NO854583L - Forbedringer ved kabler. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører vannblokkerende blandinger, foreksempel for anvendelse i kabler, og til anordninger for fremstillingen og anvendelsen av slike blandinger.

Vannblokkerende blandinger anvendes vanligvis i telekommunikasjonskabler for å hindre inntregning av fuktighet. Disse blandinger er vanligvis høy-viskose ved romtemperatur og krever oppvarming før anvendelse på en kabel. Da store kabler har en høy termal masse er det vanligvis ikke mulig å påføre det vannblokkerende materiale i et enkelt arbeidstrinn. Typisk anvendes materiale på individuelle isolerte ledere eller fibre, eller til grupper av slike komponenter, hvilke deretter buntes og overtrekkes for å danne den ferdige kabel. Fremstillingen av kabelen kunne selvfølge-lig forbedres sterkt hvis påføringen av den vannblokkerende blanding kunne utføres i et enkelt arbeidstrinn på den buntede kabel. Konvensjonelle varmfyllingsfremgangsmåter har en rekke iboende ulemper. Særlig volumforandringen i den følgende avkjøling kan resultere i tilstrekkelige kontraksjoner for å innføre hulrom i kabelen. Videre kan de høye temperaturer som er nødvendig degradere isoleringen som er påført kabelkomponenten. En ytterligere ulempe ved en slik fremgangsmåte er at det blokkerende materiale kan renne bort fra kabelen under høy-temperaturbetingelsene som anvendes. I et forsøk på å overkomme dette problem har det vært utviklet kabelfyllstoffer med tiksotropiske egenskaper. Disse materialer kan pumpes ved romtemperatur og inneholder en mineralolje sammen med et silika gelatiseringsmiddel.

En slik blanding er beskrevet i søkers UK patent nr. 1.399. 350. Mens slike blandinger reduserer ulempene ved kabel-oppfyllingsteknikkene er de uegnet for optiske kabler da deres virkning ved lave temperaturer er dårlig. Ved lave arbeidstemperaturer tykner slike geleer betraktelig og bøy-ing av kabelen kan da medføre for stor belastning på fiber-bestanddelene. Det har vært forsøkt å komme forbi dette problem ved å anvende lav-viskositetsmineraloljer, men dette resulterer i dårlige høy-temperaturegenskaper. Materialet virker da ikke som egnet buffer-medium for fibrene

og kan også lekke fra kabelen.

Hensikt med foreliggende oppfinnelse er å minimere eller å fjerne disse ulemper.

I henhold til et aspekt av oppfinnelsen frembringes en vannblokkerende blanding for en kabel, hvilken blanding er hydrofob og har tiksotropiske egenskaper slik at viskositeten til blandingen kan reduseres temporært ved mekanisk omrøring eller bearbeiding (shearing), hvilken blanding inkluderer en basevæske bestående av en syntetisk olje eller en blanding av syntetiske og mineraloljer og et tiksotropisk middel bestående av en hydrofob kiesel, bentonitt eller blandinger derav.

I henhold til et annet aspekt av oppfinnelsen frembringes en anordning for vannblokkering av en kabel med et tiksotropisk hydrofobt materiale, hvilken anordning omfatter utstyr for mekanisk omrøring av materialet, og utstyr for injeksjon av det rørte material inn i kabelen.

I henhold til et annet aspekt av oppfinnelsen frembringes en applikator for påføring av et tiskotropisk vannblokkerende materiale til en ikke-bekledd kabel, hvilken anordning omfatter et avlangt rørformet kammer gjennom hvilket ved bruk kablene mates, utstyr for tilførsel av blandingen under trykk til nevnte kammer hvorved kabelen fylles med en blanding, et første par forseglinger hvilke frembringer en avstegning mellom kabelen og kammeret, ved hvilken avsteng-ning væsketrykket opprettholdes i kammeret, et annet par med forseglinger som definerer sammen med nevnte første par sekundære kammere en i hver ende av det rørformede kammer, og utstyr for fjerning av overskytende materiale fra de sekundære kammere.

Materialene beskrevet heri utviser tiksotropiske egenskaper over et vidt temperaturområde som omfatter romtemperatur. Særlig bibeholder materialene sine fleksible egenskaper og stivner ikke ved så lave arbeidstemperaturer som -55^C. Slik kan et enkelt vannblokkerende materiale anvendes for arktiske, tempererte og tropiske formål.

