吸水膨胀材料有膨胀油膏、阻水带、阻水绳、阻水纱。其阻水作用是通过遇水膨胀来实现的。可以将高吸水材料加到油膏或粘在无纺布上。阻水带是用粘接剂将吸水树脂附在两层聚酯纤维无纺布中间构成的带状材料。当渗入光缆中的水与阻水带中的吸水树脂相接触时,吸水树脂就迅速吸收渗入水,其自身体积迅速膨胀数百倍甚至上千倍,膨胀体积充满光缆间隙,从而阻止水进一步在光缆纵向和径向流动,达到阻水目的。还可以制成干式光缆,在很大程度上改善光缆施工时接续及维护工作条件,提高工作效率。
膨胀物质是吸水树脂,有天然的,也有合成的。主要有三类:以纤维素为基的衍生物、丙烯酰胺、聚丙烯酸酯。主要是聚丙烯酸盐。
对它们的主要要求是耐热,遇水迅速膨胀成高黏性凝胶且在高温下亦有长期的凝胶稳定性、没有粉末问题、无生物降解、不产生腐蚀等。阻水带除应具有良好的阻水性能和化学稳定性外,我们最关注的是阻水带在一定的时间内的吸水速率,另外阻水带还必须有良好的热稳定性,能承受成缆时瞬时高温,还应有良好的机械强度。
吸水树脂实际上就是交联的水溶性高分子化合物,最主要的水溶性化合物有聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等。在这些材料的分子内含有大量的亲水基团,与水短时间接触就会吸水膨胀,可以吸收自重成百倍甚至成千倍的水,且有较好的保水性。以适度交联的聚丙烯酸钠吸水树脂为例。聚丙烯酸钠是以丙三醇作为交联剂形成的树脂,其结构如下:
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当水与交联聚丙烯酸钠接触时,水分子进入网链结构中,而固定在高分子羧基上的(-COO-)上Na+与水接触而离开高分子链,因而分子链上带有众多负电荷。由于同种离子相斥力的作用,高分子链伸展开来(溶胀)。由于水分子呈极性,与分子链上负电荷有强烈的亲和作用,使水牢固的吸附在网链中,加上高分子网链结构弹性,使其膨胀吸附大量的水分子,形成水凝胶。因为凝胶是电中性的,Na+不能自由地迁多到凝胶外面去。聚丙烯酸钠是聚合物电解质,在水溶液中可电离出正负离子,特别的是O-离子与聚合物链相连(见图10-8)。
图10-8 聚丙烯酸钠吸水树脂的溶胀机理示意图
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