高吸水性樹脂用于光電纜阻水帶（膏）

隨著通信光纜的不斷發(fā)展和應用，光纜的長期可靠性越來越受到人們的重視。光纜在長期的使用過程中，由于潮氣和水分的侵蝕，會導致傳輸性能下降，影響其正常使用。光纜生產中，纜芯的阻水材料主要有兩大類，一類為阻水帶、阻水紗，另一類為阻水填充油膏。生產過程中，根據(jù)工藝、設備情況，采用各種阻水材料均能達到防潮阻水的目的。就目前國內光纜生產現(xiàn)狀，使用這兩類材料已成為光纜行業(yè)填充阻水的兩大主要手段。

在光纜的結構設計中 ,膨脹阻水帶是一種普遍采用的阻水材料。常見的阻水帶是用粘合劑將吸水樹脂粘附在兩層聚酯纖維無紡布中構成的帶狀材料。當光纜破損時 ,水份滲入后與阻水帶中的吸水樹脂接觸。吸水樹脂能夠吸收水份 ,并迅速膨脹數(shù)百倍甚至數(shù)千倍 ,呈凝膠狀態(tài)填充。因此對這種用于阻水帶的SAP要求如下：

阻水帶專用型 SAP  具有吸水速度快，吸水倍率高，對無紡布有一定的粘合力，阻水粉顆粒大小均勻，外觀色澤白，產品的各項性能指標均達到國內外同類產品的先進水平。 

主要技術指標：

包裝：25 公斤牛皮紙袋內襯內膜袋或按顧客要求包裝 。

同時由于光纜阻水填充油膏（以下簡稱纜膏）在生產中能起到較好的防水、防潮、緩沖和粘結作用，可靠性好，維護方便，因此，纜膏在光纜生產中得到廣泛應用。纜膏是光纜中關鍵的結構部件之一，一般的光纜結構中，纜膏易與相互接觸的材料形成緊密層，即使在短的時間內未見其影響，考慮到材料間的傳質作用，時間長后也會產生影響。纜膏除了應有良好的物理-化學穩(wěn)定性外，還須有良好的溫度穩(wěn)定性，所以在選用纜膏前應對其主要性能指標進行測試。相應的用于阻水油膏的SAP要求如下：

阻水油膏專用型 SAP  具有膨脹速度快 、PH 值呈堿性 、與油膏混合后呈中性等特點。它解決了光纜 、電纜中金屬材料因內部填充膏體呈酸性而被腐蝕的問題。

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附：光纜阻水填充油膏的性能和選用

2016-09-26  科力寶  轉自 吳工圖書館                    修改                    微信分享：

一、引言

隨著通信光纜的不斷發(fā)展和應用，光纜的長期可靠性越來越受到人們的重視。光纜在長期的使用過程中，由于潮氣和水分的侵蝕，會導致傳輸性能下降，影響其正常使用。光纜生產中，纜芯的阻水材料主要有兩大類，一類為阻水填充油膏，另一類為阻水帶、阻水紗。生產過程中，根據(jù)工藝、設備情況，采用各種阻水材料均能達到防潮阻水的目的。就目前國內光纜生產現(xiàn)狀，使用這兩類材料已成為光纜行業(yè)填充阻水的兩大主要手段。由于光纜阻水填充油膏（以下簡稱纜膏）在生產中能起到較好的防水、防潮、緩沖和粘結作用，可靠性好，維護方便，因此，纜膏在光纜生產中得到廣泛應用。纜膏是光纜中關鍵的結構部件之一，一般的光纜結構中，纜膏易與相互接觸的材料形成緊密層，即使在短的時間內未見其影響，考慮到材料間的傳質作用，時間長后也會產生影響。纜膏除了應有良好的物理-化學穩(wěn)定性外，還須有良好的溫度穩(wěn)定性，所以在選用纜膏前應對其主要性能指標進行測試。

