1. 서론

정보 전송 및 처리에 있어 광섬유 케이블(OFC)은 매우 중요한 역할을 합니다. OFC는 통신 및 텔레매틱스의 고속도로로 여겨지기 때문에 항상 안전한 연결을 보장하는 것이 무엇보다 중요합니다. 하지만 때때로 설치류, 특히 쥐가 쉽게 접근할 수 있는 배관에 OFC가 설치된 경우 OFC의 수명이 위협받을 수 있습니다. 이러한 환경에서는 OFC를 보호해야 합니다. 쥐는 배관에서 출구가 막히면 OFC를 갉아먹거나 공격하는 습성이 있기 때문입니다.

최적의 케이블 설계를 위해 케이블 제조업체는 보강 특성과 설치류 방호 기능을 모두 갖춘 소재를 선호합니다. 또한 광섬유 케이블(OFC)은 유연하고 가벼우며 직경이 작아야 합니다. 절연 OFC 보강재로는 주로 아라미드가 사용되며, E-유리가 그보다 적게 사용됩니다. 아라미드는 탁월한 기계적 및 화학적 특성과 우수한 가공성을 바탕으로 비용 효율이 높고 성능과 장기적인 신뢰성이 뛰어난 OFC를 생산할 수 있어 널리 사용되고 있으며 그 사용량이 빠르게 증가하고 있습니다. 그러나 E-유리와 아라미드가 설치류 방호에 충분한지 여부에 대한 의문이 제기되어 왔습니다. OFC 최종 사용자로부터 명확한 답변을 얻기는 어려웠습니다. 예를 들어 스위스의 OFC 최종 사용자 경험에 따르면, E-유리와 아라미드로 보강된 케이블 모두 쥐에 의해 심하게 손상되어 더 이상 제대로 작동하지 않는 경우가 있었습니다. 설치류 방제 상황을 명확히 하고 절연 OFC 제조업체를 지원하기 위해 당사는 스위스 고객사 중 한 곳과 협력하여 네덜란드의 응용과학 연구기관인 TNO에 의뢰하여 실제 환경에서 여러 유형의 OFC에 대한 설치류 저항성을 테스트하는 연구를 수행하기로 결정했습니다.

2. 실험적

테스트 설정

OFC의 설치류 저항성을 테스트하기 위해 TNO는 본 연구를 위해 특별히 설계된 케이지에 사육된 Sprague Dawley 쥐를 사용했습니다. 이 케이지는 두 구획으로 나뉘어 있었고, 두 구획은 원형 구멍으로 연결되어 있었습니다(그림 1 참조). 한 구획은 밝게, 다른 구획은 어둡게 했습니다. 실험 동안 쥐의 먹이가 있는 어두운 구획으로 들어가는 입구는 테스트용 OFC로 막았습니다. 설치류는 어두운 환경을 선호하기 때문에 대부분의 시간을 어두운 쪽에서 보낼 것입니다. 따라서 쥐가 어두운 구획으로 들어가도록 유도하는 자극은 두 가지였습니다. 실험 기간 동안 쥐들은 물을 자유롭게 섭취할 수 있었습니다. 쥐들이 케이지 환경에 적응한 후 첫 번째 실험을 시작했습니다.

그림 1: 실험용 케이지는 두 개의 구획으로 나뉘어 있습니다.

실험 시작 시, 각 케이지의 조명이 켜진 칸에 쥐 세 마리를 이틀 동안 넣어두었고, 칸막이의 구멍은 실험용 OFC 디자인으로 막았습니다(그림 2 참조). 이 기간이 지난 후, 쥐들을 다른 케이지로 옮겨 4일 동안 두었다가 다시 실험 케이지로 돌려보내 2일 더 두었습니다.

그림 2: 재판 중인 OFC들이 칸막이의 구멍을 막았습니다.

OFC 설계 평가됨

9가지 서로 다른 OFC 디자인을 설치류 저항성 측면에서 평가했습니다. 이 디자인들은 모두 OFC 시장에서 가장 큰 비중을 차지하는 디자인 그룹에 속합니다. OFC는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

1. PE 외피 아래에 아라미드 섬유 또는 E-유리 섬유(함침 여부 무관)를 보강재로 사용하는 표준 OFC 설계(그림 3a~3d).

2. 설치류의 공격에 저항하도록 설계된 특수 OFC(유리섬유 강화 콘크리트) 구조(예: 이중 구조 또는 PA12 또는 골판형 강판 구조)(그림 3e~3i).

