李力軍　沈江波　王海園

摘要：加氫基礎(chǔ)油作為光纜填充膏的主要材料，其性能的優(yōu)劣對油膏質(zhì)量影響很大，礦物型加氫基礎(chǔ)油分環(huán)烷基和石蠟基兩大類（中間基介于兩者之間），其理化性能各有所長。文章從采用不同類基礎(chǔ)油為原料生產(chǎn)的光纜填充油膏（纖膏、纜膏）的質(zhì)量方面，分析了加氫環(huán)烷基油與加氫石蠟基油的優(yōu)劣，并找出基礎(chǔ)油類型對填充油膏主要性能的影響。提出了復(fù)合使用兩類基礎(chǔ)油，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補(bǔ)、缺陷相抵、性價最優(yōu)的效果。

關(guān)鍵詞：加氫基礎(chǔ)油；光纜填充油膏；復(fù)合應(yīng)用

中圖分類號：TE626.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

The Complex Application of Hydrotreated Base Oils in Optical Fiber Cable Ointment

LI Li-jun, SHEN Jiang-bo, WANG Hai-yuan

(Kunshan Xinhuan Petrochemical Co.,Ltd, Kunshan 215333, China)

Abstract:Hydrotreated base oils are the main materials for optical fiber cable ointment. The quality of ointment will be greatly affected by the base oil. Hydrotreated naphthenic and paraffinic mineral base oils have their own features. Based on the quality of filling ointment in optical cable (optical fiber and cable ointments) produced from different base oils, the advantages and disadvantages of naphthenic and paraffinic base oils and their impacts on the optical fiber cable ointment were analyzed. And the complex application of these two kinds of base oils was put forward. The results showed that the ointment products are cost-benefit and have excellent performances.

Key words:hydrotreated base oil; optical fiber cable ointment; complex application

0 引言

眾所周知，加氫基礎(chǔ)油是提高潤滑油質(zhì)量的最有效手段，它不僅體現(xiàn)在工礦設(shè)備、車輛潤滑的使用上，而且作為一種填充材料在光纖、光纜油膏領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。大家都知道，光通信是靠光纜傳輸信息的，光纜的核心材料是光纖，光纖的保護(hù)神是纖膏和纜膏；光纖在水分、潮氣和應(yīng)力的作用下，會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，在含氫環(huán)境中會產(chǎn)生氫損；光纖一但受到腐蝕和氫損將會大大降低光纜信息的傳輸性能，也就是說纖膏和纜膏的質(zhì)量好壞，將直接影響到光纜的傳輸性能。光纜填充膏是光電纜中廣泛采用的阻水材料，在光電纜中起著密封、防水、隔潮和緩沖防護(hù)作用，性能優(yōu)良的油膏能使光纜在各種嚴(yán)酷的自然環(huán)境和惡劣氣候下，特別是在海底隧道、潮濕地域等環(huán)境下更具阻水能力、抗凍性和耐高溫性，從而延長光纜的使用壽命。而加氫基礎(chǔ)油作為光纜填充膏的主要材料，其性能優(yōu)劣對油膏質(zhì)量影響很大。

加氫基礎(chǔ)油分為石蠟基與環(huán)烷基，其性能各有所長，各有不足，對填充材料來說其石蠟基油的優(yōu)點是：粘溫性好、閃點高、密度小、生物降解好；其缺點是低溫性差（傾點高）、溶解性差、安定性差、分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、生物降體性好。而環(huán)烷基油的性能正好與石蠟基油相反。

本文通過我公司幾年來供應(yīng)上海一家光通材料廠填充油膏的生產(chǎn)應(yīng)用中，找出基礎(chǔ)油類型對填充油膏主要性能的影響。與大家一起討論，以提高光纖、光纜填充油膏的質(zhì)量和性價比，促進(jìn)光通信行業(yè)科學(xué)健康地發(fā)展。

1 光纖、光纜填充油膏的性能要求、基本組成、生產(chǎn)過程

1.1 光纖性能要求

（1）填充膏的分類

以使用功能來分可分為纖膏（直接同光纖接觸，適用于光纖松套管內(nèi)或大束管內(nèi)、帶狀光纜用。主要起保護(hù)光纖在管內(nèi)柔軟與彎曲等特性）和纜膏（不直接同光纖接觸，適用于光纜、纜芯的間隙及涂覆在纜芯包裝外表面，用于阻止水滲入光纜內(nèi)）；從填充膏的觸變性上看又可分為觸變型和非觸變型；從組成上看又可分為礦物油膏、合成油膏和硅油膏（性能好但價格貴，所占比例較?。?。