Det kunne tenkes at de hydrofobe egenskaper til grunnvæsken ville tillate anvendelse av en hydrofil kiesel, foreksempel av den art som har vært anvendt som det tiksotropiske middel i smørefett og smøreoljer. Overraskende er det nå funnet at selv om grunnvæsken selv er hydrofob er det avgjør-ende å anvende en hydrofob kiesel for blandingene beskrevet heri. Det har vært funnet at blandinger som inneholder ikke-hydrofobe kiesel er ustabile i nærvær av fuktighet, da vannet bindes til kieseloverflaten og forårsaker adskill-else av kieselen fra oljen.

Typisk gjøres kieselen hydrofob ved behandling av overflat-en til hver partikkel med siloksan. Dette frembringer et stabilt bånd til oljene som foreligger i grunnvæsken. Det antas at siloksanen virker som bindemiddel.

Virkningen til den syntetiske olje i blandingen er å utvide temperaturområdet, og særlig det lave temperaturområdet til materialet. Økning av andel av syntetiske oljer i grunnvæsken senker den minimale arbeidstemperatur til blandingen. Det har vært funnet at den syntetiske olje er fullt foren-lig med de tiksotropiske midler som anvendes heri. Det vil være klart for de som er øvet i faget at det kan være van-skelig å frembringe forenlighet mellom en grunnvæske og et tiksotropisk tykningsmiddel, særlig når en rekke grunn-væskeblandinger anvendes.

Utførelsesformer av oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til de vedlagte tegninger hvori: Fig. 1 skjematisk viser en anordning for fremstilling av det vannblokkerende materiale posjonsvis; Fig. 2 viser en anordning for fremstilling av materialet med en kontinuerlig prosess; Fig. 3 viser en anordning for påførsel av det vannblokkerende materiale til en kabel; Fig. 4 viser et delesnitt av injektorhodet til påførsels-anordningen til fig. 3, og

Fig. 5 viser et alternativt injektorhode.

De vannblokkerende blandinger omfatter en syntetisk hydro-karbonbasert væske som kan inneholde et anti-oksiderende middel av samme type som det som anvendes i isolasjonen av en kabel som skal fylles. Denne grunnvæske tyknes til en gele ved tilsetning av et tykningsmiddel bestående av foreksempel en hydrofob kvalitet av pyrogen kiesel eller bentonitt eller blandinger derav. Det har vært funnet at slike blandinger har en gele-struktur, hvilken kan nedbryt-es temporært ved mekanisk påvirkning, foreksempel ved om-røring, slik at en betraktelig reduksjon av viskositeten til oppfinnelsen oppnås. Når i ro regenererer strukturen seg og de opprinnelige gele-egenskaper gjenvinnes.

En anordning for fremstilling av det vannblokkerende materiale er illustrert på fig. 1 i de vedlagte tegninger. Oljekomponenten som danner grunnvæsken tilføres fra oppbe-varingstanker (ikke vist) til en blandingstank 11 hvori væsken utsettes for høyskjærkraft ved en temperatur som ikke overstiger 130^C i tilstrekkelig lang tid for å frembringe en homogen væske. Væsken overføres til en plogskjær blande-anordning 12, typisk ved en temperatur som ikke overstiger 80^C, og blandes med deønskede tilsetningsstoffer. Våkum påfølges deretter til plogskjær blande-anordningen 12 og et geledannende pulver, foreksempel kisel eller bentonitt tilsettes gjennom innførselsåpningen 13. Våkum opprettholdes i løpet av blandingen for å lette av-gassingen. Når ytterligere avgassing er nødvendig, over-føres blandingen slik dannet til en avgasser 14 og deretter til en høytrykks homogeniserings-anordning 15. Denne ut-vikler de nødvendige tiksotropiske gele-egenskaper til materialet ved grundig dispergering av de pulverformige fortykningsstoffer. Homogenisereren kan erstattes av en colloid mølle eller kulemølle. Til slutt overføres det ferdige materiale fra homogenisereren til en lagringstank 16.

En anordning for kontinuerlig fremstilling av det vannblokkerende materiale er vist på fig. 2. Grunnvæskekompo-nentene tilføres fra lagringstankene 21, 22 via en statisk blander 23 til en varmeutveksler 24 i hvilken temperaturen ikke overskrider 130^C. Tilsetningsstoffer tilføres via et første sideveis innførselsrør 25 og dispergeres i en andre statisk blander 26. Fortykningsmiddelet skruemates via et andre sideveis innførselsrør 27 og blandingen føres gjennom en tredje statisk blandeanordning 28 til en homo-geniser ingsanordning 29 i hvilken høye skjasrkrefter på-føres for å dispergere fortykningsstoffene for slik å på-føre de tiksotropiske gele-egenskaper til materialet. Det homogeniserte materialet overføres deretter via en avgassingsanordning 30 til en lagringstank 31.