그림 3a: 표준 OFC 설계의 단면도. 그림 3b: 표준 OFC 설계의 단면도.

그림 3c: 표준 OFC 설계의 단면도.그림 3d: 표준 OFC 설계의 단면도.

그림 3e: 특수 OFC 설계의 단면도.그림 3f: 특수 OFC 설계의 단면도.

그림 3g: 특수 OFC 설계의 단면도.그림 3h: 특수 OFC 설계의 단면도.

그림 3i: 특수 OFC 설계의 단면도.

3. 결과 및 논의

각각 이틀씩 두 번의 시험 기간 후, 설치류 공격으로 인한 손상 정도를 조사했습니다. 그림 4a부터 4i까지는 시험한 각 케이블 설계에 대한 두 장의 사진을 보여줍니다. 위쪽 사진은 손상이 가장 적은 OFC를, 아래쪽 사진은 손상이 가장 심한 OFC를 보여줍니다. 육안 검사 결과, 9가지 OFC 설계 간의 손상 정도에 분명한 차이가 있음을 알 수 있습니다. 하지만 그림에서 볼 수 있듯이, 골형 강철/아라미드 설계를 제외한 모든 OFC는 장기적인 전송 특성에 영향을 미칠 것으로 예상되는 손상을 입었습니다. PE/함침 E-유리/방수 테이프(그림 4d)와 PE/함침 E-유리 가닥/PE/아라미드(그림 4h) OFC 설계에서도 손상 정도는 덜하지만 유사한 결과가 나타났습니다. 그러나 실제로는 야생 설치류를 대상으로 하기 때문에, 설치류가 덫에 걸렸을 경우 더욱 공격적이고 지속적인 공격을 가할 수 있다는 점을 고려해야 합니다. 따라서 TNO 시험 결과를 바탕으로 판단할 때, 시험된 설계 중 골판형 강철/아라미드 설계만이 쥐에 대한 완벽한 저항성을 가진다는 결론을 내려야 합니다.

OFC의 설치류 저항성은 쇼어 D 경도가 매우 높은 비정질 폴리아미드 또는 폴리아미드 공중합체로 만든 외피를 사용함으로써 향상될 수 있습니다. 따라서 케이블 설계자는 골형 강판(예: 제타본) 또는 비정질 폴리아미드나 폴리아미드 공중합체(예: 그릴라미드)로 만든 외피를 사용하여 OFC의 설치류 저항성을 개선할 것을 권장합니다. 골형 강판을 사용하는 것이 최적의 선택으로 보입니다.

케이블 직경이 광섬유 케이블(OFC)의 설치류 저항성에 영향을 미친다는 점, 즉 특정 직경 이상부터는 설치류 저항성에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다는 점은 흥미로운 주장이며, 추가 연구는 케이블 설계자에게 유익할 수 있습니다.

그림 4a: 시험 후 PE/아라미드 케이블 설계; 직경 13.5mm.

그림 4b: PE/함침 E-유리 케이블 설계 (시험 후); 직경 11.8mm.

그림 4c: 시험 후 PE/E 유리 케이블 설계; 직경 9.5mm.

그림 4d: PE/함침 E-유리/방수 테이프 케이블 설계 (시험 후); 직경 15.5mm.

그림 4e: PE/함침 E-유리/PE/아라미드 케이블 설계 (시험 후); 직경 8.8mm.

그림 4f: PE/아라미드/PE/아라미드 케이블 설계 (시험 후); 직경 21mm.

그림 4g: PE/PA12/아라미드 케이블 설계 (시험 후 확정); 직경 8.5mm.

그림 4h: PE/함침 E-유리 섬유/PE/아라미드 케이블 설계 (시험 후); 직경 15.7mm

그림 4i: 시험 후 PE/골형강/PE/아라미드 케이블 설계, 직경 14.7mm.

4. 결론

시험 결과에 따르면, TNO는 테스트된 OFC 설계 중 골형 강철/아라미드 설계만이 설치류에 대한 완벽한 저항성을 보인다고 결론지었습니다. 다른 모든 설계(E-유리 섬유 강화 또는 아라미드 강화, 또는 PA12 외피 사용)는 설치류의 공격에 충분한 저항력을 보이지 못했습니다. 이 연구는 설치류 저항성이 요구되는 경우 케이블 설계에 특별한 주의를 기울여야 함을 분명히 보여줍니다.