光纜用無鹵低煙護套料極限性能測試研究與探討

[關(guān)鍵詞]無鹵低煙；護套料；極限性能；測試研究

引言

隨著5G基站的大量建設(shè)，通信市場對無線射頻拉遠光纜的需求越來越多；同時隨著5G前傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟，通信市場對光纜的使用壽命、光纖傳輸性能及光纜外護套保護性能的要求也不斷提高。為延長光纖的傳輸壽命，運營商和設(shè)備商對其護套材料的耐機械性能、耐熱性能、耐環(huán)境性能、耐紫外性能等提出了更嚴格的要求，因此各種護套材料的應(yīng)用性能和極限性能也受到了重點關(guān)注。

眾所周知，無鹵低煙材料是由聚烯烴作為基脂，添加有阻燃劑、增韌劑、潤滑劑、抗氧劑等助劑的混合聚合物。這種材料特點雖然具有良好的阻燃性能和抗UV性能，但由于添加了大量阻燃劑，會降低材料的拉伸強度，增加斷裂伸長率，從而降低抗老化性能，造成熱變形變大，柔軟度較差，耐潮濕性能較差，在被大量應(yīng)用于室內(nèi)外拉遠光纜外護套時，需要做嚴格的性能驗證。然而，目前行業(yè)中并沒有相應(yīng)的無鹵低煙材料不同廠家的極限壽命數(shù)據(jù)對比，也未查詢到材料壽命相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的定義，導(dǎo)致無鹵低煙材料護套的推廣與實際應(yīng)用存在較大的爭議。

因此，基于上述材料特性，本文主要對無鹵低煙材料的極限性能進行了分析研究，并選取了三種不同型號的膠料作對比驗證，驗證了不同原料配比的護套在不同極限環(huán)境下的表現(xiàn)，得出了相應(yīng)數(shù)據(jù)，以期為光纜廠家和材料廠家提供參考和指導(dǎo)，從而確保拉遠光纜的性能指標(biāo)和在嚴苛環(huán)境下的使用壽命。

一、測試項目及試驗方法

（一）拉伸性能測試

抗張強度和斷裂伸長率試驗按GB/T 1040.3-2006規(guī)定的方法進行，試樣為5型，厚度為（1．0±0．1） mm，試驗速度為（25±5） mm/min。

（二）熱老化性能測試

進行熱老化性能試驗的有效試片不少于5片，在本文表1規(guī)定的老化條件下，按GB/T 2951 .12-2008中8.1規(guī)定進行老化處理，然后按GB/T 1040.3-2006規(guī)定的方法進行抗張強度和斷裂伸長率的試驗。

（三）耐熱沖擊性能測試

耐熱沖擊試驗按GB/T 32129-2015附錄A規(guī)定的方法進行，準(zhǔn)備3個試樣，每個試樣長約127 mm，寬（6.0±0.1） mm，厚（3.0±0.1） mm，試驗溫度、時間、掛重等按本文表2規(guī)定條件進行。

（四）濕熱沖擊性能測試

濕熱沖擊試驗先按GB/T 32129-2015附錄A規(guī)定的方法卷繞好試樣，再按GB/T 2423.50-2012規(guī)定的條件進行濕熱老化。

（五）熱變形

熱變形試驗按GB/T 8815-2008的規(guī)定進行，試驗溫度、熱處理時間等按本文表4規(guī)定條件進行。

（六）耐環(huán)境應(yīng)力開裂

耐環(huán)境應(yīng)力開裂試驗按GB/T 2951.41-2008中第8章規(guī)定的方法進行?？墒褂弥傩粱ň垩跻蚁┟福═X-10）試劑的10%水溶液（體積濃度）。

（七）低溫沖擊脆化溫度

低溫沖擊脆化溫度試驗按GB/T 5470-2008規(guī)定進行，試樣厚度為（2．0±0．1）mm。試驗溫度按本文表6規(guī)定進行，每組取不切口試片30個，試驗完成后試片破裂個數(shù)應(yīng)不大于15個。

