Plastiche per cavi: mercato e applicazioni

di Giuseppe Tamburini

I cavi per telecomunicazioni sono utilizzati per la trasmissione di informazioni quali dati (numeri, parole, figure, grandezze fisiche, meccaniche ed elettriche), suoni (voce, musica, rumori), immagini (fisse o in movimento) da un’estremità all’altra.

Prima di essere trasmesse, infatti, le informazioni necessitano di essere trasformate in tracce capaci di viaggiare lungo un cavo di rame o altro materiale conduttivo (es. fibra ottica).

La rete telefonica può essere così suddivisa:

• rete interna, collocata all’interno degli edifici e generalmente di proprietà dell’utente: i cavi vanno dai punti dove viene generato il segnale al punto in cui il segnale passa all’operatore del servizio telefonico;
• rete urbana, detta anche rete di accesso, che va dal punto in cui il segnale è stato consegnato all’operatore alla prima centrale telefonica e dall’ultima centrale telefonica all’utente ricevente;
• rete interurbana (o rete di trasporto) che interconnette le varie centrali al di fuori dei centri urbani: è la dorsale telefonica di un paese.
• La plastica, usata a scopi di rivestimento e protezione, rappresenta all’incirca solo un quarto in peso di tutti i materiali che costituiscono un cavo per telecomunicazioni.

Le tipologie di cavi si possono così suddividere:

• cavi a coppie: sono i cosiddetti doppini telefonici. Ogni coppia è costituita da due anime avvolte tra loro, ciascuna delle quali è realizzata con un materiale conduttore (rame) di qualche decimo di millimetro di diametro; qualora sia richiesta una maggior flessibilità la stessa sezione è realizzata con fili di diametro molto inferiore e cordati insieme. In un cavo a coppie possono essere presenti fino a 2.400 coppie. Il rivestimento isolante esterno è realizzato in polietilene o PVC. Più coppie, cordate tra loro eventualmente in gruppi e sottogruppi, costituiscono il nucleo del cavo: quest’ultimo viene protetto esternamente da una guaina in materiale plastico e, se del caso, armato. La plastica ha sostituito quasi completamente la tecnologia carta/aria secca come materiale isolante, che oramai viene utilizzata solo in caso di manutenzione di vecchi cavi già posati: attualmente l’isolamento esterno del cavo è realizzato con materiale plastico applicato sul conduttore con la tecnologia ad estrusione. Per la rete interna si usa quasi esclusivamente PVC, mentre per la rete urbana e interurbana si adopera polietilene. Dato che però il polietilene ha caratteristiche dielettriche inferiori a quelle della carta e aria secca, si usa insufflare chimicamente nello spessore dell’isolante aria, con formazione di polietilene espanso; per rendere poi il rivestimento impermeabile all’umidità, che potrebbe innescare delle scariche elettriche, sullo strato di polietilene espanso viene co – estruso uno strato di polietilene compatto (foam skin). Infine, qualora si tema che il cavo una volta interrato possa essere danneggiato dall’acqua per effetto di qualche falla, il nucleo del cavo viene impregnato con tamponanti o fasciato con appositi nastri, e sigillato con un nastro longitudinale realizzato in accoppiato alluminio – politene;
• cavi coassiali: sono costituiti da un singolo conduttore in rame (anima) posizionato al centro del cavo e da un dielettrico in materiale plastico (polietilene o PTFE) che separa l’anima da una maglia esterna in materiale metallico, garantendo costantemente l’isolamento tra i due elementi conduttori. Nella rete urbana non si utilizzano cavi coassiali, se non in quei paesi (es. USA, Svizzera, Germania) nei quali già prima dell’avvento della fibra ottica era in uso il servizio di televisione via cavo;
• cavi in fibra ottica: sono costituiti da fasci di fibre ottiche (da un minimo di 24 ad un massimo di 288 fibre per fascio) e vengono utilizzati nelle telecomunicazioni come mezzo trasmissivo di segnali ottici anche su grandi distanze e nella fornitura di accessi di rete a banda larga cablata. Ogni singola fibra ottica è composta da due strati concentrici di materiale trasparente estremamente puro: un nucleo cilindrico centrale, o core, ed un mantello o cladding attorno ad esso. Il core presenta un diametro molto piccolo di circa 10 µm per le fibre monomodali e 50 µm per le fibre multimodali, mentre il cladding ha un diametro di circa 125 µm. La fibra può essere realizzata in materiale vetroso (SiO₂ drogato con piccolissime quantità di GeO₂ e PO₂) oppure in materiale polimerico (PMMA). La Norma CEI 64 – 8 consente la posa di fibre ottiche in plastica nelle canaline elettriche. Come rivestimento esterno dei cavi in fibra ottica si trovano due ulteriori strati concentrici: uno più interno (buffer) e uno più esterno (jacket), entrambi in materiale plastico, che servono a proteggere il cavo da usura e altri fattori atmosferici esterni: il buffer è in aramide, mentre lo strato più esterno (racket) è in materiale termoplastico. All’esterno poi ogni fascio di fibre è protetto da un tubetto lasco (in PBT). All’interno del cavo nel quale sono poste le fibre è collocato un elemento portante (generalmente in vetroresina) per conferire una certa rigidità e per assecondare la deformazione del cavo ottico una volta posato.

