NL8500892A

NL8500892A - Optische vezel, die tegen de absorptie van gasvormige waterstof is beveiligd.

Info

Publication number: NL8500892A
Application number: NL8500892A
Authority: NL
Original assignee: Pirelli Cavi Spa
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1985-03-27
Publication date: 1985-11-18
Also published as: IT8420700A1; NO851686L; CA1251075A; DE3515228A1; NO168209B; NZ211369A; BR8501841A; GB2158263A; JPS60239703A; SE462007B; FR2563634A1; SE8502047L; AU3953585A; GR851015B; FR2563634B1; NO168209C; SE8502047D0; GB2158263B; GB8510656D0; AU577574B2

Description

-% » VO 7093

Optische vezel, die tegen de absorptie van gasvormige waterstof is beveiligd.

De uitvinding heeft betrekking op een optische vezel, di-e tegen de absorptie van gasvormige waterstof is beschermd, meer in het bijzonder wanneer de optische vezel is opgenomen in een kabel.

Bij kabels met een of meer optische vezels doet zich soms een 5 verslechtering van de overdrachtseigenschappen van de vezels voor in het geval, dat zij worden onderworpen aan de invloed van waterstof, welke op de een of andere wijze wordt gevormd (door onderdelen, die of buiten of binnen de kabel zijn gelegen).

In wezen zijn het, ofschoon de mechanische eigenschappen van de 10 vezel tenslotte worden gemodificeerd, in de regel echter in de eerste plaats de macroscopische effecten van een grotere demping, welke het eerst blijken.

In wezen vertonen de vezels onder deze omstandigheden een toename van de demping voor golflengten, die groter zijn dan 1 micron, 15 d.w.z. gelegen zijn in het interval van de golflengten, dat gebruikt wordt voor het overdragen van het signaal.

In het algemeen omvatten de optische vezels een glasstructuur, gevormd door een bekleding en een kern van het "getrapte index-" of "gegradeerde index-" type of een andere structuur, waarbij een pri-20 maire bekleding op de vezel direct na het vormen daarvan wordt aangebracht om te beletten, dat de vezel een direct contact maakt met de omgeving. Over deze primaire bekleding worden andere beschermende bekledingen aangebracht, welke bijvoorbeeld bestaan uit een laag van siliconrubber en een meer stijve laag of buis, die bijvoorbeeld uit 25 nylon bestaat.

Een optische vezelkabel omvat in het algemeen een of meer optische vezels, welke zijn ondergebracht binnen een mantel, tezamen met een of meer trekbestendige onderdelen. Deze mantel, welke al dan niet metallisch kan zijn, is op zijn beurt omgeven door andere 30 mechanische onderdelen, zoals pantseringen, bekledingen, enz.

Proeven, welke zijn uitgevoerd, hebben doen vaststellen, dat een primaire oorzaak van de demping bij de optische vezels, welke in een kabel aanwezig zijn, is gelegen in de aanwezigheid van waterstof, welke wanneer deze eenmaal in de vezel wordt gediffundeerd, in staat is

* j L

• ^ -2- energie met een absorptiespectrum te absoberen, dat de voor het optische signaal gebruikte golflengten omvat.

Onder bepaalde omstandigheden is dit verschijnsel reversibel en kan de demping zelfs aanmerkelijk worden gereduceerd indien de 5 waterstof naar de buitenzijde van de vezel kan diffunderen (bijvoorbeeld ten gevolge van verlaging van de buitenconcentratie van waterstof, welke tot het verschijnsel heeft geleid) .

Anderzijds is het in andere gevallen mogelijk vast te stellen, dat een tweede oorzaak van de demping is gelegen in chemische reacties, 10 welke plaatsvinden tussen de hoofdbestanddelen van de vezel (bijvoorbeeld Si02) en/of de doteermiddelen daarvan (Ge02, P2°5' enz·) en de waterstof die zich in de vezel zelf bevindt.

