1 はじめに
過去 10 年ほどの通信技術の急速な発展に伴い、光ファイバーケーブルの応用分野は拡大しています。光ファイバーケーブルに対する環境要件が高まり続けるにつれて、光ファイバーケーブルに使用される材料の品質に対する要件も高まっています。光ファイバーケーブルの防水テープは、光ファイバーケーブル業界で一般的に使用されている防水材であり、光ファイバーケーブルにおけるシーリング、防水、防湿、緩衝保護の役割は広く認識されており、光ファイバーケーブルの発展に伴い、その種類と性能は継続的に改善され、完成されています。近年、「ドライコア」構造が光ケーブルに導入されました。このタイプのケーブル防水材は通常、テープ、糸、またはコーティングの組み合わせで、ケーブルコアへの水の縦方向の浸透を防ぎます。ドライコア光ファイバーケーブルの普及が進むにつれて、ドライコア光ファイバーケーブル材料は、従来のワセリンベースのケーブル充填材に急速に取って代わりつつあります。ドライコア材は、水を素早く吸収してハイドロゲルを形成するポリマーを使用しており、このハイドロゲルが膨張してケーブル内の水の浸透経路を埋めます。さらに、ドライコア材には粘着性のグリースが含まれていないため、ケーブルの接続準備にワイプ、溶剤、洗浄剤などが不要となり、接続時間を大幅に短縮できます。ケーブルの軽量性や、外側の補強糸とシース間の良好な接着性も損なわれないため、広く採用されています。
2. 水がケーブルに及ぼす影響と耐水性機構
ケーブル内に水が浸入すると、水は水素イオンやOHイオンに分解され、光ファイバーの伝送損失が増加し、ファイバーの性能が低下し、ケーブルの寿命が短くなるため、様々な防水対策を講じる必要がある。最も一般的な防水対策は、ケーブルの芯線と外被の間の隙間に石油系ペーストを充填し、防水テープを貼ることである。これにより、水や湿気が垂直方向に広がるのを防ぎ、防水効果を発揮する。
光ファイバーケーブル（特にケーブル）の絶縁体として合成樹脂を大量に使用する場合、これらの絶縁材料も水の浸入に対して耐性があるわけではありません。絶縁材料に「ウォーターツリー」が形成されることが、伝送性能に影響を与える主な原因です。絶縁材料がウォーターツリーの影響を受けるメカニズムは、通常次のように説明されます。強い電界（別の仮説としては、加速された電子の非常に弱い放電によって樹脂の化学的性質が変化するというもの）により、水分子が光ファイバーケーブルのシース材に存在するさまざまな数の微細孔を通過します。水分子はケーブルシース材のさまざまな数の微細孔を通過して「ウォーターツリー」を形成し、徐々に大量の水を蓄積してケーブルの長手方向に広がり、ケーブルの性能に影響を与えます。長年にわたる国際的な研究と試験を経て、1980年代半ばに、ウォーターツリーの発生を抑制する最良の方法が見出されました。それは、ケーブルの押し出し前に吸水膨張層で覆うことでウォーターツリーの成長を抑制・遅延させ、ケーブル内部への水の縦方向への広がりを阻止するというものです。同時に、外部からの損傷や水の浸入に対しても、この防水層は迅速に水を遮断し、ケーブルの縦方向への広がりを防ぐことができます。
3. ケーブル防水バリアの概要
3.1 光ファイバーケーブル防水バリアの分類
光ファイバーケーブルの防水層は、構造、品質、厚さによって分類される方法が多くあります。一般的には、構造によって、両面積層防水層、片面コーティング防水層、複合フィルム防水層に分類されます。防水層の防水機能は、主に吸水性の高い材料（防水層と呼ばれる）によるもので、水に触れると急速に膨潤し、大量のゲルを形成します（防水層は自身の数百倍の水を吸収できます）。これにより、ウォーターツリーの成長を防ぎ、水の浸透と拡散を抑制します。これには、天然および化学修飾された多糖類が含まれます。
