摘要：本文通过对光缆护层用两种主要劣质材料(回收护套料和镀锡钢带)与正常护套料和镀铬钢带的实验分析、比较，探讨了相关的劣质材料和光缆的性能。
关键词：光缆护层，劣质材料，使用寿命

0  前言
    近几年来，我国的通信光纤光缆市场一直处于比较低迷的困境。一方面是光缆产能严重过剩，另一方面是光纤和光缆的价格持续走低。在这种形势下，光缆制造企业只有使出浑身解数，尽可能降低生产成本，增强市场竟争力。
    降低生产成本主要包括两方面：一是内部挖潜，降低消耗；二是降低原材料的采购成本。在过去，光纤在光缆的成本中占主导地位，随着光纤价格的下降，其它材料的成本比重越来越大。所以目前更多的光缆制造厂家在降低原材料采购成本时，最明显的表现是在原材料的选择上降低标准，有的甚至以次充好，这样带来的后果无疑是产品质量在某些方面的降低。
作为光缆的使用者，希望了解如何去识别材料的差异。本文将通过对光缆护层用两种主要材料的一些重要指标进行比较分析，通过对比来说明光缆质量的差别。一种材料的质量好，它应该好在什么地方，会对提高光缆性能及可靠性起哪些作用；对于质量差的材料该注意些什么指标，差的地方会对光缆性能及可靠性造成什么影响。
我们从市场上采购了两种现行廉价的光缆护层用的主要材料-----回收护套料和镀锡钢带。进行了材料测试、生产加工试验以及对生产出来的成品缆进行全性能测试，并对所有测试项目与正常护套料和镀铬钢带进行了比较。

1  聚乙烯护套料的比较
光缆的护套直接与外界环境相接触，所以护套材料的选择需要考虑多方面的因数。它应能有效地抵御一切外来的机械、物理、化学的损伤，并能适应各种敷设方式和应用环境，保证光缆有足够长的使用寿命。现在普遍使用的光缆外护套料为聚乙烯， 线缆行业使用的聚乙烯护套料主要有：LLDPE、MDPE、HDPE。MDPE和HDPE具有较高的硬度、杨氏模量，较低的热变形、磨耗、透水率和摩擦系数。早期的HDPE护套料有回缩大、耐环境应力和加工性能差等缺点；MDPE护套料则是结合了LLDPE和HDPE的优点，专为光缆开发的护套材料，具有更好的综合性能。近年来随着材料技术的发展，HDPE护套料的上述缺点也得到了解决。如上海石化采用北欧双峰技术开发生产的DH050T及DH170T。因此，它们都是适于制造光缆护套的材料。

1.1光缆护套料应满足的要求
1.1. 1加工性能
聚乙烯应具有优秀的流变性能，好的聚乙烯具有均一稳定的融熔指数。适于不同的缆径，能达到一定的挤出速度。稳定的挤出流量，保证产品几何形状、外观的完整性，即产品不会出现表面粗糙，皱纹，竹节，起泡，局部变细等。为了适应大规模生产，作为光缆的护套材料的批量间性能的稳定性也是至关重要的，因为批量之间的不稳定性而频繁调整挤出工艺势必会影响光缆的最终性能。质量不好的护套料，特别是回收护套料每一批内和批与批之间是很难保证其性能稳定性的，因此在挤出光缆护套时，需不断调整工艺参数，这样将最终影响到光缆质量的稳定。
1.1. 2低回缩性能
低收缩是光缆护套材料的重要参数之一，未受控制的回缩将使光缆发生变形，对光纤造成微弯或宏弯损耗，从而影响光缆的传输性能。开发低回缩的光缆护套料也是材料供应商致力发展的方向。就材料本身而言，影响回缩的因素有分子量、分子量分布、支链长度和支链密度等，另外护套料的反复加工过程也会影响护套料的收缩。
1.1. 3好的机械性能
对于光缆护套来说，机械性能方面需要考虑的有屈服强度，拉伸强度，断裂伸长率，耐磨性等。另外值得特别关注的是PE护套料机械性能的批量稳定性和老化前后的变化率。
1.1. 4耐侯性、耐环境性和老化性
护套材料直接与外界环境相接触，为了保证长期的的使用寿命，必需考虑气候和环境的影响。聚乙烯的老化和失效可能来自以下几个方面：
1.1.4.1耐热氧老化：
耐热氧老化用两方面的指标来评估，老化前后的机械性能变化率，另一点是氧化诱导期OIT，OIT与材料中抗氧剂的含量，类型和分散性密切相关。
1.1.4.2耐紫外线：
在聚乙烯护套料中，通常是采用添加炭黑来吸收紫外线。其阻挡紫外线的效果与炭黑的含量，适当的颗粒大小和类型，及其分散程度有关。在聚乙烯护套料的生产过程中，如果混合的工艺不过关，炭黑分散度和炭黑吸收系数是不容易达到要求或是不稳定的。如果炭黑分散度和炭黑吸收系数达不到要求，这样的材料在光缆敷设后就可能在抗紫外线老化方面存在隐患，特别是应用于架空光缆时。美国联碳公司对这方面进行过很深的研究，图1、图2展示了炭黑分散度的比较。图3、图4显示了2.6%含量炭黑护套料的抗紫外线曲线图。在电线电缆和通信电缆的应用中，实地经验已清楚地显示，掺有2.6%分散均匀的炭黑（微粒粒度低于20毫微米）的聚乙烯能在户外维持35年以上。
图1 炭黑分散程度较好                      图2 炭黑分散程度较差
图3聚乙烯在QUV测试机中的耐候性表现      图4 聚乙烯在户外的耐候性表现