Het resultaat van deze reacties is de vorming van groepen, welke de hydroxylradicaal (OH) bevatten, welke verantwoordelijk zijn 15 voor de absorptie bij andere golflengten, welke eveneens voor de overdracht worden gebruikt. Deze laatste reacties zijn onomkeerbaar en derhalve kan de betreffende verslechtering van de vezeleigenschappen onder alle testomstandigheden worden voorzien.

De parameters, welke deze verschijnselen regelen, zijn afgezien 20 van de chemische samenstelling van de vezel, de partiële druk van de waterstof waaraan de vezel wordt blootgesteld, de temperatuur en natuurlijk de tijd.

De vezel kan met de binnen de kabel gevormde waterstof in contact komen of tijdens het vervaardigingsproces van de kabel of tijdens 25 de werking van de kabel zelf. In feite kan de waterstof worden gevormd door metallische of niet-metallische onderdelen, welke in de kabel aanwezig zijn, en welke het gas tijdens de vervaardigings-, zuiverings-of afwerkeigenschappen van de samenstellende materialen hebben geabsorbeerd.

30 De waterstof kan ook worden gevormd tengevolge van de even tuele chemische degradatie, welke plaatsvindt door de oxydatie van de organische materialen, waaruit de kabel bestaat, of door de reactie van het water (hetzij in vloeibare toestand, hetzij in damp-toestand) dat eventueel in de kabel aanwezig is, met de metallische 35 onderdelen van de kabel zelf.

rj Γ ' O -Γ- •V ‘fc»' «i* - fi «-* ‘irV —η; <4 * “O-

Bepaalde organische materialen, die bij de vezelbekleding worden gebruikt, kunnen waterstof leveren tengevolge van chemische reacties van verschillende aard. Het is gebleken, dat een waterstofbron wordt gevormd door de beschermende bekledingen zelf, en meer in het bijzonder 5 door het siliconrubber - waarvan , zoals wordt aangenomen, het ver-knopingsproces wat duur betreft wordt verlengd, hetgeen leidt tot het vrijkomen van waterstof aan het oppervlak van de vezel. De verspreiding van de waterstof vindt plaats naar de vezel, evenals naar de buitenzijde daarvan, en veroorzaakt geen waarneembaar verschijnselen bij de 10 geïsoleerde vezel, omdat de waterstof in dit geval in de omgeving wordt gedispergeerd.

Wanneer daarentegen de vezel zich in een afgesloten kabel bevindt, zonder dat voldoende vrije ruimte aanwezig is, kan de waterstof-concentratie betrekkelijk hoge waarden bereiken, welke tot een aanmer-15 kelijke diffusie van de waterstof kunnen leiden - zelfs naar de kabels zelf, ondersteund door het feit, dat de bekleding, waaruit de waterstof wordt gevormd, zeer dichtbij de vezel is gelegen.

De diffusie van de waterstof door de verschillende materialen treedt met een toenemende snelheid op wanneer men gaat vanuit de metalen 20 naar de polymeren, naar de vloeistoffen, naar de gassen. Derhalve treden afhankelijk van het type kabel en de omgeving, waarin de kabel wordt gebruikt, verschillende snelheden van de emissie van de waterstof op, welke door de samenstellende kabelonderdelen wordt gevormd, en derhalve ook verschillende absorptiesnelheden door de kabel van de water-25 stof welke eventueel daarbuiten wordt gevormd, en welke door de omgeving wordt aangevoerd. Van deze verschillende snelheden is de waarde van de partiële druk van de waterstof binnen de kabel afhankelijk, welke een functie van de tijd zal zijn, aangezien hoe groter de druk en hoe langer de duur is, des te hoger het niveau van gevaar voor de vezels 30 zal zijn.