（2）填充膏的特性分析

光纜填充膏的特性是在寬的溫度范圍內(nèi)不溶化，而且無相變或結(jié)構(gòu)變化，在低的溫度時保持柔軟性，溫度升高時沒有滴流現(xiàn)象（-40～+80 ℃），油膏在纜芯不發(fā)生泡漲、有良好的兼容性。無毒性、不含易燃物質(zhì)，對人體皮膚沒有過敏，可用肥皂或洗潔精洗凈，易擦拭干凈。光纜填充膏是一種可塑性的半流體，它具有固體和液體的雙重性質(zhì)。從光纜使用的角度看，它有如下特點：

①光纜的理想緩沖材料，可使光纖免受外界帶來的應(yīng)力損傷而導(dǎo)致的微彎損耗；

②粘度適中，觸變性強(qiáng)，可在常溫下填充；

③遇水膨脹阻水型：吸水速度快，吸水率高，阻水性能好；受熱膨脹阻水型：遇熱膨脹快，膨脹均勻，不硬不脆；

④優(yōu)良的溫度性能，且具有長期穩(wěn)定性；

⑤與光纜材料有良好的相容性，酸值小，耐氧化等；

⑥良好的工藝性及質(zhì)量穩(wěn)定性。

填充膏的特性對光纜性能的影響有很多，如：閃點過低則易燃；滴點過低則高溫下易滴流；析氫量過大會造成光損耗增加；與光纜元件（材料）相容性差，會使元件變形，強(qiáng)度和延伸率下降，影響光纜的使用壽命等等。填充膏的各種特性也有相關(guān)性，往往一種特性的改善會伴隨另一種特性的降低，如滴點的增高可能會使錐入度降低。因此，填充膏的特性是一個綜合優(yōu)化的結(jié)果，不能只以某一個特性參數(shù)來衡量。

（3）填充膏的關(guān)鍵特性

填充膏的相容性事關(guān)光纜的壽命，是特別重要的特性。根據(jù)目前所涉及到的光纜材料，都要考慮與它們的相容性。這里不涉及以膏為準(zhǔn)選擇其他材料，還是以其他光纜材料選擇膏的問題，只規(guī)定出相容性的界線。

相容性是考察油膏長期與光纜中的其他物質(zhì)相接觸時，是否對其他材料產(chǎn)生溶脹而降低性能，是否對其他材料造成腐蝕。雖然相容性與被考察的兩種材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分都有關(guān)，但由于油膏的成分相對光纜中的其他材料而言更復(fù)雜；而且有一定的流動性，可與其他材料充分接觸，所以在考慮光纜中材料的相容性時，油膏是相當(dāng)關(guān)鍵的。表1為油膏與其他光纜材料的相容性試驗。是將其他材料浸在油膏中，在一定高溫下保持相當(dāng)?shù)臅r間達(dá)到加速老化，然后測試材料的溶脹程度和其他性能的變化，如機(jī)械性能等。

保證油膏與其他材料的相容性，除了大量的試驗外，保證油膏的配方合理和材料穩(wěn)定以及生產(chǎn)過程的嚴(yán)格控制是很關(guān)鍵的，也是決定成本和價格的關(guān)鍵。如纖膏一般都使用石蠟基加氫油作為基礎(chǔ)油，且大多采用進(jìn)口原料（性能穩(wěn)定）。纜膏則采用國產(chǎn)環(huán)烷-中間基加氫油為基礎(chǔ)油（價格較低）。

（4）主要性能分析

①錐入度

通常只是一個靜態(tài)物理量，本身既不能表征填充膏流變性能，也不能表明其觸變性，但在某些時候可以用來判定它軟硬的程度，尤其對光纖填充膏，在-40～+80 ℃溫度范圍內(nèi)希望膏的錐入度曲線越平坦越好，使得光纖在纜內(nèi)有最大余度的伸縮性，不會產(chǎn)生微彎損耗，保證光纜的可靠傳輸。因此錐入度指標(biāo)在光纖油膏中是非常重要的，所以說光纖填充膏必須具有一定的錐入度和低溫性能。既要保證光纜在冬季和惡劣氣溫下順利填充，又要保證光纖在低溫環(huán)境下的使用性能。

