1. מבוא

בכבלים אופטיים (OFC) יש תפקיד מכריע בהעברת ועיבוד מידע. הם נחשבים לכבישים מהירים של טלקומוניקציה וטלמטיקה. לכן, חשוב ביותר שהם יבטיחו חיבורים בטוחים בכל עת. עם זאת, לעיתים, מכרסמים עלולים לאיים על אורך חייו הפעיל של כבל OFC, למשל כאשר כבלים מותקנים בתעלות נגישות בקלות לחולדות. בסביבות כאלה יש להגן על כבלי ה-OFC, מכיוון שלחולדות יש נטייה טבעית לכרסם ולתקוף אותם כאשר יציאתם חסומה בתעלות אלה.

לצורך תכנון כבלים אופטימלי, יצרני כבלים מעדיפים להשתמש בחומר המשלב תכונות חיזוק עם הגנה מפני מכרסמים. הם גם רוצים שה-OFC יהיו גמישים וקלים, ובעלי קוטר קטן. החומרים לחיזוק OFC דיאלקטריים הם בעיקר ארמיד וזכוכית אלקטרונית במידה פחותה. השימוש בארמיד פופולרי מאוד וגדל במהירות בשל שילובו חסר תקדים של תכונות מכניות וכימיות ותכונות העיבוד הטובות שלו, וכתוצאה מכך OFC חסכוני מאוד עם ביצועים מצוינים ואמינות לטווח ארוך. עם זאת, השאלה האם זכוכית אלקטרונית וארמיד מבטיחים הגנה מספקת מפני מכרסמים הועלתה לעתים קרובות. היה קשה לקבל תשובה ברורה ממשתמשי הקצה של OFC. החוויות של משתמשי הקצה של OFC בשוויץ, למשל, הראו שבמקרים מסוימים, גם כבלים מחוזקים בארמיד וגם כבלים מחוזקים בארמיד ניזוקו קשות כל כך על ידי חולדות עד שלא תפקדו עוד כראוי. כדי להבהיר את המצב בנוגע להגנה על מכרסמים ולתמוך ביצרני שבבי ה-OFC הדיאלקטריים, החלטנו, בשיתוף פעולה עם אחד מלקוחותינו השוויצריים, להזמין מכון מחקר עצמאי, TNO (ארגון הולנדי למחקר מדעי יישומי), כדי לבצע מחקר בתנאים מעשיים לבדיקת עמידותם של מספר סוגים של שבבי ה-OFC למכרסמים.

2. ניסיוני

הגדרת בדיקה

כדי לבחון את עמידותם של חלבוני ה-OFC למכרסמים, TNO השתמשה בחולדות ספראג דאולי ששוכנו בכלובים שתוכננו במיוחד למחקר זה. כלובים אלה חולקו לשני תאים באמצעות מחיצה עם חור עגול לחיבור שני התאים (ראה איור 1). תא אחד הואר והשני החשוך. במהלך הניסויים, הכניסה לתא החשוך, שבו נמצא מזונן של החולדות, נחסמה על ידי חלבוני ה-OFC שנבדקו. מכיוון שמכרסמים מעדיפים סביבה חשוכה, הם יבלו את רוב זמנם בצד החשוך. לכן, היו שני גירויים עבור החולדות להיכנס לתא החשוך. במהלך כל תקופת הניסוי הייתה לחולדות גישה חופשית למים. לאחר שהחולדות התרגלו לתנאים בכלובים, החלו הניסויים הראשונים.

איור 1: כלוב הבדיקה מחולק לשני תאים.

בתחילת הניסויים, שלוש חולדות שוכנו בתאים המוארים של כל כלוב במשך יומיים לאחר מכן, בעוד שהחור במחיצה נחסם על ידי עיצוב ה-OFC בניסוי (ראה איור 2). לאחר תקופה זו החולדות הועברו לכלובים אחרים למשך ארבעה ימים ולאחר מכן הוחזרו לכלובי הניסוי למשך יומיים נוספים.

איור 2: חור במחיצה נחסם על ידי קוביד-19 במשפט.

עיצובי OFC הוערכו

תשעה עיצובים שונים של OFC הוערכו לעמידות בפני מכרסמים. עיצובים אלה הם כולם חלק מקבוצת העיצובים המהווים את החלק הגדול ביותר משוק ה-OFC. ניתן לחלק את ה-OFC לשתי קטגוריות:

1. תכנוני OFC סטנדרטיים המשתמשים בחוט ארמיד או זכוכית אלקטרונית (עם או בלי הספגה) כחומר חיזוק מתחת למעטפת החיצונית של PE (איורים 3א' עד 3ד').

2. תכנוני OFC מיוחדים לעמידות בפני התקפות מכרסמים, לדוגמה מבנים דו-שכבתיים או מבנים עם PA12 או פלדה גלית (איורים 3e עד 3i).