（八）抗UV老化

抗UV試驗按UL1581中1200，1-1200.15的規(guī)定進行，老化時間按本文表7規(guī)定進行。

二、實驗方法與設(shè)備討論

本次實驗選擇了三個廠家、三種不同型號的耐70℃無鹵低煙阻燃熱塑性護套膠料做極限對比驗證，且該款膠料主要是用于無線射頻拉遠光纜的外護套，現(xiàn)自定義命名為“廠家- 1#膠料、廠家二2#膠料、廠家三3#膠料”。以下實驗各取三種型號的膠料2 kg，用硫化壓板機和開煉機制成1、2、3 mm厚度不等的板片，并用沖壓機沖出若干5型啞鈴片，及若干板條、小板塊用于試驗。

試驗設(shè)備包含：多功能拉伸試驗機、高溫老化箱、干燥烘箱、熱變形工裝治具、耐環(huán)境應(yīng)力開裂儀、低溫沖擊試驗機，UV紫外線老化試驗機等。

（一）膠料拉伸性能和熱老化性能試驗對比

三種型號膠料各取20個制好的啞鈴片做拉伸和熱老化測試，試驗對比數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可以看出，常溫下3#膠料的抗張強度和斷裂伸長率最大，2#膠料的抗張強度和斷裂伸長率最小，1#膠料相較其他兩種膠料的數(shù)值處于居中的位置；繼續(xù)做熱老化試驗，溫度為100℃時，3款膠料的抗張強度和斷裂伸長率都是朝正值變化，且變化量均lt; 20%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；老化溫度提升到121℃時，3款膠料的抗張強度和斷裂伸長率均朝負值變化，其中3#膠料的斷裂伸長率變化量達到了-39.93%，超出了預(yù)期要求，2#膠料的變化量也較大，只有1#膠料的變化量相對穩(wěn)定；當(dāng)老化溫度提升到136℃時，3款膠料均出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，樣品失效未做拉伸測試。從數(shù)據(jù)對比可以得出，3#的膠料比較柔軟，柔韌性較好，但耐老化性能較差，極限溫度在121℃以下；2#膠料硬度較大，材料偏脆，耐老化性能居中，極限溫度在136℃以下：1#膠料軟硬度居中，耐老化性能較好，極限溫度在136℃以下。

（二）膠料耐熱沖擊性能試驗對比

三種型號膠料各取12個制好的長條樣品做耐熱沖擊測試，試驗對比數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2可以看出，3款型號膠料在130℃，掛重2 kg的條件下均無裂紋，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；在130℃，負載加重到5 kg條件下，1#膠料未見裂紋，2#和3#膠料均有斷裂，且3#斷裂的更嚴重；繼續(xù)升溫到150℃，掛重2 kg，1#膠料未見裂紋，2#膠料有2個樣品在夾持處有裂紋，3#膠料有斷裂；在150℃，負載加重到5 kg條件下，3款膠料均有斷裂。從數(shù)據(jù)對比可以得出，負載掛重增加要比溫度增加對樣品的破壞性更大，且2#和3#膠料的耐熱沖擊的極性條件為130℃、掛重5 kg以下；1#膠料的耐熱沖擊極限條件為150℃、掛重5 kg以下，表現(xiàn)最佳。且綜合分析數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)無論是溫度測試還是負載測試，1#膠料的綜合表現(xiàn)均更好。

（三）膠料濕熱沖擊性能試驗對比

三種型號膠料各取9個制好的長條樣品做濕熱沖擊測試，試驗對比數(shù)據(jù)如表3所示。

從表3可以看出，3款型號膠料在溫度85℃，濕度85%，掛重2 kg，500 h的條件下均無裂紋；在同樣條件下，時間增加到1，000 h，3#膠料有裂紋出現(xiàn)；繼續(xù)增加時間到2，000 h，3款型號膠料均出現(xiàn)裂紋。從數(shù)據(jù)對比可以得出，3#膠料的濕熱沖擊性能較差，極限條件為1，000 h以下；1#和2#膠料的濕熱沖擊的極性條件為2，000 h以下，且1#膠料的濕熱沖擊性能表現(xiàn)相對較好，該規(guī)律與表2的耐熱沖擊一致。