二、纜膏的相關性能及選用原則

纜膏的性能是生產、使用、采購的依據(jù)，從光纜的使用角度看，有以下特點：

a、粘度適中，觸變性強，可在常溫下填充；

b、優(yōu)良的溫度性能，具有長期穩(wěn)定性；

c、與光纜材料具有良好的相容性，酸值小，耐氧化等；

d、遇水膨脹阻水型纜膏，其吸水速度快，吸水率高，阻水性能好；

e、良好的工藝性及質量穩(wěn)定性。

纜膏主要性能包括：粘度、錐入度、氧化誘導期、油分離、析氫、相容性、閃點、滴點、酸值、蒸發(fā)量、吸水時間、含水量、對銅、鋁、鋼的腐蝕性、顏色穩(wěn)定性等。

纜膏的性能對光纜性能的影響有很多，如：析氫量過大，會造成光纜損耗增加；與光纜元件相容性差，會使光纜元件變形、強度和延伸率下降，影響光纜的使用壽命；氧化誘導期過短，耐氧化分解能力降低，造成光纜過早老化；閃點過低，易燃等等。同時，纜膏的各種性能之間也有相關性，往往一種性能的改善會伴隨另一種性能的犧牲，如為減小油分離，提高高溫不滴流性能，希望填充膏的粘度大一點，屈服應力高一點，但為改善光纖填充膏的工藝性能，保證低溫下足夠的針入度，以減小光纖的附加損耗，又要求填充膏的粘度小一點，屈服應力相應低一點。又如為保證光纜在較高溫度下使用，要求滴點高一些，但滴點過高，可能以降低錐入度為代價。因此，纜膏的特性是一個綜合優(yōu)化的結果，不能只以某一個特性參數(shù)來衡量。在光纜生產過程中，需根據(jù)客戶要求，光纜的使用地域、光纜的使用方向等來優(yōu)化選擇纜膏。

三、纜膏的主要性能分析及選用

1、粘度

現(xiàn)光纜生產中通常采用冷填充油膏的方式，故應具有一定的觸變性，即當它受到剪切作用時，隨剪切速率的增加，粘度下降。而在一定的剪切速率下，隨著時間的增加，剪切應力下降，粘度降低，當達到一定時間后，剪切力不再變化；停止剪切后，粘度又開始緩慢上升，這種過程不完全可逆，其原因在于粒狀鍵的斷裂及其分子取向的變化。因此選擇合適的粘度，在光纜加工過程和長期使用中是非常重要的。一般情況下，粘度既不要過大，也不要過小，因為在加工過程中，希望粘度小些，以便于填入纜芯內，當粘度過小，則在加工過程中填充膏易流失，在纜芯受力時起不到緩沖的作用，同時可能造成纜芯滲水；粘度過大，生產中不易于泵送填充，對設備的損耗大，同時，油膏不易滲入纜芯，造成填充不飽滿、不均勻。在生產中，還需考慮油膏的粘溫性，纜芯阻水填充油膏隨溫度升高粘度下降，反之粘度上升，這種體系粘度隨溫度變化而變化的性能稱為體系的粘溫性。在纜芯阻水填充油膏的使用過程中，我們希望油膏粘度隨溫度變化小一些好，但前提是充油溫度較高時，油膏粘度滿足工藝需求。因此，我們認為在滿足光纜加工和使用要求時，纜膏的粘度應控制在一定范圍內。根據(jù)生產實踐和大量試驗證明，對于抗水型油膏，25℃剪切速率50s-1時，粘度以8000～12000mPa·s為宜；對于吸水膨脹型油膏，25℃剪切速率50s-1時，粘度以7000～11000mPa·s為宜。

2、錐入度

錐入度和粘度指標是纜膏觸變性能的反應，錐入度體現(xiàn)了纜膏在受外力和發(fā)生變形時屈服應力的大小，粘度表示在兩個相對運動的物體之間所產生的阻礙物體運動的阻力，與填充膏的粘度相比，錐入度是一個更直觀、易檢測的指標。

