[關(guān)鍵詞]無(wú)鹵低煙；護(hù)套料；極限性能；測(cè)試研究

引言

隨著5G基站的大量建設(shè)，通信市場(chǎng)對(duì)無(wú)線射頻拉遠(yuǎn)光纜的需求越來(lái)越多；同時(shí)隨著5G前傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟，通信市場(chǎng)對(duì)光纜的使用壽命、光纖傳輸性能及光纜外護(hù)套保護(hù)性能的要求也不斷提高。為延長(zhǎng)光纖的傳輸壽命，運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商對(duì)其護(hù)套材料的耐機(jī)械性能、耐熱性能、耐環(huán)境性能、耐紫外性能等提出了更嚴(yán)格的要求，因此各種護(hù)套材料的應(yīng)用性能和極限性能也受到了重點(diǎn)關(guān)注。

眾所周知，無(wú)鹵低煙材料是由聚烯烴作為基脂，添加有阻燃劑、增韌劑、潤(rùn)滑劑、抗氧劑等助劑的混合聚合物。這種材料特點(diǎn)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(huì)降低材料的拉伸強(qiáng)度，增加斷裂伸長(zhǎng)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(yuǎn)光纜外護(hù)套時(shí)，需要做嚴(yán)格的性能驗(yàn)證。然而，目前行業(yè)中并沒有相應(yīng)的無(wú)鹵低煙材料不同廠家的極限壽命數(shù)據(jù)對(duì)比，也未查詢到材料壽命相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的定義，導(dǎo)致無(wú)鹵低煙材料護(hù)套的推廣與實(shí)際應(yīng)用存在較大的爭(zhēng)議。

因此，基于上述材料特性，本文主要對(duì)無(wú)鹵低煙材料的極限性能進(jìn)行了分析研究，并選取了三種不同型號(hào)的膠料作對(duì)比驗(yàn)證，驗(yàn)證了不同原料配比的護(hù)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(yuǎn)光纜的性能指標(biāo)和在嚴(yán)苛環(huán)境下的使用壽命。

一、測(cè)試項(xiàng)目及試驗(yàn)方法

（一）拉伸性能測(cè)試

抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率試驗(yàn)按GB/T 1040.3-2006規(guī)定的方法進(jìn)行，試樣為5型，厚度為（1．0±0．1） mm，試驗(yàn)速度為（25±5） mm/min。

（二）熱老化性能測(cè)試

進(jìn)行熱老化性能試驗(yàn)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(jìn)行老化處理，然后按GB/T 1040.3-2006規(guī)定的方法進(jìn)行抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的試驗(yàn)。

（三）耐熱沖擊性能測(cè)試

耐熱沖擊試驗(yàn)按GB/T 32129-2015附錄A規(guī)定的方法進(jìn)行，準(zhǔn)備3個(gè)試樣，每個(gè)試樣長(zhǎng)約127 mm，寬（6.0±0.1） mm，厚（3.0±0.1） mm，試驗(yàn)溫度、時(shí)間、掛重等按本文表2規(guī)定條件進(jìn)行。

（四）濕熱沖擊性能測(cè)試

濕熱沖擊試驗(yàn)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(jìn)行濕熱老化。

（五）熱變形

熱變形試驗(yàn)按GB/T 8815-2008的規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)溫度、熱處理時(shí)間等按本文表4規(guī)定條件進(jìn)行。

（六）耐環(huán)境應(yīng)力開裂

耐環(huán)境應(yīng)力開裂試驗(yàn)按GB/T 2951.41-2008中第8章規(guī)定的方法進(jìn)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(yàn)按GB/T 5470-2008規(guī)定進(jìn)行，試樣厚度為（2．0±0．1）mm。試驗(yàn)溫度按本文表6規(guī)定進(jìn)行，每組取不切口試片30個(gè)，試驗(yàn)完成后試片破裂個(gè)數(shù)應(yīng)不大于15個(gè)。

（八）抗UV老化

抗UV試驗(yàn)按UL1581中1200，1-1200.15的規(guī)定進(jìn)行，老化時(shí)間按本文表7規(guī)定進(jìn)行。

二、實(shí)驗(yàn)方法與設(shè)備討論

本次實(shí)驗(yàn)選擇了三個(gè)廠家、三種不同型號(hào)的耐70℃無(wú)鹵低煙阻燃熱塑性護(hù)套膠料做極限對(duì)比驗(yàn)證，且該款膠料主要是用于無(wú)線射頻拉遠(yuǎn)光纜的外護(hù)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(shí)驗(yàn)各取三種型號(hào)的膠料2 kg，用硫化壓板機(jī)和開煉機(jī)制成1、2、3 mm厚度不等的板片，并用沖壓機(jī)沖出若干5型啞鈴片，及若干板條、小板塊用于試驗(yàn)。