1.1.4.3耐环境应力开裂：聚乙烯塑料在含有皂类、保湿剂、油或洗涤剂的环境中受到应力时，就会表现出机械性能失效而表面发生开裂。特别是管道缆和直埋缆所处的环境相当复杂，如果选用护套料不当将会直接影响光缆性能。

1.2  材料测试比较
   我们将回收护套料和正常护套料进行了对比测试结果见表1。从表1所列的测试结果可以看出，回收护套料的机械性能、耐侯性，耐环境性和老化性是极差的，这将直接影响光缆的使用寿命。正常护套料各项指标均能满足标准要求，对光缆的可靠性特别是光缆的使用寿命有足够的保障。
表1回收护套料和正常护套料测试结果比较
测试项目 标准值 测试标准 回收PE料实测值 测试结果 正常PE料实测值 测试结果
拉伸强度 20Mpa GB1040 19.7 不合格 21.4 合格
断裂伸长率 600% GB1040 85.8 不合格 821.9 合格
耐环境应力开裂 48h(0/10) GB2951.39 2/10 不合格 0/10 合格
200C氧化诱导期 30min GB2951.37 3.88 不合格 55 合格
炭黑含量 2.60.25% GB2951.36 1.276 不合格 2.68 合格
炭黑分散度 6分 GB15065-94附录A 3 不合格 8 合格
老化后强度变化率 25% GB2951.7 1.01 合格 0.9 合格
老化后伸长率 25% GB2951.7 -42.1 不合格 2.8 合格
与缆膏相容性试验 9% 1002C，240h.重量法 1.02% 合格 0.02% 合格

1.3  工艺试验
   光缆用户对材料的加工性并不关心，前面已经描述过，从材料的加工过程和产品表现也能反应出材料质量的优劣。
正常护套料加工时表面光滑，有光泽，挤出直径均匀，无刺激性气味。
回收护套料生产的缆表面毛糙，暗淡，有很多针眼并伴有杂质，挤塑时有较强的刺激性气味。挤塑模口四周沉积有大量杂质，见图5、图6。通过材料的加工特性，不难看出回收护套料的长期质量稳定性值得怀疑。

     图5 挤塑模口四周沉积有大量杂质             图6 挤塑模口掉下的杂质

1.4  成品缆测试
   我们分别用回收护套料和正常护套料生产了GYTS-18B1和GYTA-18B1两种结构的光缆，按YD/T901-2001《核心网用光缆，层绞式通信用室外光缆》，进行机械性能试验、温度循环试验和浸水试验。所有测试项目都能满足国家标准要求。

2  覆膜钢带的比较
2.1  覆膜钢带的性能
钢带在光缆原材料成本中占较大的比重。钢带由中间的基带和两面的聚合物薄膜(通常为EAA)组成。其性能要求主要有以下几个方面：
2.1.1机械性能
需要一定的强度和延伸率，强度主要是由基带提供，而延伸率也是考核基带的延伸率。
2.1.2粘接性能
这有三个方面的含义：一是钢带可以与聚乙烯护套粘合，二是钢带在纵包时搭接处需要自粘，三是聚合物薄膜与基带的粘合强度。粘接性能主要与聚合物薄膜所用材料的性能有关。
2.1.3相容性和抗腐蚀性
由于光缆中有油膏存在，金属复合带会长期与油膏接触，这就需要考虑与油膏的相容性。而相容性所观察的对象是看在油膏中基带与聚合物薄膜是否会起泡或分层。抗腐蚀性是指复合带在酸性或碱性环境中会不会分层或对基带造成腐蚀。

