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加 氢基础油在光缆填充油膏上的复合应用
  • 发布日期:2016-06-08
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内容摘要:

详细信息

 众所周知,加 氢基础油是提高润滑油质量的最有效手段,它 不仅体现在工矿设备、车辆润滑的使用上,而 且作为一种填充材料在光纤、光 缆油膏领域也得到了广泛应用。大家都知道,光 通信是靠光缆传输信息的,光 缆的核心材料是光纤,光 纤的保护神是纤膏和缆膏;光纤在水分、潮气和应力的作用下,会产生应力腐蚀,在 含氢环境中会产生氢损;光 纤一但受到腐蚀和氢损将会大大降低光缆信息的传输性能,也 就是说纤膏和缆膏的质量好坏,将 直接影响到光缆的传输性能。光 缆填充膏是光电缆中广泛采用的阻水材料,在光电缆中起着密封、防水、隔潮和缓冲防护作用,性 能优良的油膏能使光缆在各种严酷的自然环境和恶劣气候下,特别是在海底隧道、潮 湿地域等环境下更具阻水能力、抗冻性和耐高温性,从 而延长光缆的使用寿命。而 加氢基础油作为光缆填充膏的主要材料,其 性能优劣对油膏质量影响很大。

  加 氢基础油分为石蜡基与环烷基,其性能各有所长,各有不足,对 填充材料来说其石蜡基油的优点是:粘温性好、闪点高、密度小、生物降解好;其缺点是低温性差(倾点高)溶解性差、安定性差、分子结构不稳定、生物降体性好。而 环烷基油的性能正好与石蜡基油相反。

  本 文通过我公司几年来供应上海一家光通材料厂填充油膏的生产应用中,找 出基础油类型对填充油膏主要性能的影响。与大家一起讨论,以提高光纤、光 缆填充油膏的质量和性价比,促 进光通信行业科学健康地发展。

  1光纤、光 缆填充油膏的性能要求、基本组成、生产过程11光 纤性能要求以使用功能来分可分为纤膏(直接同光纤接触,适 用于光纤松套管内或大束管内、带状光缆用。

  主 要起保护光纤在管内柔软与弯曲等特性)和 缆膏不直接同光纤接触,适用于光缆、缆 芯的间隙及涂覆在缆芯包装外表面,用 于阻止水渗入光缆内)从 填充膏的触变性上看又可分为触变型和非触变型;从 组成上看又可分为矿物油膏、合成油膏和硅油膏(性能好但价格贵,所占比例较小))真 充膏的特性分析光缆填充膏的特性是在宽的温度范围内不溶化,而 且无相变或结构变化,在 低的温度时保持柔软性,温 度升高时没有滴流现象(一40~+80°C)油 膏在缆芯不发生泡涨、有良好的兼容性。无毒性、不含易燃物质,对人体皮肤没有过敏,可 用肥皂或洗洁精洗净,易擦拭干净。光 缆填充膏是一种可塑性的半流体,它 具有固体和液体的双重性质。从光缆使用的角度看,它有如下特点:光缆的理想缓冲材料,可 使光纤免受外界带来的应力损伤而导致的微弯损耗;粘度适中,触变性强,可在常温下填充;遇水膨胀阻水型:吸水速度快,吸水率高,阻水性能好;受热膨胀阻水型:遇热膨胀快,膨胀均匀,不硬不脆;优良的温度性能,且具有长期稳定性;与 光缆材料有良好的相容性,酸值小,耐氧化等;良 好的工艺性及质量稳定性。

  填 充膏的特性对光缆性能的影响有很多,如:闪点过低则易燃;滴 点过低则高温下易滴流;析 氢量过大会造成光损耗增加;与光缆元件(材料)相容性差,会使元件变形,强度和延伸率下降,影 响光缆的使用寿命等等。填 充膏的各种特性也有相关性,往 往一种特性的改善会伴随另一种特性的降低,如 滴点的增高可能会使锥入度降低。因此,填 充膏的特性是一个综合优化的结果,不 能只以某一个特性参数来衡量。

  填 充膏的相容性事关光缆的寿命,是特别重要的特性。根 据目前所涉及到的光缆材料,都 要考虑与它们的相容性。这 里不涉及以膏为准选择其他材料,还 是以其他光缆材料选择膏的问题,只 规定出相容性的界线。

  相 容性是考察油膏长期与光缆中的其他物质相接触时,是 否对其他材料产生溶胀而降低性能,是 否对其他材料造成腐蚀。虽 然相容性与被考察的两种材料的化学结构和化学成分都有关,但 由于油膏的成分相对光缆中的其他材料而言更复杂;而且有一定的流动性,可 与其他材料充分接触,所 以在考虑光缆中材料的相容性时,油膏是相当关键的。表1为 油膏与其他光缆材料的相容性试验。是 将其他材料浸在油膏中,在 一定高温下保持相当的时间达到加速老化,然 后测试材料的溶胀程度和其他性能的变化,如机械性能等。