試驗(yàn)設(shè)備包含：多功能拉伸試驗(yàn)機(jī)、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(yàn)機(jī)，UV紫外線老化試驗(yàn)機(jī)等。

（一）膠料拉伸性能和熱老化性能試驗(yàn)對(duì)比

三種型號(hào)膠料各取20個(gè)制好的啞鈴片做拉伸和熱老化測(cè)試，試驗(yàn)對(duì)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(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率最大，2#膠料的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)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(yàn)，溫度為100℃時(shí)，3款膠料的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)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(shí)，3款膠料的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均朝負(fù)值變化，其中3#膠料的斷裂伸長(zhǎng)率變化量達(dá)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(duì)穩(wěn)定；當(dāng)老化溫度提升到136℃時(shí)，3款膠料均出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，樣品失效未做拉伸測(cè)試。從數(shù)據(jù)對(duì)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(yàn)對(duì)比

三種型號(hào)膠料各取12個(gè)制好的長(zhǎng)條樣品做耐熱沖擊測(cè)試，試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2可以看出，3款型號(hào)膠料在130℃，掛重2 kg的條件下均無(wú)裂紋，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；在130℃，負(fù)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(yán)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(gè)樣品在夾持處有裂紋，3#膠料有斷裂；在150℃，負(fù)載加重到5 kg條件下，3款膠料均有斷裂。從數(shù)據(jù)對(duì)比可以得出，負(fù)載掛重增加要比溫度增加對(duì)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(wú)論是溫度測(cè)試還是負(fù)載測(cè)試，1#膠料的綜合表現(xiàn)均更好。

（三）膠料濕熱沖擊性能試驗(yàn)對(duì)比

三種型號(hào)膠料各取9個(gè)制好的長(zhǎng)條樣品做濕熱沖擊測(cè)試，試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)如表3所示。

從表3可以看出，3款型號(hào)膠料在溫度85℃，濕度85%，掛重2 kg，500 h的條件下均無(wú)裂紋；在同樣條件下，時(shí)間增加到1，000 h，3#膠料有裂紋出現(xiàn)；繼續(xù)增加時(shí)間到2，000 h，3款型號(hào)膠料均出現(xiàn)裂紋。從數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)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(yàn)對(duì)比

三種型號(hào)膠料各取6個(gè)制好的小方塊樣品做熱變形測(cè)試，試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)如表4所示。

從表4可以看出，3款型號(hào)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(hào)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(guò)20%，2#仍然滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。從數(shù)據(jù)對(duì)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(yàn)對(duì)比

三種型號(hào)膠料各取30個(gè)制好的小板塊樣品做耐環(huán)境應(yīng)力開裂測(cè)試，試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)如表5所示。

從表5可以看出，3款型號(hào)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(shí)間增加到500 h，3款型號(hào)膠料仍滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；繼續(xù)增加時(shí)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(duì)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(yàn)對(duì)比

三種型號(hào)膠料各取120個(gè)制好的小長(zhǎng)條樣品做耐低溫沖擊脆化測(cè)試，試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)如表6所示，試驗(yàn)后樣品如圖1所示。

從表6可以看出，3款型號(hào)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(shí)，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(gè)和25個(gè)，不符合要求。從數(shù)據(jù)對(duì)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(yàn)對(duì)比

三種型號(hào)膠料各取15個(gè)制好的啞鈴片做抗UV老化測(cè)試，試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)如表7所示，試驗(yàn)后樣品如圖2所示。

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

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)三款不同型號(hào)的無(wú)鹵低煙外護(hù)套材料的極限性能測(cè)試對(duì)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(rùn)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(wú)特殊環(huán)境作業(yè)需求情況下，選擇1#膠料會(huì)有較高的收益；在需要熱變形更為敏感的膠料且對(duì)于其他影響因素要求不高時(shí)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(guò)極限性能測(cè)試所得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析結(jié)論，可為光纜廠家在拉遠(yuǎn)光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，護(hù)套材料廠家和型號(hào)選擇，及光纜在嚴(yán)苛環(huán)境下的使用壽命評(píng)估方面提供有效幫助和參考。