周珍福 朱洪濤 王 翔
長飛光纖光纜有限公司 摘要：本文通過對光纜護層用兩種主要劣質(zhì)材料(回收護套料和鍍錫鋼帶)與正常護套料和鍍鉻鋼帶的實驗分析、比較，探討了相關的劣質(zhì)材料和光纜的性能。
關鍵詞：光纜護層，劣質(zhì)材料，使用壽命 0 前言
近幾年來，我國的通信光纖光纜市場一直處于比較低迷的困境。一方面是光纜產(chǎn)能嚴重過剩，另一方面是光纖和光纜的價格持續(xù)走低。在這種形勢下，光纜制造企業(yè)只有使出渾身解數(shù)，盡可能降低生產(chǎn)成本，增強市場竟爭力。
降低生產(chǎn)成本主要包括兩方面：一是內(nèi)部挖潛，降低消耗；二是降低原材料的采購成本。在過去，光纖在光纜的成本中占主導地位，隨著光纖價格的下降，其它材料的成本比重越來越大。所以目前更多的光纜制造廠家在降低原材料采購成本時，最明顯的表現(xiàn)是在原材料的選擇上降低標準，有的甚至以次充好，這樣帶來的后果無疑是產(chǎn)品質(zhì)量在某些方面的降低。
作為光纜的使用者，希望了解如何去識別材料的差異。本文將通過對光纜護層用兩種主要材料的一些重要指標進行比較分析，通過對比來說明光纜質(zhì)量的差別。一種材料的質(zhì)量好，它應該好在什么地方，會對提高光纜性能及可靠性起哪些作用；對于質(zhì)量差的材料該注意些什么指標，差的地方會對光纜性能及可靠性造成什么影響。
我們從市場上采購了兩種現(xiàn)行廉價的光纜護層用的主要材料-----回收護套料和鍍錫鋼帶。進行了材料測試、生產(chǎn)加工試驗以及對生產(chǎn)出來的成品纜進行全性能測試，并對所有測試項目與正常護套料和鍍鉻鋼帶進行了比較。 1 聚乙烯護套料的比較
光纜的護套直接與外界環(huán)境相接觸，所以護套材料的選擇需要考慮多方面的因數(shù)。它應能有效地抵御一切外來的機械、物理、化學的損傷，并能適應各種敷設方式和應用環(huán)境，保證光纜有足夠長的使用壽命�，F(xiàn)在普遍使用的光纜外護套料為聚乙烯， 線纜行業(yè)使用的聚乙烯護套料主要有：LLDPE、MDPE、HDPE。MDPE和HDPE具有較高的硬度、楊氏模量，較低的熱變形、磨耗、透水率和摩擦系數(shù)。早期的HDPE護套料有回縮大、耐環(huán)境應力和加工性能差等缺點；MDPE護套料則是結(jié)合了LLDPE和HDPE的優(yōu)點，專為光纜開發(fā)的護套材料，具有更好的綜合性能。近年來隨著材料技術的發(fā)展，HDPE護套料的上述缺點也得到了解決。如上海石化采用北歐雙峰技術開發(fā)生產(chǎn)的DH050T及DH170T。因此，它們都是適于制造光纜護套的材料。 1.1光纜護套料應滿足的要求
1.1. 1加工性能
聚乙烯應具有優(yōu)秀的流變性能，好的聚乙烯具有均一穩(wěn)定的融熔指數(shù)。適于不同的纜徑，能達到一定的擠出速度。穩(wěn)定的擠出流量，保證產(chǎn)品幾何形狀、外觀的完整性，即產(chǎn)品不會出現(xiàn)表面粗糙，皺紋，竹節(jié)，起泡，局部變細等。為了適應大規(guī)模生產(chǎn)，作為光纜的護套材料的批量間性能的穩(wěn)定性也是至關重要的，因為批量之間的不穩(wěn)定性而頻繁調(diào)整擠出工藝勢必會影響光纜的最終性能。質(zhì)量不好的護套料，特別是回收護套料每一批內(nèi)和批與批之間是很難保證其性能穩(wěn)定性的，因此在擠出光纜護套時，需不斷調(diào)整工藝參數(shù)，這樣將最終影響到光纜質(zhì)量的穩(wěn)定。