איור 3א: חתך רוחב של עיצוב OFC סטנדרטי. איור 3ב: חתך רוחב של עיצוב OFC סטנדרטי.

איור 3c: חתך רוחב של עיצוב OFC סטנדרטי.איור 3ד: חתך רוחב של עיצוב OFC סטנדרטי.

איור 3e: חתך רוחב של עיצוב OFC מיוחד.איור 3f: חתך רוחב של עיצוב OFC מיוחד.

איור 3g: חתך רוחב של עיצוב OFC מיוחד.איור 3h: חתך רוחב של עיצוב OFC מיוחד.

איור 3i: חתך רוחב של עיצוב OFC מיוחד.

3. תוצאות ודיון

לאחר שתי תקופות בדיקה, כל אחת בת יומיים, נבדק הנזק שנגרם כתוצאה מהתקפות מכרסמים. באיורים 4a עד 4i תראו שתי תמונות של כל אחד מעיצובי הכבלים שנבדקו; התמונה העליונה מציגה את הכבל הפגוע ביותר והתחתונה מציגה את הכבל הפגוע ביותר. תוצאות הבדיקה המקרוסקופית של הכבלים מראות בבירור הבדלים בנזק בין תשעת עיצובי הכבלים הפגועים. אך כפי שניתן לראות בתמונות, כל הכבלים הפגועים - למעט עיצוב הפלדה הגלית/ארמיד - ניזוקו באופן שניתן לצפות שתכונות ההעברה לטווח ארוך יושפעו. זה נכון גם לגבי עיצובי הכבלים הפגועים PE/זכוכית אלקטרונית ספוגה/סרט חסימת מים (איור 4d) ו-PE/גדילי זכוכית אלקטרונית ספוגים/PE/ארמיד (איור 4h), אם כי עיצובים אלה מראים נזק פחות חמור. בפועל, עם זאת, מתמודדים עם מכרסמים לא ביתיים, שיכולים לכלול התקפות אגרסיביות ומתמשכות יותר במקרה של לכידת המכרסם. לכן, על סמך תוצאות בדיקת TNO, המסקנה היא שמתוך העיצובים שנבדקו, רק העיצוב מפלדה גלית/ארמיד עמיד לחלוטין בפני מכרסמים.

ניתן לשפר את עמידות ה-OFC למכרסמים גם על ידי שימוש במעטפות חיצוניות העשויות מפוליאמיד אמורפי או קופולימרים פוליאמיד בעלי קשיות Shore D גבוהה מאוד. לכן, אנו מציעים למתכנני כבלים לשפר את עמידות ה-OFC למכרסמים על ידי שימוש בפלדה גלית (למשל Zetabon) או מעטפות העשויות מקופולימרים פוליאמיד או פוליאמיד אמורפיים (למשל Grilamid). נראה כי השימוש בפלדה גלית הוא הבחירה האופטימלית.

ההצעה שקוטר הכבל משפיע על עמידות המכרסמים של מעגל מודפס (OFC) - באופן שקוטר כבל מסוים ואילך עשויה להתרחש השפעה חיובית על עמידות המכרסמים - היא מעניינת ומחקר נוסף עשוי להיות כדאי עבור מתכנני כבלים.

איור 4א: תכנון כבל PE/ארמיד לאחר ניסיון; קוטר 13.5 מ"מ.

איור 4ב: כבל PE/E-glass ספוג לאחר ניסיון; קוטר 11.8 מ"מ.

איור 4c: תכנון כבל זכוכית PE/E לאחר ניסיון; קוטר 9.5 מ"מ.

איור 4ד: כבל עשוי PE/זכוכית E ספוגה/סרט אטום למים לאחר ניסיון; קוטר 15.5 מ"מ.

איור 4e: כבל PE/E-glass/PE/ארמיד ספוג לאחר ניסיון; קוטר 8.8 מ"מ.

איור 4f: תכנון כבל PE/ארמיד/PE/ארמיד לאחר ניסיון; קוטר 21 מ"מ.

איור 4g: תכנון כבל PE/PA12/ארמיד לאחר ניסיון; קוטר 8.5 מ"מ.

איור 4h: כבל PE/גדילי זכוכית אלקטרונית ספוגים/PE/ארמיד לאחר ניסיון; קוטר 15.7 מ"מ

איור 4i: תכנון כבל PE/פלדה גלית/PE/ארמיד לאחר ניסיון; קוטר 14.7 מ"מ.

4. סיכום

על סמך תוצאות הניסויים, TNO הגיעה למסקנה שמתוך תכנוני ה-OFC שנבדקו, רק תכנון הפלדה הגלית/ארמיד עמיד לחלוטין בפני מכרסמים. כל שאר התכנונים (מחוזקים בזכוכית אלקטרונית עם או בלי הספגה או ארמיד, או עם מעטפת PA12) לא עמדו מספיק בפני התקפות מכרסמים. המחקר מדגים בבירור שאם נדרשת עמידות למכרסמים, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לתכנון הכבלים.