図を図2に示します。

上述のケーブル構造では、吸水性繊維材料が防水ユニットとして使用されています。そのメカニズムは、繊維材料の表面に存在する大量の超吸水性樹脂に基づいています。樹脂は水に触れると、元の体積の100～100倍に急速に膨張し、ケーブルコアの円周断面に密閉された防水層を形成します。これにより、水の浸透経路が遮断され、水や水蒸気が長手方向に拡散・伸長するのを阻止し、ケーブルを効果的に保護します。