②閃點、滴點

閃點體現(xiàn)填充膏在空氣中自燃的可能性，應(yīng)保證在光纜試驗和使用的整個溫度范圍內(nèi)不自燃。滴點是反映在一定的條件下，填充膏在試驗過程中達(dá)到一定流動性的溫度。滴點的高低可直接影響到光纜的使用溫度，為使通信光電纜在較高溫度下安裝鋪設(shè)或運(yùn)行過程中填充膏不流失和滴落，因此要求填充膏的滴點越高越好?，F(xiàn)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，纖膏滴點≥200 ℃、纜膏滴點≥150 ℃。

③油分離

油分離是考核在一定溫度下油從填充膏中分離出來的數(shù)量。若油分離過大，則在使用過程中油易從纜芯中分離滴落，將導(dǎo)致油膏變硬，從而對纜芯產(chǎn)生應(yīng)力，影響光纜的傳輸質(zhì)量；填充膏的油分離量隨溫度升高而增加，理論上講油分離越小越好，但規(guī)定的太小將會給制造帶來困難，從性價比上看也是值得考慮的。油分離量直接影響到相容性和光纜滴流特性。

④粘度特性

對于環(huán)境應(yīng)用而言，填充膏必須具有粘度，這樣就可以與生產(chǎn)同步把填充膏填入擠塑管或纜芯中。對于冷填充膏，其應(yīng)具有剪切稀化功能，即填充膏的粘度隨剪切速度上升而下降，變成一種在環(huán)境溫度下注入的流性液體，其原因在于粒狀鍵的斷裂及其分子取向的變化。因此光纜填充膏應(yīng)具有觸變性能。當(dāng)它受到剪切作用時，隨剪切率的增加粘度下降。而在一定剪速下，隨著時間的延長，剪切應(yīng)力下降，粘度降低。當(dāng)達(dá)到一定時間后，剪切力不再變化，當(dāng)停止剪切后粘度又開始緩慢上升，這種過程不完全可逆。因此選擇合適的粘度，在纜膏加工過程和長期使用中是非常重要的。一般來講：粘度既不能過小也不能過大，因為光纜在加工過程中希望粘度小些，便于填入纜芯，但粘度太小則加工時填充膏易流失，在纜芯受力時起不到緩沖的作用；而若粘度過大，影響纜芯的自由伸縮，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成微彎和大彎損耗。

⑤析氫、酸值和氧化誘導(dǎo)期（OIT）

眾多資料表明，填充膏的析氫是影響光纜傳輸衰減的重要因素之一，因填充膏中有油和觸變劑，它的表面存在-OH基團(tuán)，當(dāng)其長期使用時可產(chǎn)生氫氣，氫氣滲入光纖時腐蝕玻璃纖維，導(dǎo)致光纖強(qiáng)度下降，損耗增加。同時由于填充膏的組成中有油和添加劑，這就包含了許多酸性組分，若酸性過大則對周圍材料產(chǎn)生影響（如氧化、腐蝕等），還可能在水的作用下產(chǎn)生H+或OH-離子作用于光纖表面，對光纜的傳輸性能造成不良影響，因此對填充膏而言，應(yīng)嚴(yán)格控制其析氫和酸值。酸值可預(yù)測填充膏的腐蝕性，并反映對析氫的影響，但影響有多大，有待進(jìn)一步研究；氧化誘導(dǎo)期即反映產(chǎn)品的氧化安定性，它表明填充膏的抗氧化能力，這對填充膏的使用和貯存都很有意義。表2為填充膏在同一溫度不同時間老化后的析氫量和氧化誘導(dǎo)期，從表2中可以看出填充膏在連續(xù)高溫條件下，析氫量會逐漸增加，氧化性能變差。

