1. 서론
광섬유 케이블의 세로 방향 밀봉을 확보하고 물과 습기가 케이블이나 접속함 내부로 침투하여 금속과 섬유를 부식시켜 수소 손상, 섬유 파손 및 전기 절연 성능의 급격한 저하를 유발하는 것을 방지하기 위해 다음과 같은 방법이 일반적으로 물과 습기 차단에 사용됩니다.
1) 케이블 내부에 발수형(소수성), 수팽창형, 열팽창형 등 다양한 종류의 점성 그리스를 채우는 방법. 이러한 그리스는 유성 물질로, 많은 양을 채워야 하고, 비용이 많이 들며, 환경 오염을 유발하기 쉽고, 세척이 어렵습니다(특히 케이블 접합부에서 용제를 사용하여 세척할 때). 또한 케이블 자체 무게가 지나치게 무거워집니다.
2) 내피와 외피 사이에 열 용융 접착제를 이용한 방수 링을 사용하는 방법은 비효율적이고 공정이 복잡하여 소수의 제조업체만이 구현할 수 있습니다. 3) 건식 팽창 방수재(흡수 팽창 분말, 방수 테이프 등)를 사용하는 방법은 고도의 기술과 재료 소모가 많고 비용이 많이 들며 케이블 자체 무게 또한 지나치게 무겁습니다. 최근 광케이블에 "건식 코어" 구조가 도입되어 해외에서 널리 적용되고 있으며, 특히 다심 광케이블의 무거운 자체 무게와 복잡한 접합 공정 문제를 해결하는 데 탁월한 장점을 가지고 있습니다. 이 "건식 코어" 케이블에 사용되는 방수재는 방수 섬유입니다. 방수 섬유는 물을 빠르게 흡수하여 팽창하여 젤을 형성하고 케이블의 물 통로를 차단하여 방수 효과를 냅니다. 또한, 발수사는 유성 물질을 함유하지 않아 물티슈, 용제, 세척제 등의 도구 없이 접합 준비 시간을 크게 단축할 수 있습니다. 간단한 공정, 편리한 시공, 안정적인 성능, 저렴한 비용의 발수 소재를 구현하기 위해 새로운 유형의 광케이블 발수사인 발수 팽창사를 개발했습니다.
2. 발수 원리 및 발수사의 특징
방수사의 방수 기능은 방수사 섬유 본체를 이용하여 큰 부피의 젤을 형성하는 데 있습니다. (이 젤은 자체 부피의 수십 배에 달하는 수분을 흡수할 수 있으며, 예를 들어 처음 1분 안에 약 0.5mm에서 약 5.0mm 직경으로 급격히 팽창할 수 있습니다.) 이 젤의 수분 보유 능력이 매우 강하여 수분 침투로 인한 물기둥 형성을 효과적으로 방지하고, 물이 계속 침투하여 확산되는 것을 막아 방수 효과를 얻습니다. 광섬유 케이블은 제조, 시험, 운송, 보관 및 사용 과정에서 다양한 환경 조건을 견뎌야 하므로, 광섬유 케이블에 사용되는 방수사는 다음과 같은 특징을 가져야 합니다.
1) 깔끔한 외관, 균일한 두께 및 부드러운 질감;
2) 케이블 성형 시 인장 요구 사항을 충족하기 위한 일정 수준의 기계적 강도;
3) 빠른 팽윤, 우수한 화학적 안정성 및 높은 강도로 수분 흡수 및 겔 형성에 유리함;
4) 화학적 안정성이 우수하고 부식성 성분이 없으며 박테리아 및 곰팡이에 대한 저항성이 있습니다.
5) 우수한 열 안정성, 우수한 내후성, 다양한 후속 가공 및 생산, 다양한 사용 환경에 대한 적응성;
6) 광섬유 케이블의 다른 재료와의 호환성이 우수합니다.
3. 광섬유 케이블에 적용되는 방수사
3.1 광섬유 케이블에 방수사 사용
광섬유 케이블 제조업체는 실제 상황과 사용자 요구 사항에 따라 생산 과정에서 다양한 케이블 구조를 채택하여 사용자의 요구를 충족할 수 있습니다.
