耐油膏型低烟无卤光纤紧套料的研究
本文介绍了耐油膏型低烟无卤光纤紧套料通过无油膏、放入PBT油膏中、放入PP油膏中老化数据进行对比，发现普通低烟无卤光纤紧套料在油膏中性能下降较大，而耐油膏型低烟无卤光纤紧套料虽然有所变化，但变化相对较小，45天后仍然保持一定性能。...
摘要：本文介绍了耐油膏型低烟无卤光纤紧套料，并和普通低烟无卤光纤紧套料通过无油膏、放入PBT油膏中、放入PP油膏中老化数据进行对比，发现普通低烟无卤光纤紧套料在油膏中性能下降较大，基本上失去使用价值，而耐油膏型低烟无卤光纤紧套料虽然有所变化，但变化相对较小，45天后仍然保持一定性能。
关键词：耐油膏、低烟无卤光纤紧套料、PBT油膏、PP油膏
一、前言
光缆分为紧套和松套两种结构。松套结构是一根或数根光纤放在一个塑料套管中，该塑料套管由PBT、PP等材质制成，其直径比光纤大的多，光纤可以在套管内轻易的滑动。松套结构利于光纤的长距离传输，不会对光纤产生应力，但因为该结构光纤和套管间间歇较大，容易被水汽等进入，所以需充入油膏进行保护。紧套结构是在光纤表面套塑一层紧密的缓冲层，该套塑层可由PVC、低烟无卤、热塑性弹性体、尼龙等材料制成，该结构制成的光缆弯曲半径较小，且便于连接，非常适合室内、应急状态等使用。
低烟无卤聚烯烃材料有较佳综合性能和性价比，作为光纤紧套料有一定优势。随着光缆应用的多元化发展，人们尝试把紧套光纤用于充油结构中。常用的填充油膏是针对PBT松套管，PBT为聚酯，有一定极性。填充油膏由基础油 (通常采用矿物油、合成油)、增稠剂(脂肪酸盐、有机膨润土、气相二氧化硅、石蜡和多种高分子聚合物)和添加剂(如抗氧剂烷基酚系列及芳胺系列)等三部组成，填充油膏和光缆材料的相容性非常重要，但常用的填充油膏多针对PBT材料【1-3】。而低烟无卤聚烯烃材料的中的树脂基体如PE等是非极性材料，而基础油 (通常采用矿物油、合成油)等也多是非极性材料，PE就很容易在这些基础油中溶胀，所以常规的低烟无卤紧套光纤放置在油膏中时间较长线径就会变大、易撕裂，损耗大幅度增加。虽然现在有科研人员发明针对PP用的填充油【4】，但填充油的基础仍然是矿物油或合成油等，仍然存在和低烟无卤聚烯烃材料相溶胀。笔者在研究低烟无卤光纤紧套料的基础上，加入耐油膏的组分和助剂，精心的选择配方、加工制得而成。
目前对于材料和油膏的相容性有以下几种测试方法：GB/T20186 PBT和PP的耐油膏的测试方法，该方法是把试样做成哑铃片，放置在盛有油膏的容器中，在85±1℃进行45×24Hr的老化，然后除去油膏，测试机械性能，应该保持一定的强度和伸长率。YD/T 839.1中要求填充油膏和各种材料的相容性为，涂覆填充油膏的护套材料在80±1℃进行28×24Hr的老化后，要求强度、伸长率下降不大于25%。而光纤在油膏里在85±1℃，85±5%湿度条件下进行30×24Hr的老化，光纤涂层的剥离力应为1.3-8.9N。柯旋、陆秉义【5】研究了低烟无卤材料与光纤填充膏的兼容匹配性研究，他们把用低烟无卤材料制成哑铃片，放在PBT、PP两种套管专用纤膏，在80℃条件下老化7天，通过老化前后的重量对比，来考察材料和填充油膏的相容性，他们认为如果增重较小，不易发生溶胀，相容性就好，虽然该文研究低烟无卤护套料，但也可作为研究低烟无卤光纤紧套料耐油膏性能的借鉴。
为了更好评估耐油膏低烟无卤光纤紧套料，我们结合上述方法，提出以下方案对低烟无卤光纤紧套料在油膏中的相容性。
二、低烟无卤光纤紧套料和光纤填充油膏的相容性研究
1、样品准备
选择常规和耐油膏型低烟无卤光纤紧套料，制成厚度约1mm压片，制成哑铃片。选择填充油膏为牌号LT-410-A型PBT光纤填充膏，LT-390型PP光纤填充膏。容器为带盖培养皿。
2、实验方法
普通和耐油膏低烟无卤光纤紧套料各制备30个哑铃片，各取3个为空白样，其他编号，然后取9个进行无油老化，取9个放置在PBT光纤填充膏中老化，取9个放置在PP光纤填充膏中老化。老化条件为80±1℃，自然通风，时间是7×24Hr、28×24Hr、45×24Hr。选择测试重量、厚度、抗张强度和断裂伸长率等几个最容易观察到数据，考察相容性。
3、实验数据与分析
没有老花前耐油膏紧套料平均原始抗张强度为13.7和断裂伸长率159，常规紧套料平均原始抗张强度为14.3和断裂伸长率156。
3.1 低烟无卤光纤紧套料无油老化
3.1.1 在烘箱中80度无油膏老化 7天
3.1.2、无油膏在烘箱80度老化28天
13
0.702
0.699
-0.43
-0.29
0.69
0.68
-1.45
-0.45
14
0.692
0.687
-0.72
0.71