錐入度是油膏稠度的度量，其測定方法是測定在規(guī)定的溫度和載荷下，錐入度計的標準錐體（質量為150g）在5秒內垂直墜入填充膏試樣的深度，以1/10mm為單位，具體測量方法可按ASTM D937進行。錐入度越大，填充膏稠度越小，反之亦然。

錐入度過小，纜膏稠度大，不利于填充，錐入度過大，纜膏稠度降低，加工過程中纜膏易流失，填充不飽滿，可能造成纜芯滲水，故生產中常溫通常選用300～450 1/10mm范圍的錐入度。

錐入度在檢測時不但要進行常溫（25℃）測試，還需進行低溫（-40℃）測試，低溫環(huán)境下使用的光纜，纜膏應具有較低的屈服應力，在低溫下有足夠的柔軟性，使光纜在低溫下仍能得到良好的緩沖保護作用，因此，纜膏在低溫下應能保持一定的錐入度。由于低溫錐入度主要取決于基礎油的性能，故對于低溫使用的油膏，須采用低凝點的基礎油，溫度為-30℃，可采用礦物油；-40℃可采用礦物油和合成油的混合油；-50℃，需用合成油；-60℃只能選用硅油。采用合成油時，其玻璃化轉變溫度及結晶溫度均需低于溫度。低溫錐入度不能過小，否則，將影響光纜的低溫柔性，影響光纜傳輸性能，同時也不利于生產時泵送填充。生產中低溫通常選用150～200 1/10mm范圍的錐入度。

3、氧化誘導期（OIT）

氧化誘導期是表明填充膏耐氧化分解的能力，通常采用差動熱分析儀來測定，纜膏在高溫氧氣作用下，發(fā)生催化氧化反應，來判斷纜膏的熱穩(wěn)定性能，氧化誘導期（OIT）時間越長，氧化安定性越好。纜膏在高溫和常溫下都會與所接觸的氧氣發(fā)生不同程度的氧化反應，一旦生成自由基，就會發(fā)生連鎖反應，使氧化加速，生成大量的醇、醛、酸等，后者將進一步反應生成聚合物，使整個體系的粘度增加，使纜膏出現(xiàn)老化現(xiàn)象，同時氧化過程還有析氫作用，影響光纜傳輸性能，故纜膏在生產時須加入抗氧劑，以阻止自由基的產生引起的連鎖反應。

光纜阻水填充油膏的氧化誘導期的測量，是一種加速老化試驗，根據(jù)纜膏在高溫下（190+0.5℃）測得的OIT，推算其在常溫下的使用壽命。按YD/T 839.4-2000標準，冷應用型光纜填充膏的OIT應不小于20min，才能保證常溫下的正常使用壽命。氧化誘導期的測量可在差動熱分析儀上測量纜膏樣品的DSC曲線來得到OIT值。DSC曲線是一吸熱-放熱曲線，如圖1所示。

圖1  DSC曲線

當溫度從室溫開始上升時，光纜阻水填充油膏樣品在熔融溫度下發(fā)生吸熱融化，因纜膏是多組分材料，各組分熔點不盡相同，因而熔融峰的溫度范圍較寬，當纜膏樣品開始氧化時產生放熱反應，從而更方便在DSC曲線上讀出OIT值。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，由于生產過程中，纜膏會有一定的受熱作用，造成抗氧劑少量損失，在成纜中的纜膏的OIT值相對于纜膏原材料要降低約百分之5～8，不同原材料損失量稍有差異，故在選擇纜膏時，要充分考慮到這一點。

   4、油分離 

 纜膏的性能指標有很多，其中油分離直接影響到纜膏的使用壽命。纜膏主要由基礎油和稠化劑組成，當基礎油從油膏中分出后，稠化劑的比例就相應加大，若分油嚴重，將導致纜膏錐入度變小，在低溫時變硬，附加應力增加，從而影響光纜傳輸性能。