1) 방수사를 이용한 외피의 세로 방향 방수 처리
주름강판(Rewrinked Steel Tape, LST) 외장재에서 외피는 습기가 케이블이나 연결함 내부로 침투하는 것을 방지하기 위해 세로 방향으로 방수되어야 합니다. 외피의 세로 방향 방수 기능을 구현하기 위해 두 개의 방수사를 사용하는데, 하나는 내피 케이블 심선과 평행하게 배치하고, 다른 하나는 일정한 간격(8~15cm)으로 케이블 심선을 감싸고 주름강판과 PE(폴리에틸렌)로 덮습니다. 이렇게 하면 방수사가 케이블 심선과 LST 사이의 틈을 작은 밀폐 공간으로 나누게 됩니다. 방수사는 단시간 내에 팽창하여 겔을 형성함으로써 물이 케이블 내부로 침투하는 것을 막고, 고장 지점 근처의 작은 공간에만 물이 고이도록 하여 세로 방향 방수 기능을 구현합니다(그림 1 참조).
그림 1: 광케이블에서 방수사를 사용하는 일반적인 예
2) 방수사를 이용한 케이블 심부의 세로 방향 방수 처리케이블 코어에는 두 가지 유형의 방수사를 사용할 수 있습니다. 첫 번째는 보강 강선으로 구성된 케이블 코어에 방수사를 두 개 사용하는 것입니다. 일반적으로 방수사 하나는 보강 강선과 평행하게 배치하고, 다른 방수사는 더 넓은 간격으로 강선을 감싸도록 배치합니다. 또한 두 개의 방수사와 보강 강선을 평행하게 배치하고, 팽창력이 강한 방수사를 사용하여 물을 차단할 수도 있습니다. 두 번째는 느슨한 케이싱 표면에, 내피를 압착하기 전에 방수사를 묶는 실로 사용하는 것입니다. 두 개의 방수사를 더 좁은 간격(1~2cm)으로 반대 방향으로 감싸 조밀하고 작은 차단층을 형성하여 물의 침투를 방지하고 "건식 케이블 코어" 구조를 만듭니다.
3.2 방수 원사 선택
광섬유 케이블 제조 공정에서 우수한 방수성과 만족스러운 기계 가공 성능을 모두 얻기 위해서는 방수사를 선택할 때 다음과 같은 사항을 고려해야 합니다.
1) 방수사 두께
케이블 단면의 틈을 방수사가 충분히 메울 수 있도록 방수사의 굵기를 적절하게 선택하는 것이 매우 중요합니다. 이는 케이블의 구조적 크기와 방수사의 팽창률에 따라 결정됩니다. 케이블 구조 내에서 틈이 최소화되도록 하기 위해 팽창률이 높은 방수사를 사용하면 방수사의 직경을 최소화할 수 있으며, 이를 통해 안정적인 방수 성능을 확보하면서 비용도 절감할 수 있습니다.
2) 발수성 섬유의 팽윤율 및 겔 강도
IEC794-1-F5B 방수 시험은 광섬유 케이블의 전체 단면에 대해 수행됩니다. 3m 길이의 광섬유 케이블 샘플에 1m 높이의 수압을 가하고 24시간 동안 누수가 없으면 합격입니다. 방수 섬유의 팽창 속도가 물 침투 속도를 따라가지 못하면 시험 시작 후 몇 분 안에 물이 샘플을 통과할 수 있으며, 방수 섬유가 완전히 팽창하지 않은 상태일 수 있습니다. 비록 시간이 지나면서 방수 섬유가 완전히 팽창하여 물을 차단하더라도 이 또한 불합격입니다. 반대로 팽창 속도가 더 빠르더라도 겔 강도가 충분하지 않으면 1m 높이의 수압을 견디지 못해 방수 기능이 실패할 수 있습니다.
3) 워터블록킹 원사의 부드러움
방수사의 부드러움이 케이블의 기계적 특성, 특히 측면 압력, 충격 저항 등에 미치는 영향이 더욱 두드러지므로, 가능한 한 부드러운 방수사를 사용하는 것이 좋습니다.