0.7
-1.41
15
0.683
0.685
0.29
0.66
0.67
1.52
普通紧套料
16
0.801
0.795
-0.75
-0.45
0.73
0.75
2.74
-0.27
17
0.698
0.692
-0.86
0.79
0.78
-1.27
18
0.783
0.785
0.26
0.88
0.86
-2.27
从表5、表6中可以看出，在烘箱中80度无油膏的情况下老化45天，样品的质量和厚度变化不大，但抗张强度和断裂伸长率有一定变化，特别是断裂伸长率较大。
从上述数据来看，在无油状态下老化，因为低烟无卤材料中不含小分子易挥发成分，而且又没有其他物质进入材料内部，所以样品的质量和厚度变化不大。但因为是热老化，对抗张强度和断裂伸长率有一定影响，特别是断裂伸长率影响较大且随着时间的增加，降低较大，但变化的幅度减小，且即使是80℃老化45天，伸长率仍然保持一定的性能。
3.2 、低烟无卤光纤紧套料在PBT填充油膏中相容性研究
3.2.1、样品放入PBT油中，在烘箱80度老化 7天
19
0.831
0.872
4.93
4.5
0.92
0.97
5.43
4.60
20
0.848
0.883
4.13
0.94
0.98
4.26
21
0.879
0.918
4.44
0.97
1.01
4.12
普通紧套料
22
0.809
0.879
8.65
8.87
0.90
0.98
8.89
8.88
23
0.792
0.865
9.22
0.87
0.95
9.20
24
0.756
0.822
8.73
0.82
0.89
8.54
从表7、表8中可以看出，在烘箱中80度放入PBT油中老化七天：耐油紧套料样品的质量和厚度变化在5%以下，而抗张强度变化在15%左右，断裂伸长率变长，有可能材料吸收的油膏产生增塑效应；普通紧套料样品的质量和厚度变化在5%以下，但抗张强度和断裂伸长率变化较大，抗张强度减少接近50%，伸长率减少接近30%。
3.2.2样品放入PBT油中，在烘箱80度老化28天
25
0.789
0.837
6.08
6.03
0.87
0.92
5.75
6.31
26
0.817
0.863
5.63
0.90
0.96
6.67
27
0.829
0.882
6.39
0.92
0.98
6.52
普通紧套料
28
0.711
0.776
9.14
8.98
0.80
0.88
10.00
9.98
29
0.691
0.756
9.41
0.78
0.85
8.97
30
0.668
0.724
8.38
0.73
0.81
10.96
从表9、表10中可以看出，在烘箱中80度放入PBT油中老化28天：耐油紧套料样品的质量和厚度变化在10%以下，而抗张强度降低略大于20%，断裂伸长率降低接近30%；普通紧套料样品的质量和厚度变化在10%以下，但抗张强度和断裂伸长率变化较大，抗张强度减少甚至超过70%，伸长率减少接近70%。
3.2.3、样品放入PBT油中，在烘箱80度老化45天
31
0.715
0.768
7.41
8.55
0.79
0.84
6.33
6.63
32
0.801
0.873
8.99
0.86
0.92
6.98
33
0.812
0.887
9.24
0.76
0.81
6.58
普通紧套料
34
0.786
0.889
13.10
13.22
0.68
0.78
14.71
14.66
35
0.712
0.803
12.78
0.72
0.82
13.89
36
0.689
0.784
13.79
0.65
0.75
15.38
从表11、表12中可以看出，在烘箱中80度放入PBT油中老化45天：耐油紧套料样品的质量和厚度变化在10%以下，而抗张强度降低略大于20%，断裂伸长率降低略大于30%；普通紧套料样品的质量和厚度变化在15%以下，但抗张强度和断裂伸长率变化较大，抗张强度减少接近70%，伸长率减少超过70%。
3.3、低烟无卤光纤紧套料在PP填充油膏中相容性研究
3.3.1、样品放入PP油中，在烘箱80度老化 7天
37
0.702
0.74
5.41
5.20
0.77
0.81
5.19
4.91
38
0.662
0.695
4.98
0.73
0.77
5.48
39
0.673
0.708
5.20
0.74
0.77
4.05
普通紧套料
40
0.801
0.897
11.98
11.42
0.88
1.00
13.64
12.44
41
0.759
0.846
11.46
0.83
0.93
12.05
42
0.777
0.861
10.81
0.86