Gegeven de bedrïjfslevensduur van een optische vezelkabel is onder te voorziene temperatuuromstandigheden de diffusiesnelheid van de waterstof via de metalen zo gering, dat metallische mantels met een normale dikte als praktisch impermeabel voor de waterstof kunnen worden 35 beschouwd.

r- m Λ .·> rt » »*.

V - - · · ..

-4-

Meer in het bijzonder zijn de kabels, welke zijn voorzien van metallische mantels, meer in het bijzonder wanneer daarbinnen een kleine ruimte aanwezig is, die kabels, welke in een korte tijd en bij hoge niveaus, een toename van de demping kunnen vertonen, die een gevolg 5 is van de waterstof, welke uit de elementen binnen de mantel wordt vrijgemaakt.

De uitvinding beoogt een optische vezel te verschaffen, welke is beschermd tegen de absorptie van gasvormige waterstof, die in de kabel, waarin zich de vezel bevindt,aanwezig kan zijn.

10 Deze bescherming wordt volgens de uitvinding verkregen door om de buitenste glazen laag van de vezel een of meer bekledingen aan te brengen, die metalen bevatten, welke in staat zijn een combinatie met de waterstof aan te gaan en op deze wijze een barrière in overeenstemming met de bekleding te vormen.

15 De optische vezel volgens de uitvinding met tenminste een be schermende bekleding, is gekenmerkt door het feit, dat de vezel in ten minste een van de beschermende bekledingen een of meer metalen van de groepen III, IV, V, VIII van het periodiek systeem als een beveiliging tegen de absorptie van de gasvormige waterstof door de vezel omvat. 20 Tot die metalen, waarvan is gebleken dat zij bijzonder ge schikt zijn, behoren de volgende: lanthaniden voor groep III, titaan, zirkoon en hafnium voor groep IV; vanadium, niobium en tantaal voor groep V; palladium voor groep VIII, in de vorm van zuivere metalen, de legeringen daarvan of intermetallische verbindingen.

25 In de aanwezigheid van waterstof hebben de bovengenoemde elementen de neiging vaste interstitiele oplossingen te vormen, welke assimileerbaar zijn aan hydriden met een goede stabiliteit, en dit maakt het mogelijk de partiële waterstofdruk in de kabel te reduceren tot waarden, waarbij een evenwicht optreedt met de oplos-30 baarheid van de waterstof in de onderdelen zelf.

Bij voorkeur worden de bovengenoemde elementen aan een thermische behandeling in vacuo bij temperaturen van enige honderden °C onderworpen voordat zij bij de kabelvervaardiging worden gebruikt om eventuele waterstof, welke eventueel zou kunnen zijn geabsorbeerd, 35 en/of de gecombineerde zuurstof te elimineren.

$ 7. Λ ?' * λ « - · - - ‘4 £ -5-

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: fig. 1 schematisch een dwarsdoorsnede van een optische vezel, voorzien van een primaire metallische bekleding; 5 fig. 2 schematisch een dwarsdoorsnede van een optische vezel voorzien van een primaire bekleding; fig. 3 schematisch een dwarsdoorsnede van een optische vezel voorzien van een primaire en een secundaire bekleding; fig. 4 schematisch een dwarsdoorsnede van een optische 10 vezel voorzien van een primaire en een secundaire bekleding, tussen welke bekleding zich een demplaag bevindt; en fig. 5 een schematische dwarsdoorsnede van een optische vezel vein het losse type, dat wil zeggen, waarbij de vezel los binnen een kleine buis is ondergebracht.

15 Onder verwijzing naar fig. 1 omvat een elementaire optische vezel een glazen gedeelte 1 van een willekeurig type - d.w.z. van een "getrapte index", "gegradeerde index" - of een ander type en een primaire bekleding 2 bij dit gedeelte, welke bekleding dient om het gedeelte tegen de omgeving te beveiligen.

