Cáp quang tự treo không chất dẫn điện còn gọi là cáp quang ADSS (All Dielectric Self-Supporting) - hoặc cáp ADSS) là một loại cáp quang treo phi kim loại, không chất dẫn điện. Trong đó, thay vì dùng dây thép hay các loại dây kim loại khác là thành phần chịu lực cơ bản, cáp ADSS sử dụng các sợi chịu lực phi kim loại như nhựa được gia cường sợi (FRP - Fiber Reinforced Plastics) và sợi aramid hay tương đương.
Cáp quang ADSS cơ bản có các thành phần chính bao gồm: sợi gia cường trung tâm FRP 105; ống lỏng 104 trong đó có chứa các sợi quang 102 và hợp chất điền đầy 103 (số lượng ống lỏng, số lượng sợi quang có thể thay đổi); các sợi độn 109 có thể được làm từ nhựa PE; băng chống thấm 108; chỉ bó lõi 110; lớp vỏ bọc bên trong 112 có thể được làm bằng nhựa PE có tỷ trọng cao (HDPE – High Density Polyethylene); sợi chỉ chống thấm 101; lớp gia cường 111, có thể sử dụng sợi gia cường aramid hoặc các loại sợi khác tương đương; lớp vỏ bọc bên ngoài 113 có thể được làm bằng nhựa HDPE.
Cáp quang ADSS cơ bản có các thành phần chính bao gồm: sợi gia cường trung tâm FRP 105; ống lỏng 104 trong đó có chứa các sợi quang 102 và hợp chất điền đầy 103 (số lượng ống lỏng, số lượng sợi quang có thể thay đổi); các sợi độn 109 có thể được làm từ nhựa PE; băng chống thấm 108; chỉ bó lõi 110; lớp vỏ bọc bên trong 112 có thể được làm bằng nhựa PE có tỷ trọng cao (HDPE – High Density Polyethylene); sợi chỉ chống thấm 101; lớp gia cường 111, có thể sử dụng sợi gia cường aramid hoặc các loại sợi khác tương đương; lớp vỏ bọc bên ngoài 113 có thể được làm bằng nhựa HDPE.
Hình 1. Cấu trúc cáp quang ADSS đã biết (Ảnh: tác giả cung cấp)
Cáp quang ADSS thông thường cần dùng các loại sợi gia cường phi kim loại có giá thành cao hơn rất nhiều so với các sợi kim loại, làm cho giá thành của loại cáp ADSS này tương đối cao. Vật liệu gia cường đắt nhất là sợi aramid, sau đó đến sợi nhựa FRP. Theo cấu trúc cáp hiện tại, tất cả các thành phần của cáp đều được bọc chặt vào với nhau. Khi kéo căng cáp, tất các các thành phần của cáp từ ống lỏng chứa sợi quang, sợi độn, sợi gia cường trung tâm FRP, sợi gia cường aramid đều cơ bản là bị giãn giống nhau hoặc tương tự nhau. Một thông số quan trọng đối với cáp treo là lực căng tối đa cho phép (MAT) là lực căng lớn nhất cáp có thể chịu được trong một khoảng thời gian xác định, ví dụ trong vòng 5 phút, mà vẫn hoạt động bình thường (các sợi quang không bị đứt hay suy hao). Thành phần cần được bảo vệ nhất là sợi quang trong các ống lỏng có giới hạn kéo giãn nhỏ nhất (1,4% -1,5%). MAT của cáp bị hạn chế bởi giới hạn này. Vì vậy, dẫn đến việc khi cáp đạt đến MAT, các thành phần gia cường khác vẫn còn ở cách xa giới hạn kéo của chúng (với sợi FRP, giới hạn kéo giãn là khoảng từ 2% đến 2,2%; với sợi aramid giới hạn kéo giãn là khoảng từ 1,6% đến 1,8%). Như vậy, với cấu trúc cáp hiện tại các thành phần gia cường không được sử dụng hết khả năng, gây ra tốn vật tư, làm tăng giá thành của cáp. Do đó, vấn đề là cần phải cải tiến cấu trúc cáp ADSS hiện có sao cho tận dụng tối đa khả năng của các thành phần, giảm giá thành cáp mà vẫn đảm bảo chất lượng cáp theo yêu cầu.
Nhận thấy điều này, TS. Hoàng Xuân Hiển cùng các cộng sự đã nghiên cứu và chế tạo cáp quang tự treo không chất dẫn điện được cải tiến cấu trúc. Cáp quang tự treo cải tiến này tối ưu hóa lực căng tối đa cho phép, tận dụng tối đa khả năng của các thành phần, giảm giá thành cáp mà vẫn đảm bảo chất lượng cáp theo yêu cầu.
TS. Hoàng Xuân Hiển chia sẻ thêm thông tin về cấu trúc mới của cáp quang này, bao gồm: lõi gia cường trung tâm có dạng hình tròn được làm bằng nhựa được gia cường sợi; các ống lỏng có kích thước giống nhau để chứa các sợi quang trong đó; các sợi độn có kích thước giống nhau được bố trí cùng với các ống lỏng để bao quanh lõi gia cường trung tâm; lớp bó lõi cáp được bố trí bên ngoài các sợi độn và các ống lỏng để bó và định hình các sợi độn và các ống lỏng xung quanh lõi gia cường trung tâm; vỏ cáp được tạo ra từ lớp vỏ bọc bên trong và lớp vỏ bọc bên ngoài, vỏ cáp này có thành phần gia cường vỏ cáp được bố trí giữa lớp vỏ bọc bên trong và lớp vỏ bọc bên ngoài”.
Hình 2 Cấu trúc cáp quang ADSS có lớp vỏ bên ngoài cải tiến với thành phần gia cường bổ sung
(Ảnh tác giả cung cấp)
(Ảnh tác giả cung cấp)
Về thương mại hoá sản phẩm sau khi nghiên cứu, TS. Hoàng Xuân Hiển cho biết, hiện nay sản phẩm đã hoàn thiện sẵn sàng có thể chuyển giao công nghệ này.
Trong quá trình hoàn thiện sản phẩm cáp quang ADSS, Viện Nghiên cứu sáng chế và Khai thác công nghệ đã tư vấn, hỗ trợ nhà sáng chế trong việc tra cứu, tìm kiếm và phân tích các thông tin sáng chế liên quan, đồng thời giúp rà soát khả năng bảo hộ độc quền sáng chế sản phẩm cáp quang đã được cải tiến của tác giả. Ngoài ra, Viện SCCN cũng đã đồng hành, tư vấn giúp nhà sáng chế xây dựng bản mô tả sáng chế và hồ sơ đăng ký sáng chế để nộp đơn bảo hộ tại Cục sở hữu trí tuệ trong năm 2021.
Nguồn: Trung tâm Mô phỏng công nghệ và Phát triển sản phẩm
