Термопластический полиуретан
Как и полиамид, термопластический полиуретан (ТПУ) – материал довольно дорогой, а поэтому и менее используемый для изготовления кабелей. У него отличные механические свойства (например, высокая прочность на растяжение – 30 ÷ 55 МПа), он способен выдерживать до разрыва деформацию в пределах 400 ÷ 700%. Очень высокое сопротивление ТПУ трению делает этот материал подходящим для оболочек кабелей, подверженных ему в процессе применения. Полиуретан также сохраняет гибкость при понижении температуры до –40ºС и характеризуется высоким сопротивлением воздействию масел, нефти и большинства растворителей, а также кислорода и озона.
В ТПУ нет никаких пластификаторов, так что проблема их миграции не возникает.
Защита от влаги
По требованию Минсвязи РФ стандартный тест на водонепроницаемость кабеля, который проводится по методике МЭК 794 (ГОСТ Р МЭК 794-1-93 п.29 метод F5), применяется не к оптическому сердечнику, а ко всему сечению оптического кабеля.
Чтобы удовлетворить требованиям Минсвязи РФ пустоты в бронеповиве заполняются гидрофобным компаундом. Разумеется, требования к данному компаунду существенно ниже, нежели к тиксотропному гелю, заполняющему внутримодульное пространство в кабелях со свободной укладкой волокон. Правда, при прокладке в грунтах, насыщенных влагой, в качестве заполнителя бронеповива для уменьшения диффузии влаги на пути к оптическим волокнам применяют специальные компаунды с сорбентом по водороду. Срок службы сорбентов в данном случае не должен быть ниже срока службы оптических кабелей.
Оболочка любого кабеля может оказаться поврежденной. В частности, кабели наружной установки подвергаются воздействию влаги, проникающей сквозь мельчайшие отверстия в оболочке или в месте соединения. В таких случаях, насколько высококачественной ни была бы сама кабельная оболочка, будет происходить диффузия воды в материал оболочки.
Вода, при проникновении в оптический кабель, будет растекаться по сердечнику и скапливаться между модулями. Вода воздействует на стекло, уменьшая тем самым срок службы волокон. Повышающаяся в результате проникновения воды концентрация водорода приведет к увеличению затухания в волокнах. При замерзании вода способна повредить элементы кабелей и привести к нарушению связи.
Лучший способ избежать повреждений, вызываемых водой и повышенной влажностью, заключается в заполнении пространства между волокнами, модулями, волоконно-оптическими лентами и оболочкой водонепроницаемым наполнителем.
Этот наполнитель не должен оказывать никаких воздействий на входящие в состав кабеля пластмассы и волокна. Наполнитель предотвращает дальнейшее распространение в кабеле воды и влаги и тем самым ограничивает потенциальное увеличение повреждений.
Наполнитель должен иметь соответствующую консистенцию, чтобы не вытекать из кабеля при прокладке.
Однако все вышеприведенные способы защиты кабеля от воздействия влаги допустимы только при кратковременных контактах оболочки кабеля с водой, не более 10% срока эксплуатации. В случае большего срока, например, в болотах, реках и т.д., необходима более надежная защита от проникновения как молекул воды H2O, так и молекулярного водорода.
Проблема влаги, по сути дела, разбивается на два совершенно независимых явления, связанных с наличием водорода, и приводящих к отказам системы. Первое явление – чисто механическая зависимость прочности оптического волокна от количества влаги на его поверхности. Это могут быть как гидроксильные группы ОН, так и просто вода Н2О (см. Рис.12). Таким образом, срок службы из-за проникновения влаги может быть уменьшен с расчетных до 7-10 лет. От присутствия влаги на поверхности волокна спасает полное внутримодульное заполнение гидрофобным компаундом.
Рисунок 12. Диффузия водородосодержащих соединений через защитную оболочку.
Второе явление, заставляющее помнить о "водородной проблеме", это явление роста оптического затухания волокна из-за поглощения атомами водорода. При этом, если кабель, волокна которого при укладке имели погонное затухание 0,19-0,22 дБ/км, не защищен от проникновения влаги и водорода, и эксплуатируется в условиях их постоянного воздействия (например, болота с высоким содержанием метана), то после 3-5 лет эксплуатации затухание может вырасти на несколько десятых децибела (см. Рис.13).
Конкретные значения прироста и сроки его появления зависят от типа волокна и концентрации водорода, но важно отметить, что даже прирост 0,05 дБ на магистральной линии связи, проложенной в болоте, приведет к необходимости реконструкции линии. На Рис.13 показано, с какой интенсивностью происходит диффузия водородосодержащих соединений к волокну через внешние оболочки.
Применяемая защита от воздействия высокоактивного атомарного водорода возможна лишь с помощью оболочки выполненной из металлизированной фольги или алюмополиэтиленовой ленты, т.е. кристаллической решетки металла. Дело в том, что диффузия сквозь кристаллическую структуру атомов и молекул химических элементов пренебрежимо мала. В глубоководных кабелях применяют специальную алюминиевую или медную трубку, в более дешевых конструкциях, для прокладки в реках, болотах и пр., используют алюмополиэтиленовую ленту. Применение металлического слоя вызывало трудности на первых порах кабельного производства, связанные с тем, что полимеры, находящиеся внутри защитного металлического экрана, разлагаясь, выделяли водород, который не мог выйти наружу, и его концентрация с годами накапливалась и становилась выше критической, что приводило к росту затухания оптических волокон (см. выше).
Рисунок 13. Зависимость затухания в оптическом волокне от различных условий эксплуатации.
В последние годы производство компонентов было перестроено таким образом, чтобы химические элементы не разлагались в течение всего срока эксплуатации кабелей. Также элементы подвергаются принудительной дегидратации, что уменьшает число ионов воды и ведет к пониженному изначальному содержанию водорода. Однако такие химические материалы, как правило, дороже, требуют специальных технологий переработки и имеют меньший срок хранения.