1.1. 2低回縮性能
低收縮是光纜護套材料的重要參數(shù)之一，未受控制的回縮將使光纜發(fā)生變形，對光纖造成微彎或宏彎損耗，從而影響光纜的傳輸性能。開發(fā)低回縮的光纜護套料也是材料供應商致力發(fā)展的方向。就材料本身而言，影響回縮的因素有分子量、分子量分布、支鏈長度和支鏈密度等，另外護套料的反復加工過程也會影響護套料的收縮。
1.1. 3好的機械性能
對于光纜護套來說，機械性能方面需要考慮的有屈服強度，拉伸強度，斷裂伸長率，耐磨性等。另外值得特別關注的是PE護套料機械性能的批量穩(wěn)定性和老化前后的變化率。
1.1. 4耐侯性、耐環(huán)境性和老化性
護套材料直接與外界環(huán)境相接觸，為了保證長期的的使用壽命，必需考慮氣候和環(huán)境的影響。聚乙烯的老化和失效可能來自以下幾個方面：
1.1.4.1耐熱氧老化：
耐熱氧老化用兩方面的指標來評估，老化前后的機械性能變化率，另一點是氧化誘導期OIT，OIT與材料中抗氧劑的含量，類型和分散性密切相關。
1.1.4.2耐紫外線：
在聚乙烯護套料中，通常是采用添加炭黑來吸收紫外線。其阻擋紫外線的效果與炭黑的含量，適當?shù)念w粒大小和類型，及其分散程度有關。在聚乙烯護套料的生產(chǎn)過程中，如果混合的工藝不過關，炭黑分散度和炭黑吸收系數(shù)是不容易達到要求或是不穩(wěn)定的。如果炭黑分散度和炭黑吸收系數(shù)達不到要求，這樣的材料在光纜敷設后就可能在抗紫外線老化方面存在隱患，特別是應用于架空光纜時。美國聯(lián)碳公司對這方面進行過很深的研究，圖1、圖2展示了炭黑分散度的比較。圖3、圖4顯示了2.6%含量炭黑護套料的抗紫外線曲線圖。在電線電纜和通信電纜的應用中，實地經(jīng)驗已清楚地顯示，摻有2.6%分散均勻的炭黑（微粒粒度低于20毫微米）的聚乙烯能在戶外維持35年以上。
圖1 炭黑分散程度較好 圖2 炭黑分散程度較差
圖3聚乙烯在QUV測試機中的耐候性表現(xiàn) 圖4 聚乙烯在戶外的耐候性表現(xiàn) 1.1.4.3耐環(huán)境應力開裂：聚乙烯塑料在含有皂類、保濕劑、油或洗滌劑的環(huán)境中受到應力時，就會表現(xiàn)出機械性能失效而表面發(fā)生開裂。特別是管道纜和直埋纜所處的環(huán)境相當復雜，如果選用護套料不當將會直接影響光纜性能。 1.2 材料測試比較
我們將回收護套料和正常護套料進行了對比測試結(jié)果見表1。從表1所列的測試結(jié)果可以看出，回收護套料的機械性能、耐侯性，耐環(huán)境性和老化性是極差的，這將直接影響光纜的使用壽命。正常護套料各項指標均能滿足標準要求，對光纜的可靠性特別是光纜的使用壽命有足夠的保障。
表1回收護套料和正常護套料測試結(jié)果比較