4) 방수사의 인장 강도, 신장률 및 길이
케이블 트레이의 각 길이를 생산할 때, 방수사는 연속적이고 끊김 없이 연결되어야 합니다. 이를 위해서는 방수사가 일정 수준의 인장 강도와 신장률을 가져야 합니다. 그래야 생산 과정에서 방수사가 당겨지지 않고, 늘어나거나 구부러지거나 꼬이는 경우에도 케이블이 손상되지 않습니다. 방수사의 길이는 주로 케이블 트레이의 길이에 따라 결정되는데, 연속 생산 시 방수사 교체 횟수를 줄이기 위해 방수사의 길이가 길수록 좋습니다.
5) 방수사의 산성도와 알칼리도는 중성이어야 합니다. 그렇지 않으면 방수사가 케이블 소재와 반응하여 수소를 침전시킬 수 있습니다.
6) 발수성 원사의 안정성
표 2: 발수사 및 기타 발수 소재의 발수 구조 비교
| 항목 비교 | 젤리 필링 | 열융해 물막이 링 | 방수 테이프 | 물막이용사 |
| 방수 기능 | 좋은 | 좋은 | 좋은 | 좋은 |
| 처리 가능성 | 단순한 | 복잡한 | 더 복잡한 | 단순한 |
| 기계적 특성 | 자격 있는 | 자격 있는 | 자격 있는 | 자격 있는 |
| 장기적인 신뢰성 | 좋은 | 좋은 | 좋은 | 좋은 |
| 피복 접착력 | 공정한 | 좋은 | 공정한 | 좋은 |
| 연결 위험 | 예 | No | No | No |
| 산화 효과 | 예 | No | No | No |
| 용제 | 예 | No | No | No |
| 광섬유 케이블 단위 길이당 질량 | 무거운 | 빛 | 더 무거운 | 빛 |
| 원치 않는 물질 흐름 | 가능한 | No | No | No |
| 생산 과정의 청결 | 가난한 | 더 가난해 | 좋은 | 좋은 |
| 자재 취급 | 무거운 철제 드럼 | 단순한 | 단순한 | 단순한 |
| 장비 투자 | 크기가 큰 | 크기가 큰 | 더 큰 | 작은 |
| 재료비 | 더 높은 | 낮은 | 더 높은 | 낮추다 |
| 생산 비용 | 더 높은 | 더 높은 | 더 높은 | 낮추다 |
방수사의 안정성은 주로 단기 안정성과 장기 안정성으로 측정됩니다. 단기 안정성은 주로 단기간의 온도 상승(압출 외피 공정 온도 220~240°C)이 방수사의 방수 특성 및 충격에 대한 기계적 특성에 미치는 영향을 고려합니다. 장기 안정성은 주로 방수사의 노화에 따른 팽창률, 겔 강도 및 안정성, 인장 강도 및 충격 신장률을 고려하며, 방수사는 케이블의 전체 수명(20~30년) 동안 방수성을 유지해야 합니다. 방수 그리스 및 방수 테이프와 마찬가지로 방수사의 겔 강도와 안정성은 중요한 특성입니다. 겔 강도가 높고 안정성이 우수한 방수사는 상당한 기간 동안 우수한 방수성을 유지할 수 있습니다. 반대로, 관련 독일 국가 표준에 따르면 일부 재료는 가수분해 조건에서 겔이 매우 유동성이 높은 저분자량 물질로 분해되어 장기적인 방수성을 확보하지 못합니다.
3.3 방수사 적용
광케이블 방수 소재로서 우수한 성능을 보이는 발수사(water blocking yarn)는 광케이블 생산에 대량으로 사용되는 오일 페이스트, 핫멜트 접착 발수 링, 발수 테이프 등을 대체하고 있다. 표 2는 이러한 발수 소재들의 몇 가지 특성을 비교한 것이다.
4. 결론
요약하자면, 발수사는 광케이블에 적합한 우수한 발수 소재로, 구조가 간단하고 성능이 안정적이며 생산 효율이 높고 사용이 간편하다는 특징을 가지고 있습니다. 또한, 이 소재를 광케이블 충전재로 사용하면 무게가 가볍고 성능이 안정적이며 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다.
게시 시간: 2022년 7월 16일