  表1油 膏相容性试验材料名称光纤涂层及着色层套管材料金属包带钢塑。铝塑与铜。铝。钢 腐蚀性护套料试验条件80C相容性试验后不脱皮。不腿色不开裂不分层。不 起泡无腐蚀点机械性能好保证油膏与其他材料的相容性,除了大量的试验外,保 证油膏的配方合理和材料稳定以及生产过程的严格控制是很关键的,也 是决定成本和价格的关键。如 纤膏一般都使用石蜡基加氢油作为基础油,且大多采用进口原料(性能稳定)。缆 膏则采用国产环烷一中间基加氢油为基础油(价格较低)。

  (4)主要性能分析①锥 入度通常只是一个静态物理量,本 身既不能表征填充膏流变性能,也不能表明其触变性,但 在某些时候可以用来判定它软硬的程度,尤其对光纤填充膏,在一40~+80C温 度范围内希望膏的锥入度曲线越平坦越好,使 得光纤在缆内有最大余度的伸缩性,不会产生微弯损耗,保证光缆的可靠传输。因 此锥入度指标在光纤油膏中是非常重要的,所 以说光纤填充膏必须具有一定的锥入度和低温性能。既 要保证光缆在冬季和恶劣气温下顺利填充,又 要保证光纤在低温环境下的使用性能。

  闪 点体现填充膏在空气中自燃的可能性,应 保证在光缆试验和使用的整个温度范围内不自燃。滴 点是反映在一定的条件下,填 充膏在试验过程中达到一定流动性的温度。滴 点的高低可直接影响到光缆的使用温度,为 使通信光电缆在较高温度下安装铺设或运行过程中填充膏不流失和滴落,因 此要求填充膏的滴点越高越好。现国家行业标准规定,纤 油分离是考核在一定温度下油从填充膏中分离出来的数量。若油分离过大,则 在使用过程中油易从缆芯中分离滴落,将导致油膏变硬,从而对缆芯产生应力,影响光缆的传输质量;填 充膏的油分离量随温度升高而增加,理 论上讲油分离越小越好,但 规定的太小将会给制造带来困难,从 性价比上看也是值得考虑的。油 分离量直接影响到相容性和光缆滴流特性。

  对于环境应用而言,填充膏必须具有粘度,这 样就可以与生产同步把填充膏填入挤塑管或缆芯中。对于冷填充膏,其 应具有剪切稀化功能,即 填充膏的粘度随剪切速度上升而下降,变 成一种在环境温度下注入的流性液体,其 原因在于粒状键的断裂及其分子取向的变化。因 此光缆填充膏应具有触变性能。当它受到剪切作用时,随 剪切率的增加粘度下降。而在一定剪速下,随着时间的延长,剪切应力下降,粘度降低。当达到一定时间后,剪切力不再变化,当 停止剪切后粘度又开始缓慢上升,这种过程不完全可逆。因此选择合适的粘度,在 缆膏加工过程和长期使用中是非常重要的。一般来讲:粘 度既不能过小也不能过大,因 为光缆在加工过程中希望粘度小些,便于填入缆芯,但 粘度太小则加工时填充膏易流失,在 缆芯受力时起不到缓冲的作用;而若粘度过大,影响缆芯的自由伸缩,易产生应力集中,造成微弯和大弯损耗。

  析氢、酸值和氧化诱导期(OT众多资料表明,填 充膏的析氢是影响光缆传输衰减的重要因素之一,因 填充膏中有油和触变剂,它的表面存在一OH基团,当 其长期使用时可产生氢气,氢 气渗入光纤时腐蚀玻璃纤维,导致光纤强度下降,损耗增加。同 时由于填充膏的组成中有油和添加剂,这 就包含了许多酸性组分,若 酸性过大则对周围材料产生影响(如氧化、腐蚀等)还 可能在水的作用下产生或Off离子作用于光纤表面,对 光缆的传输性能造成不良影响,因此对填充膏而言,应 严格控制其析氢和酸值。酸 值可预测填充膏的腐蚀性,并反映对析氢的影响,但影响有多大,有待进一步研究;氧 化诱导期即反映产品的氧化安定性,它 表明填充膏的抗氧化能力,这 对填充膏的使用和贮存都很有意义。表2为 填充膏在同一温度不同时间老化后的析氢量和氧化诱导期,从表2中 可以看出填充膏在连续高温条件下,析氢量会逐渐增加,氧化性能变差。