0.96
11.63
从表13、表14中可以看出，在烘箱中80度放入PP油中老化7天：耐油紧套料样品的质量和厚度变化在5%以下，而抗张强度降低略大于10%；普通紧套料样品的质量和厚度变化略大于10%，但抗张强度和断裂伸长率变化较大，抗张强度减少接近40%，伸长率减少甚至超过40%。
3.3.2、样品放入PP油中，在烘箱80度老化 28天
43
0.643
0.68
5.75
5.78
0.72
0.74
2.78
3.82
44
0.776
0.819
5.54
0.85
0.89
4.71
45
0.695
0.737
6.04
0.76
0.79
3.95
普通紧套料
46
0.879
0.966
9.90
9.5
0.97
1.10
13.40
13.65
47
0.844
0.926
9.72
0.93
1.07
15.05
48
0.811
0.883
8.88
0.88
0.99
12.50
从表15、表16中可以看出，在烘箱中80度放入PP油中老化28天：耐油紧套料样品的质量和厚度变化在5%左右，而抗张强度降低略大于10%，断裂伸长率降低接近20%；普通紧套料样品的质量和厚度变化在10%左右，但抗张强度和断裂伸长率变化较大，抗张强度减少接近50%，伸长率减少甚至超过50%。
3.3.3、样品放入PP油中，在烘箱80度老化45天
49
0.723
0.778
7.61
7.69
0.78
0.82
5.13
4.66
50
0.771
0.831
7.78
0.82
0.85
3.66
51
0.689
0.742
7.69
0.77
0.81
5.19
普通紧套料
52
0.802
0.897
11.85
11.34
0.96
1.11
15.63
14.20
53
0.823
0.921
11.91
0.95
1.09
14.74
54
0.809
0.892
10.26
0.9
1.01
12.22
从表17、表18中可以看出，在烘箱中80度放入PP油中老化28天：耐油紧套料样品的质量和厚度变化在5%左右，而抗张强度降低不到30%，断裂伸长率降低降低不到30%；普通紧套料样品的质量和厚度变化在10%左右，但抗张强度和断裂伸长率变化较大，抗张强度减少超过50%，伸长率减少甚至超过60%。
4、结果与讨论
在烘箱中80度无油膏的情况下老化，样品的质量和厚度变化不大，这是因为低烟无卤材料中不含小分子易挥发成分，而且又没有其他物质进入材料内部。但因为是热老化，对抗张强度和断裂伸长率有一定影响，特别是断裂伸长率影响较大且且随着时间的增加，降低较大，但变化的幅度降低，而即使老化了45天，两种材料的机械性能仍然有一定保留。而在油膏中进行老化时，3种性能都有相当的变化，分析认为这是油膏中某些组分进入到无卤材料内部，使材料发生溶胀，在加上热老化使机械性能有较大幅度的下降，且且随着时间的增加，降低较大，但变化的幅度降低。从数据中可以看出普通紧套料在油膏中老化后，性能变化相当大，基本上失去使用价值，而耐油紧套料在油膏中老化，性能有一定的保留。这是因为耐油紧套料加入耐油膏成分和助剂，所以油膏中某些组分不容易进入到无卤材料内部使材料性能改变，这证明耐油紧套料和PP油膏、PBT油膏的相容性都比较好。而两种紧套材料在PP油膏中和在PBT油膏中老化后比较，在PP油膏中质量和厚度变化比较低，机械性能保留率较高。分析认为PP油膏用于PP松套管，和PP相容性较好，而低烟无卤材料的基体材料也是聚烯烃材料，所以紧套料和PP油膏的相容性好于PBT油膏。
三、展望
某光缆生产厂家用耐油紧套料生产紧套光纤和普通紧套光纤浸入油膏中进行了对比，6个月后发现：普通紧套光纤而外径由0.9变为接近1.0，不要用力，光纤就可以从中抽出；而用耐油紧套料生产的紧套光纤外径由0.9变为0.92，剥离力仍然保留较大。目前耐油低烟无卤紧套光纤仍在试用中，未来随着防水、防潮的要求的提高，将会有较多的需求。但目前的耐油低烟无卤光纤紧套料，仍然需要改进和提高。
2、李宗鹏. 关于光缆材料与填充复合物相容性的探讨[J]. 电线电缆, 2008, (6):34-36.
3、陈炳炎. 光纤松套管充填油膏的配制、性能和选用[J]. 光纤通信, 2001, (2):35-38.
4、沈江波，朱遥，王立平.PP纤膏在光缆上的应用研发[C].2014年海峡两岸光通信论坛会议，2014.5、柯旋，陆秉义. 新型低烟无卤阻燃料与光纤填充膏的兼容匹配性研究[J].光电通信，2014,（11/12）：170-174
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