Typisk består grunnvæsken av en syntetisk olje eller blandinger av en syntetisk olje og en mineralolje. Fortrinnsvis utgjør den syntetiske olje minst 10% av blandingen. Mengd-en av syntetisk olje i blandingen bestemmer arbeidstempe-raturområdet. For høy-kvalitets anvendelser som for optiske kabelfyllinger bør grunnvæsken bestå hovedsaklig av en syntetisk olje. Til 100 vekt-deler av denne grunnvæske tilsettes 5 til 20 deler av en hydrofob (avgasset) kiesel eller 2 til 10 deler av bentonitt eller ekvivalente blandinger derav og fortrinnsvis opp til 2 deler av et polariseringsmiddel, foreksempel propylenkarbonat og opp til 1 del av et anti-oksiderende middel/stabiliserer. Det er fordelaktig hvis materialet inneholder opp til 10% og fortrinnsvis ikke mer enn 5% av en polymer dielektrisk stabi-liserer for hvilket formål det fortrinnsvis anvendes fin- fordelt PTFE. Fortrinnsvis består fortrykningsstoffene av 10 til 17 deler av silika basert på vekten av grunnvæsken Ved noen anvendelser kan fortykningsstoffet bestå av 5 til 10 deler og fortrinnsvis 4 til 7 deler i vekt av bentonitt.

Typisk består den syntetiske olje av et poly- o<-olefin, foreksempel "SYNFLUID" fremstilt av "Gulf Oil Chemicals Company". Denne har en viskositet på 8 centistokes ved lOO^C. Andre syntetiske oljer kan naturligvis anvendes. Foreksempel kan ved noen anvendelser den syntetiske olje bestå av en silikonolje.

Et spesielt fordelaktig materiale har den følgende sammen-setning, i vektdeler:

Materialet ble etter blanding og homogenisering som beskrevet ovenfor, behandlet i en rekke standardprosedyrer for kabelfyllstoffer. Resultatene er oppført i tabell 1 nedenfor. Samtidig med måling av disse egenskaper har forenlighets-forsøk vært utført i kombinasjon med vanlig brukt kabel-materialer.

Manualformede prøvestykker i hnehold til BS 2782, metode 320A ble fremstilt fra et typisk MDPE og HDPE (medium tett-het polyetylen og høy-tetthet polyetylen) isoleringspolymer og neddykket i fylleblandingen i 1.4 dager ved 70^C. Det ble også fremstilt manualformede prøvestykker fra en nylon 12 som er meget brukt som sekundært overtrekk på optiske fibere. Den resulterende absorbsjon av blandingen ved polymere ble bestemt sammen med dens effekt på polymer-strekk-egenskapene. Tabell 2 viser resultatene av disse forsøk. Oksidativ induksjonstid (OIT) ble bestemt på 0,5/0,9 mm ekstrudert isolering under anvendelse av forsøksfremgangs-måten gitt i seksjon 3.10 av REA beskrivelse PE-39. Denne krever at isoleringen behandles i fyllstoffet i 8 timer ved 68°C forut for en differensiell scanning kalorimetri (DSC) måling av OIT på en prøve i en kobberpanne ved 199^C under anvendelse i dette tilfelle av en DuPont 1090 Thermal analysator. Typiske resultater er oppført i tabell 3 nedenfor.

Resistens mot termal aldring av MDPE og HDPE isoleringen etter neddykking i fyllstoffet ble bestemt under anvendelse av forsøksmetoden beskrevet i Appendix E av British Telecom beskrivelse M142. Denne medfører neddykking av den isolerte (0,5/0,9 mm) i fyllstoffet i 14 dager ved 60°C forut for ovnaldring ved 105 C, i dette tilfelle i et tids-rom på 1000 timer. Forsøket "wrap test" som beskrevet i M142 ble deretter utført på den aldrede isolering. Det ble ikke vist tegn til oppbryting av polymeret.

Reologiske forsøk har også vært utført på disse materialer. Resultatene av disse forsøk bekrefter også at viskositeten er relativt uavhengig av temperaturen. Da viskositeten til de vannblokkerende materialene temporært kan reduseres ved mekanisk bearbeiding, er materialene særlig egnet for fylling av telekommunikasjon eller kraftkabler ved romtemperatur. Videre da materialet har samme temperatur som kabelen påvirker den termale masse til kabelen ikke påfyllingspro-sessen og det er mulig å fylle store kabler i et enkelt arbeidstrinn. En anordning for dette formål er vist på figurene 3 og 4 på de vedlagte tegninger. På figur 3 til-føres det vannblokkerende materialet fra en lagringstromme 41 via en pumpe 42 vanligvis en fortrengnings-stempelpumpe til en in line homogeniserer eller colloid mølle 33. Møll-en utøver tilstrekkelig skjærspenning for å nedbryte gel-strukturen og slik redusere viskositeten til materialet hvilket deretter mates, fortrinnsvis via en avgassingsenhet 34 til et applikatorhode 35 for injeksjon inn i kabelen.