20 Bij een eerste uitvoeringsvorm volgens de uitvinding wordt deze bescherming verkregen door een metalliseringslaag, welke bestaat uit een of meer van de genoemde materialen. Deze laag kan een primaire bekleding 2 vormen, welke in de figuur is aangegeven als zijnde in innig contact met de glazen structuur van de optische vezel. Men ver-25 krijgt dan een vezel, waarbij de primaire bekleding van het metallische type is en welke tegelijkertijd een mechanische functie vervult , evenals een beveiliging tegen de absorptie van waterstof door de omgeving om de vezel tijdens het bedrijf.

Bij een (niet afgebeelde) variant wordt de metalliserings-30 laag direct over de gebruikelijke primaire bekleding , bestaande uit een verknoopte kunsthars, aangebracht. Deze constructie karn worden gebruikt wanneer het niet mogelijk of geschikt is de installatie voor het vervaardigen van de vezel te modificeren, waarbij men het aanbrengen van de beschermende bekleding onmiddellijk na het trekken 35 van de optische vezel tot de gewenste afmetingen voorziet.

O K Λ r- Λ Λ «i, -6-

Een andere evenmin afgefaeelde variant voorziet in de toepassing van de gemetalliseerde laag om een van de opeenvolgende bekledingen.

Overeenkomstig een tweede uitvoeringsvorm, welke schematisch is weergegeven in fig. 2, bevat de primaire bekleding 2, welke uit 5 een acrylhars of een ander geschikt materiaal bestaat, een dispersie van de poeders van een of meer van de geciteerde metalen, of de legeringen, of intermetallische verbindingen daarvan. Hierdoor kunnen bij een conventioneel vervaardigingsproces de beschermende eigenschappen tegen de waterstof worden geïncorporeerd.

10 Een derde uitvoeringsvorm (fig. 3) voorziet in het toevoe gen van de metallische poeders aan de bekleding 3, welke de primaire bekleding onmiddellijk omgeeft. Deze bekleding wordt meer in het bijzonder vervaardigd uit siliconrubber en, dit laatste kan, zoals reeds eerder is toegelicht, een bijzonder gevaarlijke waterstofbron worden. De aan-15 wezigheid van de metalen in deze bekleding neutraliseert op een effectieve wijze de waterstof, welke wordt gevormd zelfs voordat deze naar de vezel kan diffunderen.

De schematisch in fig. 4 afgebeelde optische vezel vormt een vierde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waarbij wordt voor-.20 zien in een dispersie van metaalpoeder in de secundaire bekleding 4, welke bijvoorbeeld bestaat uit een nylon of een andere thermoplastische polymeer. Bij de bovenstaande uitvoeringsvormen, hebben de deeltjes, waaruit de poeders bestaan, afmetingen, welke bij voorkeur kleiner zijn dan 10 micron en wordt de hoeveelheid poeder per eenheid 25 van lengte van de optische vezel bepaald met het oog op het verkrijgen van een concentratie, welke is gelegen in het gebied van 0,1-10 phr (delen per 100 hars) in de hars.

Men moet zich voor ogen houden, dat de beschermende functie volgens de uitvinding op verschillende wijzen kan worden verkregen overeen-30 komstig de bekleding waarin de metalen zijn geïncorporeerd. Meer nauwkeurig beschermt de aanwezigheid van een beschermende laag, die zeer dicht bij de optische vezel is gelegen, deze laatste in de eerste plaats tegen de meest binnen gelegen beschermende bekledingen opgewekte waterstof, terwijl een beschermende buitenbekleding (bijvoor-35 beeld op het silicoonrubber) in de eerste plaats een beveiliging vormt tegen de waterstof, welke afkomstig is uit de kabelelementen.

r* P ‘ Λ Λ £ !w ύ υ 1 -7- * <

Met het oog op hetgeen hierboven is vermeid, en andere factoren, welke afhankelijk zijn van de structuur en de voorzienbare bedrijfsomstandigheden van de kabel, kunnen de eerder beschreven verschillende uitvoeringsvormen in een zelfde optische vezel worden gecom-5 bineerd.

