Je leest:

Droge kabels

Droge kabels

Auteur: | 1 oktober 2001

Aramide garens zijn sterk en stijf, ze roesten niet, geleiden geen stroom en zijn sterker dan staal. Door een speciale behandeling verkrijgen ze bovendien water-blokkerende eigenschappen.

Aramide-garens zijn sterk en stijf. In vergelijking met staal roest aramide niet, geleidt geen stroom en is op gewichtsbasis vijf keer zo sterk. Para-aramide garen is door Akzo Nobel ontwikkeld en wordt nu door Teijin Twaron bv onder de handelsnaam Twaron® op de markt gebracht. De chemische naam is poly-(para-fenyleentereftaalamide). Over het product en zijn vervaardiging voerden Akzo en DuPont een langdurige en kostbare patentstrijd, die min of meer onbeslist eindigde. De handelsnaam van DuPont is Kevlar.

Figuur 1: Bron: S. Willemsen.

Door zijn bijzondere eigenschappen is aramide garen geschikt als versterking voor rubber (transportbanden, V-snaren, autobanden, koelslangen) en kunststoffen (vliegtuigonderdelen, containers, pijpen). Daarnaast wordt aramide gebruikt voor speciale weefsels (kogelwerende vesten, hitte-beschermende kleding), kabels (trossen, hijs- en sleepkabels) en als vervanging van asbest (remvoeringen, koppelingsplaten).

Optische kabels

De laatste jaren is het gebruik van p-aramide garen als versterking in optische kabels toegenomen. Optische kabels bevatten één of meer glasvezels. Deze bevinden zich in kunststofbuisjes die gespiraliseerd zijn om de kabelkern. Door gebruik te maken van lichtsignalen kunnen ze grote hoeveelheden digitale informatie over lange afstanden transporteren. Glasvezel is echter kwetsbaar. Optische kabels worden om economische redenen veelal geïnstalleerd in bestaande hoogspanningsnetten (fig. 1).

Deze kabels zijn door hun eigen gewicht, wind en ijsafzetting voortdurend aan belasting onderhevig. Daarnaast zijn er optische kabels voor toepassing onder de grond. Dit kabeltype wordt door een (pijp)leiding, goot of rioleringsbuis getrokken. Om te voorkomen dat de glasvezels breken, wordt de optische kabel door de fabrikant bij voorkeur met p-aramide garens versterkt. Hierbij bevinden de garens zich meestal vlak onder de buitenmantel (fig. 2). De optische kabel wordt zo geconstrueerd dat de kracht geheel op de garens wordt overgedragen.

Figuur 2: Optische kabel met aramide garen versterkt. Bron: S. Willemsen.

Beschadigingen

Het gebruik van aramide kent een nadeel. In de praktijk komt het wel eens voor dat de kabelbuitenmantel wordt beschadigd. Dit kan gebeuren bij de installatie, door hagelschoten op vogels die op de kabel zitten of vraatzucht van knaagdieren. Dan kan regen- of grondwater in contact komen met het garen. Als aramide bevochtigd wordt, werkt het als een lont en zuigt water vele meters de kabel in.

Hierdoor neemt niet alleen het gewicht toe, maar kan ook de informatieoverdracht worden belemmerd. Bij vorst kan de kabel zelfs barsten en breken. Door indringing van water wordt de levensduur van een optische kabel, dertig jaar, belangrijk verkort

Om het binnendringen van water te voorkomen, maken kabelfabrikanten gebruik van hulpmiddelen als petroleumgel, speciale tapes of superabsorberende poeders. Deze moeten in een extra processtap aangebracht worden en voldoen niet helemaal.

Waterdicht

Daarom is een speciaal water-blokkerend Twaron® garen ontwikkeld dat de optische kabel volledig waterdicht maakt. Voor de vervaardiging wordt gebruik gemaakt van een superabsorber-houdende water-in-olie emulsie.

Deze wordt gemaakt door in een vluchtige olie een waterige oplossing van acrylzuur(deels geneutraliseerd), acrylamide en een katalysator te emulgeren. De waterige oplossing wordt hierbij in kleine deeltjes in de olie verdeeld. Vervolgens worden de in water opgeloste verbindingen door verwarming of straling gepolymeriseerd. Hierdoor ontstaat een superabsorber die is opgesloten in waterdeeltjes. Dergelijke emulsies worden gebruikt als verdikkingsmiddel of vlokkingsmiddel. De emulsie kan tot 70% superabsorber bevatten en is dun vloeibaar.

Figuur 3: Microscopische opnamen (ESEM) van aramide garenfilamenten: A = onbehandeld, B = met superabsorberende coating, C = (gedeeltelijk) gezwollen coating na bevochtiging. Bron: S. Willemsen.

Coating

In de geclaimde werkwijze van het octrooi worden p-aramide garens met een superabsorber- houdende water-in-olie emulsie behandeld en ondergaan aansluitend een warmtebehandeling. Het water en de olie van het garen verdampen. Op de garens blijft de superabsorber als een coating (circa twee procent) achter. De coating beïnvloedt de breuksterkte en de stijfheid van het garen niet. Een superabsorber is in staat om vele malen zijn eigen gewicht in water op te nemen, deze onder druk vast te houden en niet op te lossen in het water. Als water in aanraking komt met het gecoate p-aramide garen, zal de superabsorber direct opzwellen en de ruimtes tussen de filamenten en in de optische kabel met een gel afdichten (fig. 3). Hiermee wordt verder binnendringen van water in de kabel voorkomen.

De afdichtende werking van water-blokkerend Twaron® kan zichtbaar gemaakt worden in een testopstelling waarbij een PVC-buisje gevuld met garen wordt belast met een waterkolom (met blauwe kleurstof) van 1 meter. Het gevulde buisje laat gedurende vele maanden geen druppel water door (fig. 4). Indien het buisje wordt gevuld met onbehandeld p-aramide garen dan verschijnt reeds na 30 seconden de eerste waterdruppel aan het uiteinde.

Figuur 4: Laboratoriumtestopstelling. Bron: S. Willemsen.

Zie ook:

Literatuur:

  • L. Vollbracht, Chapter 22 in D. Allen (ed.) Comprehensive Polymer Science Vol. 5, Pergamon Press, Oxford (1989).
  • A. Moscovici, Insulation, electric, in Kirk- Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Vol 14 (1995) pp. 627-647
Dijken
KNAW

Dit artikel is afkomstig uit het boek Chemie achter de dijken, een gezamenlijke uitgave van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) en de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging (KNCV). Het werd in 2001 uitgegeven ter herdenking van het feit dat de Nederlander Jacobus Henricus Van ‘t Hoff honderd jaar eerder in 1901 de allereerste Nobelprijs voor de scheikunde won. Chemie achter de dijken belicht Nederlandse uitvindingen en ontdekkingen op chemisch gebied sinds 1901. In zo’n zeventig bijdragen (voor het overgrote deel opgenomen in Kennislink) wordt de betekenis van de Nederlandse chemie duidelijk voor ontwikkelingen op het gebied van de gezondheidszorg (bijvoorbeeld de kunstnier), de voedingsmiddelenindustrie (onder andere zoetstoffen), de kledingindustrie (bijvoorbeeld ademende regenkleding) of de elektronica (zoals herschrijfbare CD’s).

Dit artikel is een publicatie van KNAW/KNCV.
© KNAW/KNCV, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 oktober 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.