測試項目 標準值 測試標準 回收PE料實測值 測試結(jié)果 正常PE料實測值 測試結(jié)果
拉伸強度 20Mpa GB1040 19.7 不合格 21.4 合格
斷裂伸長率 600% GB1040 85.8 不合格 821.9 合格
耐環(huán)境應力開裂 48h(0/10) GB2951.39 2/10 不合格 0/10 合格
200C氧化誘導期 30min GB2951.37 3.88 不合格 55 合格
炭黑含量 2.60.25% GB2951.36 1.276 不合格 2.68 合格
炭黑分散度 6分 GB15065-94附錄A 3 不合格 8 合格
老化后強度變化率 25% GB2951.7 1.01 合格 0.9 合格
老化后伸長率 25% GB2951.7 -42.1 不合格 2.8 合格
與纜膏相容性試驗 9% 1002C，240h.重量法 1.02% 合格 0.02% 合格 1.3 工藝試驗
光纜用戶對材料的加工性并不關心，前面已經(jīng)描述過，從材料的加工過程和產(chǎn)品表現(xiàn)也能反應出材料質(zhì)量的優(yōu)劣。
正常護套料加工時表面光滑，有光澤，擠出直徑均勻，無刺激性氣味。
回收護套料生產(chǎn)的纜表面毛糙，暗淡，有很多針眼并伴有雜質(zhì)，擠塑時有較強的刺激性氣味。擠塑�？谒闹艹练e有大量雜質(zhì)，見圖5、圖6。通過材料的加工特性，不難看出回收護套料的長期質(zhì)量穩(wěn)定性值得懷疑。
圖5 擠塑模口四周沉積有大量雜質(zhì) 圖6 擠塑�？诘粝碌碾s質(zhì)
1.4 成品纜測試
我們分別用回收護套料和正常護套料生產(chǎn)了GYTS-18B1和GYTA-18B1兩種結(jié)構(gòu)的光纜，按YD/T901-2001《核心網(wǎng)用光纜，層絞式通信用室外光纜》，進行機械性能試驗、溫度循環(huán)試驗和浸水試驗。所有測試項目都能滿足國家標準要求。 2 覆膜鋼帶的比較
2.1 覆膜鋼帶的性能
鋼帶在光纜原材料成本中占較大的比重。鋼帶由中間的基帶和兩面的聚合物薄膜(通常為EAA)組成。其性能要求主要有以下幾個方面：
2.1.1機械性能
需要一定的強度和延伸率，強度主要是由基帶提供，而延伸率也是考核基帶的延伸率。
2.1.2粘接性能
這有三個方面的含義：一是鋼帶可以與聚乙烯護套粘合，二是鋼帶在縱包時搭接處需要自粘，三是聚合物薄膜與基帶的粘合強度。粘接性能主要與聚合物薄膜所用材料的性能有關。
2.1.3相容性和抗腐蝕性
由于光纜中有油膏存在，金屬復合帶會長期與油膏接觸，這就需要考慮與油膏的相容性。而相容性所觀察的對象是看在油膏中基帶與聚合物薄膜是否會起泡或分層。抗腐蝕性是指復合帶在酸性或堿性環(huán)境中會不會分層或?qū)鶐г斐筛g。 2.2 覆膜鋼帶的性能與其原材料選用的關系
比如復合鋼帶的基帶，通常用鍍鉻鋼帶，鍍鉻層的特點是即在潮濕大氣中很穩(wěn)定，同時在一般酸性環(huán)境中也很穩(wěn)定。這是因為金屬鉻本身在大氣中極易氧化成一層極薄的鈍化層。試驗和長期的使用證明，鍍鉻鋼帶用在光纜復合帶中的相當穩(wěn)定可靠的。