1.2 基本組成

(1)基礎(chǔ)油

填充油膏的主體部分，一般占油膏約 70%~90%，填充油膏的性能大多取決于基礎(chǔ)油的類型和組成。

(2)稠化劑

約占油膏的5%~15%。一般使用鋰皂、鈣皂、復(fù)合鋰皂，它的主要作用是能在基礎(chǔ)油中分散和形成結(jié)構(gòu)骨架，并使基礎(chǔ)油被吸附和固定在結(jié)構(gòu)骨架中，從而形成具有塑性的半流體狀油膏。稠化劑為油膏這種膠體結(jié)構(gòu)分散體系的分散相，而基礎(chǔ)油為體系的分散介質(zhì)。

（3）添加劑

用量不超過5%，主要有抗氧劑和增粘劑。用于改善油膏的氧化安定性及提高調(diào)整稠度。

1.3 生產(chǎn)過程

（1）光纖填充膏工藝流程（見圖1）

（2）光纜填充油膏工藝流程（見圖2）

皂化法工藝過程是一種化學(xué)過程。從光纜填充膏的組成、生產(chǎn)過程看，它與工業(yè)用潤滑脂極為相似，可以說它是一種特殊的潤滑脂。

2 光纜填充油膏基礎(chǔ)油的主要類型及其作用機(jī)理

與工業(yè)潤滑脂相仿，用于填充膏的基礎(chǔ)油主要有礦物油（加氫基礎(chǔ)油）、合成油與植物油等，因價格及性能方面的限制后兩類應(yīng)用較少，所以我們以礦物類加氫基礎(chǔ)油來闡述。加氫基礎(chǔ)油具有飽和烴含量高、低硫、低氮、低芳烴含量，優(yōu)良的熱氧化安定性，較低的揮發(fā)度、良好的粘溫性能等優(yōu)點。一般分子的碳原子數(shù)在C₂0～C40，包括含有不同烴類的組分，表3列出了基礎(chǔ)油的組成與其重要理化特性的關(guān)系，表4列出了基礎(chǔ)油中各組分的氧化性能與對抗氧劑的感受性。

石蠟基加氫油一般含烷烴（主要為異構(gòu)）超過50%，粘度指數(shù)高、傾點高、密度小、膠質(zhì)含量低；而環(huán)烷基油環(huán)烷烴含量超過50%（多為雙環(huán)或三環(huán)烷基衍生物），其性能恰恰與石蠟基油相反。一個好的基礎(chǔ)油其組成應(yīng)有一適當(dāng)?shù)姆秶Q于各種性能的綜合平衡，并與原油的類別、加工工藝有關(guān)。由于基礎(chǔ)油中烷烴、環(huán)烷烴具有不同特性，因而對填充油膏的錐入度、閃點、滴點、油分離、析氫量、酸值和氧化誘導(dǎo)期的影響各不相同，有利有弊。從膠體化學(xué)的角度來看，填充油膏是一個稠化劑為分散相和一個非極性（基礎(chǔ)油）液體為分散介質(zhì)的兩相結(jié)構(gòu)的膠體分散體系。所謂分散體系，是指一種物質(zhì)以微粒狀態(tài)分散到另一種物質(zhì)內(nèi)形成的一種穩(wěn)定體系。這兩種組分既不是簡單的溶解，也不是簡單的混合，其安定性取決于分散相的表面和分散介質(zhì)的吸引力。填充油膏和稠化劑分子或分子聚結(jié)體在基礎(chǔ)油中形成三維的結(jié)構(gòu)骨架，基礎(chǔ)油就被維系在這種結(jié)構(gòu)的骨架的空隙里，如同一塊海綿體浸滿了液體一樣。

3 兩類加氫基礎(chǔ)油及復(fù)合使用制得的光纜油膏性能比較

光纖、光纜油膏的質(zhì)量從原材料來講主要取決于基礎(chǔ)油的性能。為了考察不同類型加氫基礎(chǔ)油對油膏質(zhì)量的影響，我們分別以加氫石蠟基油、加氫環(huán)烷基油生產(chǎn)的纖膏、纜膏的典型數(shù)據(jù)以及用兩種油復(fù)合使用生產(chǎn)的纖膏、纜膏的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。