Tenslotte vindt men in fig. 5 een verdere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waarbij een optische vezel 1 met een primaire bekleding 2 is ondergebracht in een kleine buis 9 van kunststofmate— riaal, waarvan de binnendiameter groter is dan de buitendiameter 10 van de vezel, en voorzien van de gebruikelijke bekledingen voor het vormen van een optische vezel van het losse type.

Voor dit type vezel, waarbij ook wordt voorzien in bekledingen welke niet-hechtend zijn, kan de bescherming worden verkregen door zowel de bekledingen als die, welke eerder zijn weergegeven als wel 15 door binnen de kleine buis 9 een gel 8 te brengen, welke een dispersie van poeders van de geciteerde metalen of de legeringen of de inter-metallische.verbindingen daarvan bevat.

Als een alternatief, al dan niet gecombineerd met de voorafgaande uitvoeringsvorm, kan het materiaal waaruit de kleine buis be-20 staat, een dispersie van poeders van de geciteerde metalen of van de legeringen of intermetallische verbindingen daarvan bevatten.

85 0 3^2

Claims

1. Optische vezel voorzien van ten minste een beschermende bekleding, met het kenmerk, dat de vezel in tenminste een van de beschermende bekledingen, een of meer metalen van de groepen III, IV, V en VIII van het periodiek systeem als een beveiliging tegen de 5 absorptie van gasvormige waterstof door de vezel omvat.

2. Optische vezel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de metalen respectievelijk zijn: lanthaniden, titaan, zirkoon, hafnium, vanadium, niobium, tantaal, palladium of de legeringen of intermetal-lische verbindingen daarvan.

3. Optische vezel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de beschermende bekleding een metalliseringslaag is, welke de vezel bedekt.

4. Optische vezel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de metalliseringslaag de primaire bekleding onmiddellijk bij de buiten-15 ste glaslaag van de vezel is.

5. Optische vezel volgens conclsuie 3, met het kenmerk, dat de metalliseringslaag zich om een of meer van de beschermende bekledingen van de vezel bevindt.

6. Optische vezel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat 20 de metalen aanwezig zijn in de vorm van poeders, en wel in een of meer van de beschermende bekledingen van de optische vezel.

7. Optische vezel volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de afmetingen van de deeltjes, waaruit de poeders bestaan, kleiner zijn •dan 10 micron en de poeders in voldoende hoeveelheid aanwezig 25 zijn voor het verkrijgen van concentraties, welke zijn gelegen in het gebied van 0,1 - 10 phr in de bekleding zelf.

8. Optische vezel volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de poeders aanwezig zijn in de primaire bekleding van de optische vezel en onmiddellijk bij de buitenste glaslaag van de vezel.

9. Optische vezel volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de poeders aanwezig zijn in een bekleding,welke onmiddellijk naast de primaire bekleding van de optische vezel is gelegen.

10. Optische vezel volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de bekleding uit silicoonrubber bestaat.

11. Optische vezel volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat % h y u 0 ·> ·** -9- * de bekleding een secundaire bekleding is.

12. Optische vezel volgens conclusie 1 of 2, waarbij de vezel van het losse type is, ondergebracht in een kleine buis met een binnendiameter, welke groter is dan de buitendiameter van de van 5 de beschermende bekledingen voorziene vezel, met het kenmerk, dat de metalen in de vorm van poeders aanwezig zijn, welke zijn ge-dispergeerd in een gel, die zich in de kleine buis bevindt.

13. Optische vezel volgens conclusie 1 of 2, waarbij de vezel van het losse type is, ondergebracht in een kleins buis met een inwendige 10 diameter, welke groter is dan de uitwendige diameter van de van hechtende beschermende bekleding voorziene vezel, met het kenmerk, dat de metalen de vorm hebben van poeders, die in de kleine buis zijn gedispergeerd. an' :a j