  表2填 充膏析氢和氧化诱导期试验试验条件析氢量/义Lg 12基 本组成填充油膏的主体部分,一般占油膏约70% ~90%,填 充油膏的性能大多取决于基础油的类型和组成。

  ~15%.一般使用锂皂、钙皂、复合锂皂,它 的主要作用是能在基础油中分散和形成结构骨架,并 使基础油被吸附和固定在结构骨架中,从 而形成具有塑性的半流体状油膏。稠 化剂为油膏这种胶体结构分散体系的分散相,而 基础油为体系的分散介质。

  用量不超过5%,主 要有抗氧剂和增粘剂。用 于改善油膏的氧化安定性及提高调整稠度。

  13生 产过程光纤填充膏工艺流程(见)光 缆填充油膏工艺流程(见)皂 化法工艺过程是一种化学过程。从光缆填充膏的组成、生产过程看,它与工业用润滑脂极为相似,可 以说它是一种特殊的润滑脂。

  2光 缆填充油膏基础油的主要类型及其作用机理与工业润滑脂相仿,用 于填充膏的基础油主要有矿物油(加氢基础油)、合成油与植物油等,因 价格及性能方面的限制后两类应用较少,所 以我们以矿物类加氢基础油来阐述。加 氢基础油具有饱和烃含量高、低硫、低氮、低芳烃含量,优良的热氧化安定性,较低的挥发度、良 好的粘温性能等优点。一 般分子的碳原子数在Co~0*包 括含有不同烃类的组分,表3列 出了基础油的组成与其重要理化特性的关系,表4列 出了基础油中各组分的氧化性能与对抗氧剂的感受性。

  表3基 础油的组成与其重要理化特性的关系项目正构烷烃异构烷烃环烷烃粘温性质优良蒸发损失低较高低温流动性差优良氧化安定性优良溶解能力差良表4基 础油中各组分的氧化性能与烃组成对抗氧剂的感受性基础油组分氧化性能对抗氧剂的感受性烷烃、环 烷烃容易氧化生成酸有较好的感受性烷基苯、烷基萘相当稳定,氧 化生成酸中等抗氧剂感受性环烷苯容易氧化感受性不好续表基础油组分氧化性能对抗氧剂的感受性多环芳烃氧化生成油泥与硫化物感受性不好含硫化合物是天然抗氧剂,但容易被氧化,最 佳与抗氧剂有协同作用氮氧化合物氧化促进剂能加速抗氧剂的消耗石蜡基加氢油一般含烷烃住要为异构)超过50%粘度指数高、倾点高、密度小、胶质含量低;而 环烷基油环烷烃含量超过50%(多 为双环或三环烷基衍生物)其 性能恰恰与石蜡基油相反。一 个好的基础油其组成应有一适当的范围,它 取决于各种性能的综合平衡,并与原油的类别、加工工艺有关。由于基础油中烷烃、环烷烃具有不同特性,因 而对填充油膏的锥入度、闪点、滴点、油分离、析氢量、酸 值和氧化诱导期的影响各不相同,有利有弊。从 胶体化学的角度来看,填 充油膏是一个稠化剂为分散相和一个非极性(基础油)液 体为分散介质的两相结构的胶体分散体系。所谓分散体系,是 指一种物质以微粒状态分散到另一种物质内形成的一种稳定体系。这 两种组分既不是简单的溶角解也不是简单的混合,其 安定性取决于分散相的表面和分散介质的吸引力。填 充油膏和稠化剂分子或分子聚结体在基础油中形成三维的结构骨架,基 础油就被维系在这种结构的骨架的空隙里,如 同一块海绵体浸满了液体一样。

  3两 类加氢基础油及复合使用制得的光缆油膏性能比较光纤、光 缆油膏的质量从原材料来讲主要取决于基础油的性能。为 了考察不同类型加氢基础油对油膏质量的影响,我 们分别以加氢石蜡基油、加 氢环烷基油生产的纤膏、缆 膏的典型数据以及用两种油复合使用生产的纤膏、缆 膏的数据进行了比较。

  表5是 分别以加 氢石蜡基油和加氢环烷基油为基础油生产的光纤填充膏典型技术数据;表6是 分别以加 氢石蜡基油和加氢环烷基油为基础油生产的光缆填充膏典型技术数据;表7是以两种加氢基础油(:1)复 合使用生产的光纤填充膏典型技术数据;表8是以两种加氢基础油(:1)复 合使用生产的光缆填充膏典型技术数据。

