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復合工藝對光纜工藝特性和質量的影響

信息來源：www.szxinzhide.net.cn 2015-08-14 08:48:36

鋼塑復合帶、鋁塑復合帶主要用于通信光纜、通信電纜外護層，與護套料粘結在一起構成綜合護層，起保護纜芯免受潮氣侵蝕的擋潮層作用，同時對纜芯具有鎧裝作用，抵抗外界的作用力，為通信光纜、通信電纜在各種應用場合敷設等提供機械保護，保證應用的穩定性、可靠性。
　　以光纖為載體的光通信，具有傳輸頻帶寬，通信容量很大的特點，在現代通信中廣泛采用光纖通信，進行超大容量的信號傳輸，因此，對載體的可靠性、穩定性要求就非常高，否則將可能導致大面積通信障礙。在長途光纜通信系統中，光纖光纜傳輸特性更應該是長期穩定的。把光纖做成光纜，就是要選擇性能優良的原材料，對光纖進行保護，保證使用期內光纖傳輸的可靠性、穩定性。在光纜中鋼塑復合帶、鋁塑復合帶對保護光纖具有十分重要的作用。
　　近年來，光纜市場競爭激烈，價格不斷下降，光纜制造的成本壓力很大，導致生產復合帶的成本壓力也很大，一些企業甚至出現生存危機。在嚴峻的形勢下，這些廠家采用劣質材料以次充好，使得市場上復合帶品質良莠不齊，這樣的廠家只注重自己的經濟效益，不講社會責任，給光纖光纜通信帶來重大隱患。
　　本文將通過對鋼塑、鋁塑復合帶的分析，來說明復合帶用的材料以及生產工藝對光纜工藝特性、光纜質量的影響，以及如何通過簡便的辦法來辨別復合帶的優劣。
一、鋼塑、鋁塑復合帶的現狀
　　我們與北郵華飛研究所對從各地光纜生產現場采集來的國內具有代表性的十幾家復合帶產品進行測試，結果如下：
　　1、機械性能：
　　抗拉強度、RP0.2(非比例延伸強度)和斷裂伸長率三項指標，他們取決于復合帶的金屬基帶，反映基帶的性能。
　　鋼塑復合帶抗拉強度可達到376.07Mpa、RP0.2(非比例延伸強度)達到351.12Mpa,斷裂伸長率達到29.82 %；而抗拉強度只達到 343.15 Mpa、RP0.2(非比例延伸強度)為262.47 Mpa,斷裂伸長率只有17.52 %；有些廠家即使是在同一復合帶上提取的六個試樣，所測試的數據相差確很大，σ達到20.975 ，說明他們使用的基帶性能很不穩定，離散性大。而有的廠家產品的性能就比較穩定，離散性很小σ僅為1.212。
　　鋁塑復合帶抗拉強度可達到97.56Mpa、RP0.2(非比例延伸強度)達到70.84Mpa,斷裂伸長率達到32.74 %；而抗拉強度只達到 77.04 Mpa、RP0.2(非比例延伸強度)48.16 Mpa,斷裂伸長率只有15.10 %；有些廠家即使是同一復合帶提取六個式樣，所測試的數據相差卻較大。而有的廠家性能指標均很好，離散性σ僅為1.547。
　　從測試數據分析，不同廠家所采用的基帶差異還是很大的，采用進口鍍鉻鋼帶的，機械性能好，離散性很小；而國產鋼帶的性能就不穩定、離散性大，應該說，在材料方面，國產鋼帶性能差距還是不小的。從鋁帶來看，國內不同鋁廠生產出的電纜鋁基帶質量差異也是十分明顯的。
　　2、粘接性能：
　　剝離強度——衡量金屬基帶與薄膜之間的粘接性能的指標。從鋼塑復合帶試驗結果分析，四家產品試樣不合格，其中兩家產品試樣A、B兩個面剝離強度都不合格，兩家產品試樣A面不合格、B面合格；只有少數廠家產品非常好，A、B兩個面剝離強度都很大，且相差很小，標準方差僅為0.114。它使用的鋼基帶是進口鍍鉻鋼帶。
　　從鋼塑復合帶耐水性剝離強度試驗數據來看，只要兩家廠的產品試樣合格，其余各家均都不合格，反映出大多數產品耐水環境性能差。