Il mercato

Il consumo mondiale di plastica per la produzione di cavi per telecomunicazioni nel 2017 è stato di 5,2 milioni di tonnellate, con un tasso di crescita medio annuo del 7,8% nell’arco dell’ultimo decennio (vedi figura 1).

PVC e polietilene rappresentano la quota più consistente dei consumi mondiali di compound polimerici per cavi per telecomunicazioni (vedi tabella 1).

Il maggior consumatore mondiale di materie plastiche per la produzione di cavi per telecomunicazioni è il continente asiatico, seguito dal Nord America (vedi tabella 2).

Negli USA il mercato delle telecomunicazioni è ampiamente liberalizzato, con una penetrazione di telefoni fissi che comunque resta inferiore a quello di altri paesi (es. Germania o Francia).

In America Latina Brasile e Messico incidono per circa il 58- 59%% dei consumi totali di plastica per cavi di telecomunicazioni in quest’area geografica (vedi tabella 3).

In Europa Occidentale i maggiori consumatori di polimeri per la produzione di cavi per telecomunicazioni sono: Germania (in prima posizione), seguita da Italia, Francia e Spagna: questi quattro paesi insieme assorbono circa il 65% della plastica per rivestimento di cavi per telecomunicazioni.

Nell’Europa dell’Est – CSI i mercati maggiori sono Russia, Ucraina e Polonia (vedi tabella 4). In Russia il potenziale del settore telecomunicazioni nel suo insieme è ancora in parte condizionato dalla carenza di infrastrutture. Una certa ripresa negli investimenti in telecomunicazioni si sta registrando in Ucraina, dopo la pesante crisi del 2011.

Una crescita costante, anche se moderata, si registra nei consumi di compound polimerici per la produzione di cavi di telecomunicazioni in Polonia, Repubblica Ceca, Slovacchia, Ungheria; tra i paesi dell’Est Europa, comunque, i maggiori incrementi dei consumi si stanno registrando in Romania, grazie ad una buona dinamica degli investimenti nel settore delle telecomunicazioni in generale, favoriti da stimoli fiscali da parte del Governo.

In Asia la Cina incide per circa il 54% dei consumi totali di polimeri per cavi di telecomunicazioni (vedi tabella 5), ed è il secondo consumatore al mondo dopo gli Stati Uniti.

In Cina il settore delle telecomunicazioni cresce a tassi molto elevati, comunque ancora solo una parte del paese è coperta dai servizi telefonici. Ciò è dovuto in parte al fatto che i contenuti della rete sono ancora in gran parte soggetti al controllo governativo. In India per contro i servizi di telefonia sono stati aperti ai privati e agli investimenti provenienti dall’estero, allo scopo di potenziare la rete telefonica.