      由于纜膏本身是一個膠體分散體系，其基礎油和稠化劑不是通過化學鍵結合在一起，而是通過氫鍵、分子間的范德華力和吸附力使油分散在稠化劑中，這樣的體系本身是不穩(wěn)定的，當體系受到外力或油分子自身重量相互擠壓其力量大于氫鍵和范德華力等吸附力時，油就會從膠體分散結構中分離出來，時間越長，分出的油就越多，且分油速度逐漸減慢。由于分出一部分油后，纜膏中的稠化劑量相對加大，吸附油的能力就增強，在一定條件下，稠化劑的吸附力與油分子重力達到平衡，就不再有油分出。

      生產中使用的纜膏，通常放置時間比較短，油分離值較低，但不能說其質量就好。油分離與添加劑的種類、使用量、在基礎油中的分散程度息息相關，由于纜膏的觸變性能，如其網架結構不穩(wěn)定，纜膏在生產及使用過程中，油分離量會逐漸加大，嚴重影響產品質量，故在選擇纜膏時，要考慮到油分離與時間的關系，要選擇隨時間推移油分離量較少的纜膏，即要選擇體系穩(wěn)定的纜膏。

      5、析氫值   

光纜結構中，如果纜膏析氫值較大，氫氣會通過滲透和擴散進入光纖，造成光纖的氫損，光纖的氫損從本質上講，是氫氣滲透、擴散入光纖玻璃之中，和玻璃中的缺陷發(fā)生反應，在一些特征波長上造成光纖衰減增加的過程，這種過程包括物理和化學過程兩個方面。物理過程主要是指氫氣在光纖玻璃中的擴散過程，這個過程中，氫分子并未和玻璃的缺陷發(fā)生反應，因此其造成的氫損也僅僅和滲透進纖芯的氫分子的吸收光譜特性有關。這類氫損大小只與光纖中氫分子濃度有關，溫度高時光纖玻璃中溶入的氫少，造成的氫損就小。其過程也是可逆的，當外界不存在氫氛圍，光纖中的氫又可滲出，氫損消除。氫損的化學過程在于，氫分子在玻璃中擴散的同時，氫將和玻璃中存在的缺陷發(fā)生反應，形成某些特定的化學鍵，這些化學鍵的本征振動或高次振動模，同樣會在其特征波長上造成衰減增加，這種氫損是永遠的。

      析氫的測試是對常態(tài)析氫過程的一種加速模擬過程，采用氣相色譜儀進行測定。通過收集一定溫度下，經一定時間后，纜膏釋放的氣體進行分析，確定是否析氫。具體操作為：將100g試樣裝入潔凈干燥的玻璃瓶中，用可抗高溫且不會產生氫氣的塞子密封，放入烘箱中在80℃下保持24hr，用注射器自經過熱老化的試樣玻璃瓶中抽取1ml試樣，立即注入色譜儀。連續(xù)注射2次以上氣體，量取氫的峰高。實驗過程中，為使玻璃瓶內體積平衡及所取樣品氣體均勻，取氣同時應補入相同體積的空氣，且在針頭扎入瓶中后，應反復推、吸，測定完畢后，測出瓶內的空間體積。根據(jù)空間體積及補入的空氣的體積，算出試樣產生的氣體總體積，從而計算熱老化析氫值。

      由于纜膏析氫量加大，會在光纜內部保持一定的氫氣氛，光纖氫損的物理與化學過程同時發(fā)生，造成光纖附加損耗增加，降低光纜的傳輸性能，故在生產中應使用析氫值較低的纜膏，一般以析氫（80℃，24h）小于0.1ul/g為宜。