也有光纜廠家采用成本相對較低的鍍錫鋼帶為基帶的復合鋼帶。鋼基鍍錫板在干燥潔凈的大氣中具有良好耐蝕性，但鍍錫層表面的孔隙是不可避免的，因此在潮濕大氣和表面凝露或浸水條件下，易形成微電池發(fā)生腐蝕，尤其是在酸性或有微量鹽份存在的環(huán)境中，腐蝕速度相當快。所以鍍錫鋼帶往往不能通過光纜用金屬復合帶標準所規(guī)定的耐腐蝕性試驗，而且由于Fe和Sn之間的電位差，腐蝕過程中微電池的形成，也極大增加了氫氣生成的風險。
我們分別采用鍍鉻鋼帶和鍍錫鋼帶為基帶的復合帶，按照YD/T 723.1-94標準檢測其抗腐蝕等級，其抗腐蝕等級結(jié)果見表2。
表2 鍍鉻鋼帶和鍍錫鋼帶抗腐蝕等級比較
抗腐蝕等級 標準要求 測試結(jié)果 結(jié)論
鍍鉻鋼帶 ≥7 9 合格
鍍錫鋼帶 ≥7 0 不合格
將鍍鉻鋼帶和鍍錫鋼帶浸泡于0.1mol/L鹽酸中20天，結(jié)果鍍鉻鋼帶僅邊緣有少量腐蝕，而鍍錫鋼帶銹蝕嚴重，薄膜完全脫落，見圖7、圖8。
圖7 鍍鉻鋼帶僅邊緣有少量腐蝕 圖8 鍍錫鋼帶腐蝕嚴重，薄膜完全脫落
將鍍鉻鋼帶和鍍錫鋼帶浸泡于75C纜膏中7天，結(jié)果鍍鉻鋼帶無變化，即有很好的相容性，而鍍錫鋼帶聚合物薄膜出現(xiàn)許多小泡泡，見圖9所示，并且浸泡時間越長泡泡越多，也就是說，在此條件下鍍錫鋼帶與纜膏的相容性較差。
圖9 浸泡于75C纜膏中7天后的鋼帶
在目前國內(nèi)市場的成本壓力下，如鍍錫這類的復合鋼帶在為數(shù)不少的光纜廠中還在采用，甚至包括一些大的光纜廠家。對光纜品質(zhì)有著嚴格要求的用戶，需要對最基本的原材料性能加以控制，以確保光纜的長期使用壽命。
2.3 工藝試驗
從我們試生產(chǎn)的1500米來看，鍍錫鋼帶在生產(chǎn)中與鍍鉻鋼帶一樣，沒什么異�，F(xiàn)象。即使是同種材質(zhì)的基帶，不同的品牌之間也有很大的質(zhì)量差異。除了機械性能的差異之外，通常質(zhì)量較差的金屬帶如國產(chǎn)的基帶，會表現(xiàn)在均勻性差，缺陷較多，存在有孔洞，在生產(chǎn)制造過程中易斷裂。 2.4 成品纜測試
我們用鍍錫鋼帶、鍍鉻鋼帶和回收護套料、正常護套料分別做成四個試驗纜樣品，對其粘合強度（包括鋼帶與鋼帶搭接處、鋼帶與PE護套料之間）進行測試，均能滿足標準要求。
3 結(jié)論
通過對光纜中主要護層材料-------護套料和鋼帶的性能要求、材料試驗、實際工藝加工以及成品纜測試等的分析，我們可以得出以下結(jié)論：
光纜的性能我們應該從兩個大的方面來考慮，一是使用性，二是可靠性。作為使用性能，包括光學特性、機械性能、環(huán)境性能等；而可靠性則是基于對長期壽命的考慮。除了合理的光纜生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)，材料性能的影響是非常關鍵的，特別對于光纜的可靠性是至關重要的。我們用回收護套料和鍍錫鋼帶生產(chǎn)的光纜所有測試結(jié)果均能滿足國家標準要求，也就是說光纜出廠驗收可以保證合格，但其所用原材料在質(zhì)量上存在缺陷，不能滿足標準要求，可能會對光纜的可靠性帶來潛在的問題，應引起光纖通信行業(yè)的高度關注。
——本篇論文轉(zhuǎn)載自《中國第五屆光纖光纜用材料技術研討會論文集》。 |