これらの天然または半天然の止水剤は優れた特性を持っているものの、致命的な欠点が2つある。
1) 生分解性があり、2) 非常に燃えやすい。そのため、光ファイバーケーブル材料には使用されない可能性が高い。耐水性材料のもう 1 つのタイプはポリアクリレートで、次の要件を満たすため、光ケーブルの耐水性として使用できる。1) 乾燥状態では、光ケーブルの製造中に発生する応力に対抗できる。
2) 乾燥状態では、ケーブルの寿命に影響を与えることなく、光ケーブルの動作条件（室温から90℃までの温度サイクル）に耐えることができ、また、短時間であれば高温にも耐えることができます。
3) 水が入ると、急速に膨張してゲルを形成し、膨張速度が速くなります。
4) 非常に粘性の高いゲルを生成し、高温でもゲルの粘度は長時間安定している。
撥水剤の合成は、大きく分けて従来の化学合成法（逆相法（水中油型重合架橋法））、独自の架橋重合法（ディスク法）、照射法（コバルト60γ線法）に分類できます。架橋法はコバルト60γ線法に基づいています。合成方法によって重合度や架橋度が異なるため、撥水テープに必要な撥水剤には非常に厳しい要件があります。上記の4つの要件を満たすポリアクリレートはごくわずかで、実務経験から、撥水剤（吸水樹脂）は単一成分の架橋ポリアクリル酸ナトリウムの原料として使用できず、高速かつ高吸水性を実現するためには、多成分架橋法（つまり、様々な成分の架橋ポリアクリル酸ナトリウムの混合物）で使用する必要があります。基本的な要件は次のとおりです。吸水倍率は約 400 倍に達し、吸水速度は最初の 1 分で耐水性が吸収する水の 75% を吸収できる必要があります。耐水性の乾燥熱安定性要件: 90 ℃ の長期耐熱性、160 ℃ の最大使用温度、230 ℃ の瞬間耐熱性 (電気信号を含む光電複合ケーブルに特に重要)。ゲル形成後の吸水安定性要件: 数回の熱サイクル (20 ℃ ～ 95 ℃) 後の吸水後のゲルの安定性には、数回の熱サイクル (20 ℃ ～ 95 ℃) 後の高粘度ゲルとゲル強度が必要です。ゲルの安定性は、合成方法と製造業者が使用する材料によって大きく異なります。同時に、膨張速度が速ければ速いほど良いというわけではなく、一部の製品は速度を一方的に追求し、添加剤の使用はハイドロゲルの安定性に寄与せず、保水能力を破壊し、耐水性の効果を達成しません。
3. 防水テープの3つの特性 ケーブルは製造、試験、輸送、保管、使用の過程で環境試験に耐える必要があるため、光ケーブルの使用という観点から、ケーブル防水テープの要件は次のとおりです。
1) 外観は繊維分布が良好で、複合材料に剥離や粉塵がなく、一定の機械的強度を有し、ケーブルのニーズに適しています。
2) 均一で再現性があり、安定した品質で、ケーブルの形成時に剥離せず、
3) 高い膨張圧力、速い膨張速度、良好なゲル安定性。
4) 優れた熱安定性を持ち、様々な後加工に適している。
5) 高い化学的安定性を持ち、腐食性成分を含まず、細菌やカビによる腐食に強い。
6) 光ケーブルの他の材料との良好な適合性、耐酸化性など
4. 光ケーブルの防水性能基準
多数の研究結果から、ケーブル伝送性能の長期安定性に対する耐水性の不備は大きな損害をもたらすことが示されています。この損害は、光ファイバーケーブルの製造工程や工場検査では発見しにくいものの、使用後のケーブル敷設工程で徐々に顕在化します。したがって、関係者全員が受け入れられる評価基準を見つけるために、包括的かつ正確な試験基準を適時に開発することが喫緊の課題となっています。著者による防水ベルトに関する広範な研究、調査、実験は、防水ベルトの技術基準の開発に十分な技術的根拠を提供しました。以下に基づいて、防水バリア値の性能パラメータを決定します。
1) 防水材に関する光ケーブル規格の要件（主に光ケーブル規格における光ケーブル材料の要件）