Fra l’altro la Cina è il maggior produttore e consumatore al mondo di preforme in fibra ottica, con una produzione che copre circa il 45% del mercato mondiale di tali preforme, stimato in circa 15.000 tonnellate nel 2017, comprendendo sia fibre ottiche di vetro (la quota più consistente), sia fibre ottiche di plastica. La tecnologia “proform drawing” è alternativa al processo di estrusione per la produzione di fibre ottiche in plastica (POF: Polymer Optical Fiber), e consiste nel produrre dapprima un cilindro avente l’indice di rifrazione desiderato per nucleo e rivestimento, ma di diametro decisamente maggiore. Il cilindro viene poi ridotto alle dimensioni volute per la fibra, mantenendo comunque costante il profilo dell’indice di rifrazione. Questa tecnologia comunque, è il metodo più in uso per la produzione di fibre ottiche in vetro (quelle tradizionali), ma è poco usato per fibre ottiche in plastica, in quanto la velocità di produzione per queste ultime è in rapporto di circa 1 a 20 rispetto alla velocità di produzione di fibre ottiche in vetro.

L’evoluzione dei consumi

Volendo fornire delle previsioni sui futuri trend della domanda mondiale di polimeri per la produzione di cavi per telecomunicazioni, vanno fatte alcune considerazioni di fondo:

• da un lato la telefonia mobile va in parte sostituendo la telefonia fissa, che fa uso di cavi e conduttori isolati;
• dall’altro va considerato che comunque in molti paesi ad economia “emergente” la diffusione di telefoni fissi è destinata a crescere ancora nei prossimi anni, in considerazione del gap esistente coi paesi industrializzati.
• Infine, un fattore di crescita a livello globale sarà costituito dal rapido diffondersi della fibra ottica, che sta registrando tassi di crescita elevatissimi.

A livello globale la domanda di polimeri per la produzione di cavi per telecomunicazioni è prevista crescere ad un tasso medio annuo del 7,7%, sostanzialmente in linea con il trend registrato nell’ultimo decennio, per arrivare ad attestarsi a 7 milioni di tonnellate nel 2021. La plastica per cavi in fibra ottica è destinata a crescere ad un tasso ben superiore alla media (vedi tabella 6). Varie Municipalizzate ed operatori della telefonia stanno costruendo reti proprietarie in fibra ottica con ampiezza di banda utile per servizi di telefonia avanzata, quali la TV via internet o le video-conferenze.

Ancora una volta i paesi che registreranno il maggior incremento dei consumi saranno Cina e, ancor più, India: per il mercato indiano si ipotizzano tassi di crescita dei consumi di plastica per cavi di telecomunicazioni tra il 15 e il 20% medio annuo nell’arco dei prossimi 4 – 5 anni.

I vantaggi della fibra ottica

La fibra ottica in plastica offre diversi vantaggi rispetto alla fibra ottica in materiale vetroso:

• minor fragilità e peso inferiore;
• resistenza alle sollecitazioni meccaniche (torsione, pressione, curvatura, vibrazioni);
• semplicità d’installazione, di manutenzione e di riparazione;
• costo totale del sistema attualmente comparabile a quello di un equivalente sistema su fibra in silice; in futuro è però previsto che, grazie alle economie di scala nella produzione di sorgenti e fotoricevitori per POF (polymeric Optical Fibers), il costo di tali sistemi possa scendere al 25% del costo attuale.

Attualmente comunque, il fatto che le fibre ottiche in plastica hanno una maggior dissipazione rispetto alle classiche fibre ottiche in vetro, nonché una scarsa resistenza termica, rappresenta ancora un limite all’utilizzo di tali fibre su lunghi tratti.

I cavi in fibra ottica possono essere interrati, posati in canalizzazione, aerei, sottomarini o ubicati all’interno degli stessi edifici.

I telefoni fissi nel mondo

Sono significativi i seguenti dati relativi al numero di telefoni fissi per 1.000 abitanti in alcuni paesi di riferimento:

• Cina: 147 telefoni per 1.000 abitanti;
• India: 19 telefoni per 1.000 abitanti;
• Brasile: 204 telefoni per 1.000 abitanti;
• Russia: 225 telefoni per 1.000 abitanti;
• Turchia: 144 telefoni per 1.000 abitanti;
• Filippine: 37 telefoni per 1.000 abitanti;
• Germania: 539 telefoni per 1.000 abitanti;
• Francia: 600 telefoni per 1.000 abitanti;
• Giappone: 506 telefoni per 1.000 abitanti.