6、相容性   

纜膏的相容性是指纜膏與光纜材料在長期接觸使用過程中，不會導致其結構變化，機械性能和電性能變壞，即纜膏不會與其它材料產生明顯的物理和化學作用。雖然相容性與被考察的兩種材料的化學結構和化學成分有關，但由于纜膏的成分相對于光纜中的其它材料更復雜，且具有一定的流動性，可與其它材料充分接觸，故在考慮光纜中材料的相容性時，纜膏是相當關鍵的。相容性差的纜膏對塑料和纖維等材料產生溶脹和增塑，導致對其組織和結構重組，內應力加大，易造成開裂，使抗張強度下降，不良纜膏還可以使金屬復合帶起泡或分層。另外不同的纜膏與不同的材料相容性的結果也會不同，沒有一定的規(guī)律性，因此相容性是針對不同的纜膏與不同材料長期相接觸所表現(xiàn)出的性能變化。纜膏的相容性關系到光纜的壽命，是特別重要的性能。只要與纜膏接觸的到的光纜材料，都要考慮與它們的相容性，目前這些材料主要包括PBT（聚對苯二甲酸丁二醇酯）、PA（聚酰胺）、PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、鋼塑復合帶、鋁塑復合帶、鋼絲、FRP等。相容性的測定方法是將有關材料制成一定的試樣，將纜膏與其它材料相浸潤，按規(guī)定時間和溫度進行老化，然后測定該材料老化前后的參數(shù)變化，如松套管材料的質量變化、拉伸性能（包括屈服強度、斷裂強度、斷裂伸長）變化和氧化誘導期變化；護套材料的質量變化、拉伸性能（包括屈服強度、斷裂強度、斷裂伸長）變化和氧化誘導期變化；鋼塑復合帶、鋁塑復合帶的質量變化、有無起泡或分層現(xiàn)象。

保證纜膏與其它材料的相容性，與纜膏的基礎材料和工藝質量息息相關。纜膏的配方合理和配料穩(wěn)定以及生產過程的嚴格控制是保證纜膏與其它材料的相容性的前提。故在生產中我們應選擇基礎材料好、配方和工藝穩(wěn)定的纜膏，以保證其相容性滿足性能指標。

7、閃點   纜膏應保證在光纜試驗和適用的整個溫度范圍內不自燃，閃點越高，表示纜膏在空氣中自燃的可能性越小。纜膏閃點的高低取決于基礎油質量的大小，輕質油或含輕質組分多的基礎油，其閃點就低，反之亦然。纜膏的閃點與其揮發(fā)度也有一定聯(lián)系，閃點低，揮發(fā)度就大，將影響填充膏的長期使用性能，故生產中應選用閃點大于200℃的纜膏。

8、滴點   滴點是反映纜膏熱性能的一個指標，纜膏在規(guī)定條件下加熱會隨溫度升高而變軟，從脂杯口滴下一滴油時的溫度即為滴點。滴點的高低表示纜膏在使用時所能受熱的程度，故只要滴點高于纜膏生產和使用的Z高溫度，一般都能達到使用要求。過高的滴點可能會犧牲纜膏的低溫性能，導致針入度降低、比重加大、酸值增加等結果，通常纜膏滴點大于150℃即可。

9、酸值  酸值表示纜膏內游離酸的含量，中和1g纜膏所需的氫氧化鉀的毫克數(shù)即為酸值。酸值是預測纜膏腐蝕性的指標，并反映對析氫的影響。

由于纜膏組分中，包含了一些酸性組分，有一定的酸值是正常的，但酸值太大，表示游離酸含量過大，則對周圍材料產生影響，如氧化、腐蝕等。纜膏在長期的貯存和使用過程中氧化變質時，酸值也會加大，因此酸值大小的變化也可作為纜膏氧化穩(wěn)定性的衡量適度。在生產中，纜膏酸值一般要求低于1.0mgKOH/g。

10、蒸發(fā)量   在纜膏的長期使用和儲存期間，由于基礎油的揮發(fā)導致纜膏有變干的傾向，因而蒸發(fā)量的大小主要取決于基礎油的性質。纜膏經長期揮發(fā)后，會變稠、滴點降低、酸值加大，導致錐入度減小。因此蒸發(fā)量應越小越好，在生產中應選擇蒸發(fā)量較小的纜膏，通常蒸發(fā)量值應小于百分之1.0。