2) 防水バリアの製造および使用に関する経験、ならびに関連する試験報告書。
3) 防水テープの特性が光ファイバーケーブルの性能に及ぼす影響に関する研究結果。
4.1 外観
防水テープの外観は、繊維が均一に分布していること、表面が平坦でしわ、折り目、破れがないこと、テープの幅方向に裂け目がないこと、複合材料に層間剥離がないこと、テープがしっかりと巻かれており、手持ちテープの端が「麦わら帽子型」になっていないことが必要です。
4.2 止水材の機械的強度
止水テープの引張強度は、ポリエステル不織布テープの製造方法によって異なり、同じ数量条件では、ビスコース製法の方が熱間圧延製法よりも引張強度が高く、厚みも薄くなります。止水テープの引張強度は、ケーブルの巻き方や巻き付け方によっても異なります。
これは、2 つの止水ベルトの重要な指標であり、試験方法は装置、液体、および試験手順と統一する必要があります。止水テープの主な止水材料は、部分的に架橋されたポリアクリル酸ナトリウムとその誘導体であり、水質要件の組成と性質に敏感です。止水テープの膨潤高さの基準を統一するために、脱イオン水の使用が優先されます（蒸留水は裁定で使用されます）。これは、基本的に純水である脱イオン水には陰イオンおよび陽イオン成分がないためです。異なる水質での吸水樹脂の吸水乗数は大きく異なります。純水での吸水乗数が公称値の 100% の場合、水道水では 40% ～ 60% (場所の水質によって異なります)、海水では 12% です。地下水または排水溝の水はより複雑で、吸水率を決定することは難しく、その値は非常に低くなります。ケーブルの防水効果と寿命を確保するためには、膨張高さが10mm以上の防水テープを使用するのが最適です。
4.3 電気的特性
一般的に、光ケーブルは金属線の電気信号伝送を伴わないため、半導体抵抗防水テープの使用は含まれず、33 王強など: 光ケーブル防水テープのみ
電気信号が存在する前の電気複合ケーブルについては、契約によりケーブルの構造に応じた特定の要件が定められます。
4.4 熱安定性 ほとんどの種類の防水テープは、90℃の長期耐熱性、160℃の最高使用温度、230℃の瞬間耐熱性といった熱安定性の要件を満たしています。防水テープの性能は、これらの温度で一定期間経過後も変化してはなりません。
膨張性材料の最も重要な特性はゲル強度であるべきであり、膨張速度は初期の水の浸透長を制限するためだけに使用されます（1 m未満）。優れた膨張性材料は、適切な膨張速度と高い粘度を備えている必要があります。膨張速度が高く粘度が低い場合でも、劣悪な防水性材料は防水特性が劣ります。これは、複数の熱サイクルで比較してテストできます。加水分解条件下では、ゲルは低粘度の液体に分解し、その品質が低下します。これは、膨潤粉末を含む純水懸濁液を2時間攪拌することによって達成されます。得られたゲルは、余分な水から分離され、回転式粘度計に入れられ、95℃で24時間経過する前と後の粘度が測定されます。ゲルの安定性の違いが確認できます。これは通常、20℃から95℃まで8時間、95℃から20℃まで8時間のサイクルで行われます。関連するドイツの規格では、8時間のサイクルを126回行う必要があります。
4.5 適合性 防水バリアの適合性は、光ファイバーケーブルの寿命に関して特に重要な特性であり、したがって、これまで検討してきた光ファイバーケーブル材料との関連で考慮する必要があります。適合性が明らかになるまでには長い時間がかかるため、加速劣化試験を使用する必要があります。つまり、ケーブル材料のサンプルをきれいに拭き取り、乾燥した防水テープで包み、100℃の恒温槽に10日間保管した後、品質を測定します。試験後、材料の引張強度と伸びは20%を超えて変化してはなりません。
投稿日時: 2022年7月22日