  表5以 加 氢石蜡基油和加氢环烷基油为基础油生产光纤填充膏(YD/T839.检 验项目标准要求检验结果石蜡基油环烷基油试刀<法外观均质、无 外来杂质无色透明目测滴点/C密度/g.m锥入度八0lmm颜色稳定性(130*C,氧化诱导期(190*C)/min闪点/C析氢值(80C蒸发量(80*C,析油(80C抗水性(20C不 解体合格粘度流动性(25*C、D=50s酸值相容性(80C不开裂、不分层合格腐蚀性(80C无腐蚀点合格表6以 加氢石蜡基和加氢环烷基油为基础油生产光缆填充膏(YD/T839检 验项目标准要求检验结果试验方法石蜡基油环烷基油外观均质、无 外来杂质无色透明目测滴点/C锥入度八0lmm氧化诱导期(190*C)/mjn闪点/c析氢值(80*C,蒸发量(80*C,析油(80C抗水性(20C不 解体合格粘度流动性(25C:、D=50s酸值相容性(80C不开裂、不分层合格腐蚀性(80*C无腐蚀点合格表7两种加氢基础油(1:1)复 合使用生产光纤填充膏(YD/T839.检 验项目标准要求检验结果国外同类产品试验方法外观均质、无 外来杂质无色透明目测滴点/C密度/g.m锥入度八0lmm颜色稳定性(130C氧化诱导期(190C)/mjn闪点/C析氢值(80*C,蒸发量(80*C,析油(80C抗水性(20C不 解体合格粘度流动性(25*C、D=50s酸值相容性(80C不开裂、不分层合格腐蚀性(80C无腐蚀点合格表8两种加氢基础油(11)复 合使用生产光缆填充膏(YD/T839.检 验项目标准要求检验结果国外同类产品试验方法外观均质、无 外来杂质无色透明目测滴点/C密度/g.m锥入度八0lmm续 表检验项目标准要求检验结果国外同类产品试验方法氧化诱导期(190*C)/mjn闪点/c析氢值(80*C,蒸发量(80*C,析油(80C抗水性(20C不 解体合格粘度流动性(25C:、D=50s酸值相容性(80C不开裂、不分层合格腐蚀性(80*C无腐蚀点合格~表8评 价结果可以看出以下几点:在 合理配方和工艺条件下,以加氢石蜡基、环 烷基和两者复合使用为基础油生产的纤膏和缆膏产品皆能达到国家通信行业标YD/T839. 3―2000规定的质量指标,在 目前国内市场上均能占有一席之地。

  以 加氢石蜡基为基础油生产的纤膏和缆膏优势在于:滴点高,密度小,闪点高;粘温性能较环烷基优;氧 化安定性较环烷基良。弱点在于:胶体安定性差;低温差,析油与蒸发量偏大。

  以 加氢环烷基为基础油生产的纤膏和缆膏优势在于:低温好,胶体安定性优良;析油与蒸发量小;与光缆材料相容性良。弱点在于:粘温性能差;密度大,闪点低。

  以两种(加 氢石蜡基油和加氢环烷基油,混合比为11)复 合使用为基础油生产的光纤光缆填充油膏产品的质量优势在于:具 有优良的胶体安定性,胶体结构稳定,不收缩,体系不分油。

  具 有优良的氧化安定性,油膏体系酸值小,蒸发量也较小,这 与复合基础油的化学组成(烷烃、环烷烃)有很大关系。

  根据试验数据得知,复合后的纤膏与缆膏,在 与所有光缆材料相容性和腐蚀性试验中,都 较其他两种石蜡基和环烷基)纤膏和缆膏好。

  复合型(石蜡基和环烷基)所 制得的纤膏和缆膏综合了石蜡基与环烷基油膏的性能优势,兼 具两类油膏产品的优点,相 对掩盖了两类油膏的缺点,故该产品具 有优良的胶体安定性,氧 化安定性和满意的相容性。

  4讨论(1)用 复合型基础油生产的纤膏和缆膏,其 质量和性能皆符合国家通信行业标准YD/T839.3―2000通信电缆、光 缆用填充和涂覆复合物)的要求,但由于体系属性、构型有别,产品性能各有特色,用户可根据需要,选 择符合自己使用要求的光纤光缆填充油膏产品。

  为 不断提高纤膏与缆膏产品的质量和性能,用 心研究各类基础油的特性、结构以及在纤膏、缆膏中的作用机理;研究纤膏缆膏的组成、配 方和制备工艺对油膏结构与性能的关系,只有这样,油 膏生产厂才能从根本上处理好产品配方工艺与质量、性能之间的关系,有 的放矢地实现产品成本与质量、性能的有机统一。

  复合型纤膏、缆 膏其产品质量水平达到并优于国外同类产品的先进水平,对 于提高我国光通信产业的整体水平有着十分重要的积极作用,也 为加氢基础油开辟了新的应用领域。

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