（四）膠料熱變形性能試驗對比

三種型號膠料各取6個制好的小方塊樣品做熱變形測試，試驗對比數(shù)據(jù)如表4所示。

從表4可以看出，3款型號膠料在溫度90℃、2h的條件下熱變形均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；溫度增加到100℃，3款型號膠料仍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；繼續(xù)增加溫度到120℃，1#和3#膠料熱變形量超過20%，2#仍然滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。從數(shù)據(jù)對比可以得出，1#和3#膠料的熱變形性能較差，極限條件為120℃以下，是由于這2款膠料偏柔軟，在高溫下形變量較大；2#膠料的熱變形性能最好，是由于該款膠料偏硬脆，在高溫下形變量小。

（五）膠料耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能試驗對比

三種型號膠料各取30個制好的小板塊樣品做耐環(huán)境應(yīng)力開裂測試，試驗對比數(shù)據(jù)如表5所示。

從表5可以看出，3款型號膠料在溫度50℃、96 h的條件下耐環(huán)境應(yīng)力開裂均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；時間增加到500 h，3款型號膠料仍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；繼續(xù)增加時間到1，000 h，2#和3#膠料出現(xiàn)微小裂紋，1#仍然未見裂紋。從數(shù)據(jù)對比可以得出，2#和3#膠料的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能較差，極限條件在1，000 h以下；1#膠料的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能最好，極限條件在1，000h以上。

（六）膠料低溫沖擊脆化溫度性能試驗對比

三種型號膠料各取120個制好的小長條樣品做耐低溫沖擊脆化測試，試驗對比數(shù)據(jù)如表6所示，試驗后樣品如圖1所示。

從表6可以看出，3款型號膠料在-25℃條件下都沒破裂，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；溫度降低到-40℃時，2#膠料全部破裂；降溫到-45℃，2#膠料全部破裂；繼續(xù)降溫到-50℃，1拌和3#膠料破裂數(shù)分別為16個和25個，不符合要求。從數(shù)據(jù)對比可以得出，2#膠料的低溫沖擊脆化性能最差，極限溫度在-40℃以上，主要是該膠料較硬脆，在低溫下更易斷裂；而1#和3#膠料的低溫沖擊脆化性能較好，極限溫度在-50℃以上，主要是這2款膠料的柔韌性好，在低溫下不易斷裂。

（七）膠料抗UV老化性能試驗對比

三種型號膠料各取15個制好的啞鈴片做抗UV老化測試，試驗對比數(shù)據(jù)如表7所示，試驗后樣品如圖2所示。

從表7中可以看出，3款型號膠料在300 h條件下抗張強度和斷裂伸長率變化量均＜15%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；時間提升到720 h時，3款膠料的抗張強度和斷裂伸長率均lt;20%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；時間增加到1，000 h時，2#膠料抗張強度和斷裂伸長率變化量超過20%。從數(shù)據(jù)對比可以得出，2#的膠料抗UV性能較差，極限時間在1，000h以下；1#和3#膠料抗UV性能較好，極限時間在1，000 h以上。

結(jié)語

通過對三款不同型號的無鹵低煙外護套材料的極限性能測試對比，可以得出1#膠料的綜合性能和極限性能最優(yōu)，該款料的阻燃劑、增塑劑、抗氧化劑等助劑的調(diào)配比列適中，使得1#膠料的熱老化，耐熱沖擊，濕熱沖擊，耐環(huán)境應(yīng)力開裂，低溫沖擊脆化，抗UV等極限性能上均有良好表現(xiàn)。3#膠料由于增塑劑和潤滑劑添加的比較多，材料偏柔軟，在熱老化，耐熱沖擊、濕熱沖擊、熱變形等極限性能上較差；在耐環(huán)境應(yīng)力開裂、低溫沖擊脆化、抗UV等極限性能上居中。而2#膠料由于添加了大量的阻燃劑，使得該膠料偏硬脆，低溫脆化溫度、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、抗UV等極限性能較差，但熱變形數(shù)據(jù)較好。因此，在無特殊環(huán)境作業(yè)需求情況下，選擇1#膠料會有較高的收益；在需要熱變形更為敏感的膠料且對于其他影響因素要求不高時可以選擇2#膠料；而在低溫、室外的環(huán)境中可以選擇3#膠料。

通過極限性能測試所得出的實驗數(shù)據(jù)及分析結(jié)論，可為光纜廠家在拉遠光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計，護套材料廠家和型號選擇，及光纜在嚴苛環(huán)境下的使用壽命評估方面提供有效幫助和參考。