2.2  覆膜钢带的性能与其原材料选用的关系
比如复合钢带的基带，通常用镀铬钢带，镀铬层的特点是即在潮湿大气中很稳定，同时在一般酸性环境中也很稳定。这是因为金属铬本身在大气中极易氧化成一层极薄的钝化层。试验和长期的使用证明，镀铬钢带用在光缆复合带中的相当稳定可靠的。
   也有光缆厂家采用成本相对较低的镀锡钢带为基带的复合钢带。钢基镀锡板在干燥洁净的大气中具有良好耐蚀性，但镀锡层表面的孔隙是不可避免的，因此在潮湿大气和表面凝露或浸水条件下，易形成微电池发生腐蚀，尤其是在酸性或有微量盐份存在的环境中，腐蚀速度相当快。所以镀锡钢带往往不能通过光缆用金属复合带标准所规定的耐腐蚀性试验，而且由于Fe和Sn之间的电位差，腐蚀过程中微电池的形成，也极大增加了氢气生成的风险。
   我们分别采用镀铬钢带和镀锡钢带为基带的复合带，按照YD/T 723.1-94标准检测其抗腐蚀等级，其抗腐蚀等级结果见表2。
表2 镀铬钢带和镀锡钢带抗腐蚀等级比较
抗腐蚀等级 标准要求 测试结果 结论
镀铬钢带 ≥7 9 合格
镀锡钢带 ≥7 0 不合格
   将镀铬钢带和镀锡钢带浸泡于0.1mol/L盐酸中20天，结果镀铬钢带仅边缘有少量腐蚀，而镀锡钢带锈蚀严重，薄膜完全脱落，见图7、图8。
 

图7 镀铬钢带仅边缘有少量腐蚀        图8 镀锡钢带腐蚀严重，薄膜完全脱落
  
    将镀铬钢带和镀锡钢带浸泡于75C缆膏中7天，结果镀铬钢带无变化，即有很好的相容性，而镀锡钢带聚合物薄膜出现许多小泡泡，见图9所示，并且浸泡时间越长泡泡越多，也就是说，在此条件下镀锡钢带与缆膏的相容性较差。

       
            图9  浸泡于75C缆膏中7天后的钢带                    
   在目前国内市场的成本压力下，如镀锡这类的复合钢带在为数不少的光缆厂中还在采用，甚至包括一些大的光缆厂家。对光缆品质有着严格要求的用户，需要对最基本的原材料性能加以控制，以确保光缆的长期使用寿命。

2.3  工艺试验
   从我们试生产的1500米来看，镀锡钢带在生产中与镀铬钢带一样，没什么异常现象。即使是同种材质的基带，不同的品牌之间也有很大的质量差异。除了机械性能的差异之外，通常质量较差的金属带如国产的基带，会表现在均匀性差，缺陷较多，存在有孔洞，在生产制造过程中易断裂。

2.4  成品缆测试
   我们用镀锡钢带、镀铬钢带和回收护套料、正常护套料分别做成四个试验缆样品，对其粘合强度（包括钢带与钢带搭接处、钢带与PE护套料之间）进行测试，均能满足标准要求。
 
3  结论
    通过对光缆中主要护层材料-------护套料和钢带的性能要求、材料试验、实际工艺加工以及成品缆测试等的分析，我们可以得出以下结论：
   光缆的性能我们应该从两个大的方面来考虑，一是使用性，二是可靠性。作为使用性能，包括光学特性、机械性能、环境性能等；而可靠性则是基于对长期寿命的考虑。除了合理的光缆生产工艺和结构，材料性能的影响是非常关键的，特别对于光缆的可靠性是至关重要的。我们用回收护套料和镀锡钢带生产的光缆所有测试结果均能满足国家标准要求，也就是说光缆出厂验收可以保证合格，但其所用原材料在质量上存在缺陷，不能满足标准要求，可能会对光缆的可靠性带来潜在的问题，应引起光纤通信行业的高度关注。
——本篇论文转载自《中国第五届光纤光缆用材料技术研讨会论文集》。