Hodet vises detaljert på figur 4 og var tilpasset for å motta en ubelagt kabel 36 som skal fylles. Det blokkerende materiale tilføres under trykk via et innførselrør 37 til et første trykk-kammer 38. Dette kammer er lukket med forseglinger 39, 40 gjennom hvilke kabelen 36 mates. Et annet par forseglinger 61, 62 definerer respektivt sekundære eller lavtrykkskammere 43, 44, hver av hvilke har et utløp 45, 46 ved hvilket overskudd eller ubenyttet blokkerende materiale føres tilbake via røret 47 til lagringstrommen.

En rekke modifikasjoner av anordningen på figur 3 og 4 kan forestilles. Hvis det foreksempel anordnes en pumpe som frembringer tilstrekkelige skjærkrefter er homogenisereren ikke nødvendig. Avgassingsanordningen kan også plasseres i den tilbakeførende matelinjen til lagringstanken.

Når kabelen er fylt tilbakedannes gel-strukturen raskt og det frembringes en permanent vannblokkering. Da gel-egen-skapene utøves over et vidt temperaturområde, kan den fylte kabel anvendes i arktiske, tempererte eller tropiske formål .

Et alternativt applikatorhode er vist på figur 5. Hodet omfatter et rørformet kammer 51 utstyrt med en rekke ring-formede forseglinger 52 gjennom hvilke kabelen 36 føres. Forseglingene lukkes tett på kabelen og opprettholder slik væsketrykket i den sentrale del av kammeret 61. Det vannblokkerende materiale tilføres til kammeret 51 via innførs-elen 53 og overskytende materiale føres tilbake via utførs- elsanordningen 54 som er plassert mellom det ytre par forseglinger 52.

Kammeret 51 har en noe større diameter enn kabelen 36 slik at når kabelen dras gjennom fyllekammeret påføres en høy skjærkraft til det tilstøtende vannblokkerende materiale hvorved dets gelstruktur brytes og ned og dets viskositet senkes. Dette gjør det da mulig for materialet å tvinge gjennom kabelen. Fortrinnsvis føres overskytende materiale gjennom en avgassingsanordning før det føres tilbake til lagringstanken.

Når applikatorhodet av figur 5 anvendes er det ikke nød-vendig å bryte ned gelen før påføring på kabelen. Materialet kan pumpes som en gel inn i applikatoren hvor dets viskositet reduseres ved skjærkreftene som oppstår på grunn av den bevegende kabel. Fortrinnsvis anordnes fylleanordn-ingen sammen med en plastekstruder. Typisk anvendes tekn-ikkene beskrevet heri med telekommunikasjonskabler, men de kan naturligvis også anvendes på kraftkabler. Forbind-elsene er spesielt egnet for bruk i optiske fiberkabler, foreksempel av den oppspaltede kjernetype eller som skjøte-fyllstoff.

Claims (8)

1. En vannblokkerende blanding for en kabel,karakterisert vedat blandingen er hydrofob og har tiksotropiske egenskaper slik at viskositeten til blandingen temporært kan reduseres ved mekanisk behandling, hvilken blanding omfatter en grunnvæske bestående av en syntetisk olje eller en blanding av syntetiske og mineraloljer, og et tiksotropisk middel bestående av hydrofob kiesel eller bentonitt eller blandinger derav.

2. En vannblokkerende blanding i henhold til krav 1,karakterisert vedat den syntetiske olje utgjør fra 50% til 100% av grunnvæsken.

3. En vannblokkerende blanding i henhold til krav 1 eller 2,karakterisert vedden syntetiske olje er en poly-o(-olefin, en silikonolje eller blandinger derav.

4. En vannblokkerende blanding i henhold til et av foregående krav, karakterisert vedat den inneholder fra 5 til 20 vekt-deler, mer foretrukket fra 10 til 17 vekt-deler av hydrofob kiesel for 100 vekt-deler av grunnvæsken.

5. En vannblokkerende blanding i henhold til et av foregående krav, karakterisert vedat den inneholder fra 2 til 10 vekt-deler bentonitt for 100 vekt-deler av grunnvæsken .

6. En vannblokkerende blanding i henhold til et av foregående krav, karakterisert vedden inneholder et polariseringsmiddel, eksempelvis propylenkarbonat.

7. En vannblokkerende blanding i henhold til et av fore gående krav, karakterisert vedat det inneholder pulverisert PTFE.

8. Anvendelse av blandingen i henhold til et av foregående krav for fylling av en kabel, særlig en optisk fiberkabel. I