11、吸水時間  從纜膏的發(fā)展看，現(xiàn)在阻水型纜膏已被人們越來越多的應用到生產中。與抗水型纜膏相比，其膏體內含有吸水物質，當有潮氣或水分進入纜芯時，其吸水物質能夠迅速吸水膨脹，形成凝膠，堵塞縫隙，避免了普通抗水型纜膏由于填充不均勻引起的縫隙滲水現(xiàn)象。吸水時間就是纜膏游離入水層中將水轉變成膠體，當膠體完全形成所用的時間。吸水時間越短，說明纜膏的吸水速率越快，阻水效果就越好，故生產上通常選用吸水時間較短的纜膏。

附：電纜和光纜用阻水帶技術規(guī)范

1 范圍

本規(guī)范規(guī)定了電纜光纜用阻水帶（以下簡稱阻水帶）材料的分類、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸及貯存。

2 相關標準

2.1執(zhí)行標準 

電纜和光纜用阻水帶JB/T10259-2001

2.2引用標準

GB/T450    《紙和紙板試樣的采取》

GB/T462    《紙和紙板水份的測定法》

GB/T60003 《非織造布單位面積質量的測定》

FZ/T60004 《非織造布厚度測定》

3 產品分類

產品分類符合表1規(guī)定。

表1   阻水帶的表示方法

4 技術要求

4.1外觀

阻水帶應纖維分布均勻，表面平整，無皺紋、折痕和磨損，幅邊無裂口、不分層，并無粉狀材料脫落，成盤后卷繞緊密，盤面光滑。

4.2厚度、單重、膨脹速率及膨脹高度

見合表2規(guī)定。 

表2   阻水帶的規(guī)格及阻水性

4.3寬度、長度

阻水帶的寬度、長度符合表3規(guī)定。

表3  阻水帶的寬度和長度要求

4.4其它性能

阻水帶其它性能符合表4規(guī)定。

表4  阻水帶的物理性能和化學性能

4.5阻水帶的接頭要求

盤長為500m及以下的阻水帶應無接頭，大于500m時允許有一個接頭。接頭處的厚度不超過原厚度的1.5倍，斷裂強 力不小于原指標的百分之80。接頭用粘接帶應與阻水帶基材性能一致，并有明顯標識。

5 試驗方法

試驗方法符合表5的規(guī)定。 

 表5   阻水帶的相關試驗

6 檢驗規(guī)則

6.1檢驗方法及要求

6.1.1合格供方生產的阻水帶（在一年內未發(fā)生質量問題而退貨），作隔批抽檢。

6.1.2新廠家供應的阻水帶應每批抽檢，連續(xù)五次抽樣均合格的轉為隔批抽檢。

6.1.3定點廠家的阻水帶抽檢一次不合格的按首批供貨材料規(guī)定抽檢。

6.1.4對每批阻水帶須附有供方材料的質保書或檢測報告。

6.1.5抽樣方法：每規(guī)格取2卷及以上。

6.2檢測項目

6.2.1可檢項目為厚度、抗拉強度和斷裂伸長率。

6.2.2對于無法檢測的性能依據(jù)生產廠商的檢測報告或質保書驗收。

7 包裝

產品應采用成盤包裝，每盤封裝一塑料袋，若干盤合裝于大塑料袋內，然后與阻水帶盤徑相宜的紙箱，包裝箱內應有產品質量合格證。

8 標志

每盤產品應標有產品名稱、代號、規(guī)格、凈重、盤長、產品批號、制造日期、標準編號及廠名等，還有其它如“防潮、防熱”等標志。

9 附件

阻水帶交貨時須附有產品合格證和質量保證書。

10 運輸

產品應避免潮濕和機械損傷，要保持清潔、干燥、不受污染，包裝完整。

11 貯存

應避免陽光直射，貯存在干燥、清潔、通風的庫房內，貯存期從制造日期起為12個月，超過期限時，按標準重新進行檢驗，檢驗合格后，則仍可使用。