（1）表5是分別以加氫石蠟基油和加氫環(huán)烷基油為基礎(chǔ)油生產(chǎn)的光纖填充膏典型技術(shù)數(shù)據(jù)；

（2）表6是分別以加氫石蠟基油和加氫環(huán)烷基油為基礎(chǔ)油生產(chǎn)的光纜填充膏典型技術(shù)數(shù)據(jù)；

（3）表7是以兩種加氫基礎(chǔ)油（1∶1）復(fù)合使用生產(chǎn)的光纖填充膏典型技術(shù)數(shù)據(jù)；

（4）表8是以兩種加氫基礎(chǔ)油（1∶1）復(fù)合使用生產(chǎn)的光纜填充膏典型技術(shù)數(shù)據(jù)。

從表5~表8評價結(jié)果可以看出以下幾點:

（1）在合理配方和工藝條件下，以加氫石蠟基、環(huán)烷基和兩者復(fù)合使用為基礎(chǔ)油生產(chǎn)的纖膏和纜膏產(chǎn)品皆能達(dá)到國家通信行業(yè)標(biāo)YD/T 839.3-2000規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)，在目前國內(nèi)市場上均能占有一席之地。

（2）以加氫石蠟基為基礎(chǔ)油生產(chǎn)的纖膏和纜膏優(yōu)勢在于：滴點高，密度小，閃點高；粘溫性能較環(huán)烷基優(yōu)；氧化安定性較環(huán)烷基良。弱點在于：膠體安定性差；低溫差，析油與蒸發(fā)量偏大。

（3）以加氫環(huán)烷基為基礎(chǔ)油生產(chǎn)的纖膏和纜膏優(yōu)勢在于：低溫好，膠體安定性優(yōu)良；析油與蒸發(fā)量?。慌c光纜材料相容性良。弱點在于：粘溫性能差；密度大，閃點低。

（4）以兩種（加氫石蠟基油和加氫環(huán)烷基油，混合比為1∶1）復(fù)合使用為基礎(chǔ)油生產(chǎn)的光纖光纜填充油膏產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)勢在于：

①具有優(yōu)良的膠體安定性，膠體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不收縮，體系不分油。

②具有優(yōu)良的氧化安定性，油膏體系酸值小，蒸發(fā)量也較小，這與復(fù)合基礎(chǔ)油的化學(xué)組成(烷烴、環(huán)烷烴)有很大關(guān)系。

③根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得知，復(fù)合后的纖膏與纜膏，在與所有光纜材料相容性和腐蝕性試驗中，都較其他兩種（石蠟基和環(huán)烷基）纖膏和纜膏好。

④復(fù)合型（石蠟基和環(huán)烷基）所制得的纖膏和纜膏綜合了石蠟基與環(huán)烷基油膏的性能優(yōu)勢，兼具兩類油膏產(chǎn)品的優(yōu)點，相對掩蓋了兩類油膏的缺點，故該產(chǎn)品具有優(yōu)良的膠體安定性，氧化安定性和滿意的相容性。

4 討論

（1）用復(fù)合型基礎(chǔ)油生產(chǎn)的纖膏和纜膏，其質(zhì)量和性能皆符合國家通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 839.3-2000（通信電纜、光纜用填充和涂覆復(fù)合物）的要求，但由于體系屬性、構(gòu)型有別，產(chǎn)品性能各有特色，用戶可根據(jù)需要，選擇符合自己使用要求的光纖光纜填充油膏產(chǎn)品。

（2）為不斷提高纖膏與纜膏產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，用心研究各類基礎(chǔ)油的特性、結(jié)構(gòu)以及在纖膏、纜膏中的作用機(jī)理；研究纖膏纜膏的組成、配方和制備工藝對油膏結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，只有這樣，油膏生產(chǎn)廠才能從根本上處理好產(chǎn)品配方工藝與質(zhì)量、性能之間的關(guān)系，有的放矢地實現(xiàn)產(chǎn)品成本與質(zhì)量、性能的有機(jī)統(tǒng)一。

（3）復(fù)合型纖膏、纜膏其產(chǎn)品質(zhì)量水平達(dá)到并優(yōu)于國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，對于提高我國光通信產(chǎn)業(yè)的整體水平有著十分重要的積極作用，也為加氫基礎(chǔ)油開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域。

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收稿日期:2008-09-08。

作者簡介：李力軍（1962-），男，工程師，1981年畢業(yè)于新疆石油學(xué)校煉油專業(yè)，現(xiàn)在昆山新環(huán)石化有限公司主要從事油品開發(fā)應(yīng)用工作。