　　熱封強度——衡量復合帶A、B面之間的粘合性能的指標，它直接影響復合帶縱包搭接“封縫”成為檔潮層的好壞。從試驗結果看，鋼塑復合帶一個廠家產品試樣僅17.21N/cm不合格，大多數廠家產品試樣在17.88到19.77N/cm之間，個別廠家達37.72N/cm；鋁塑復合帶一個廠家僅16.92 N/cm不合格，其他在19.49到24.65 N/cm之間。
　　剪切強度——衡量復合帶熱合后耐受剪切力的性能，它直接反映了做成光纜后，鋼塑、鋁塑復合帶熱合“封縫”處承受外力的好壞。從試驗數據分析，雖然全部產品均達到在熱合區不產生剪切破壞的要求，但是從各個廠家產品剪切力值來看，差異還是較大的，鋼塑復合帶的廠家熱合區剪切力值達到578.87N/cm；而差的廠家才只達到435.16N/cm。鋁塑復合帶的廠家熱合區剪切達到182.14N/cm；而差的廠家僅達到119.51N/cm。
　　復合帶的粘接性能主要與薄膜所采用的材料性能有關，與生產廠家的復合工藝水平有關，與金屬基帶的品質有關。從測試數據分析，性能優良的產品采用的是進口鍍鉻鋼基帶、電纜鋁基帶，而他們選用的共聚物以及他們的工藝水平也是精良的。
　　3、相容性：
　　金屬塑料復合帶與光纜中的油膏長期接觸，因此需要考慮與油膏的相容性。耐填充復合物試驗就是觀察在油膏中，金屬基帶與共聚物薄膜之間會不會起泡或分層，即考核復合帶與光纜填充油膏的相容性。試驗方法是將每組六個試驗樣片50mm×50mm浸沒在盛有光纜填充油膏的燒杯中，然后把燒杯放置在恒溫68±1℃的烘箱里168h后觀察。試驗結果：全部通過。
　　為了區分優劣，我們把時間延長至192h、216h和240h后觀察。復合帶在經過240h加速老化試驗后，總體來看，鋼塑復合帶合格率為61%，鋁塑復合帶合格率為58%，鋁塑復合帶塑料層發生脫落占到8%。同時，我們也看到三個廠家的鋼塑復合帶試樣、三個廠家的鋁塑復合帶試樣在全過程的加速試驗中都一直處在無氣泡、無分層的良好狀態。
　　試驗結果說明，復合帶與油膏的相容性是穩定的。經過加速老化試驗后可見，鋼塑復合帶與油膏的相容性要優于鋁塑復合帶與油膏的相容性；不同廠家的產品仍然存在明顯的差異。
　　4、抗腐蝕性：
　　考核金屬塑料復合帶在酸性或堿性環境中，共聚物薄膜與金屬基帶之間會不會分層，會不會對金屬基帶造成腐蝕。試驗按照YD/T723要求進行，將每組6個鋼塑復合帶試片分別放在0.1mol/LHCL溶液浸泡480h后觀察，兩個廠家的非鍍鉻鋼帶產品試樣不合格；當加大溶液濃度，放在0.2mol/LHCL溶液浸泡240h后觀察，二個廠家的非鍍鉻鋼帶產品試樣膜脫落并全部氧化，其他廠家均合格；當再加大溶液濃度，放在0.3mol/LHCL溶液浸泡192h后觀察，四個廠家產品試樣經過長時間嚴酷環境的考驗仍然全部合格，并且還能達到8～10級的耐腐蝕等級。將每組6個鋁塑復合帶試片分別放在0.1mol/L NAOH溶液浸泡480h后觀察，二個廠家的產品試樣不合格，其中一個廠家已幾乎全被腐蝕；當加大溶液濃度，放在0.2mol/L NAOH溶液浸泡240h，僅一廠家產品試樣通過；當再加大溶液濃度，放在0.3mol/L NAOH溶液浸泡192h后觀察，全部試樣不能通過。
　　試驗的結果反映出不同廠家產品耐腐蝕性的差異很大。鋼塑復合帶中耐腐蝕性好的是鍍鉻鋼帶，而非鍍鉻鋼帶耐腐蝕性能就差得多。
　　5、介電性能：
　　YD/T723“通信電纜光纜用金屬塑料復合帶”標準中要求，雙面鋼塑復合帶和鋁塑復合帶介電強度2kVd.c.，1min不擊穿，經試驗全部試樣都通過。為此，我們又把電壓提高到5kVd.c.,1min結果全部試樣仍然都通過，這說明雙面鋼塑復合帶和鋁塑復合帶介電強度完全達到要求，而且有較大的安全系數。
二、復合帶所用材料對光纜工藝及質量的影響
　　目前，在光纜中使用的金屬塑料復合帶主要材料是電鍍鉻鋼帶、電纜用鋁帶、乙烯丙烯酸共聚物等。金屬塑料復合帶的各項性能與它所采用的原材料性能密切相關。從試驗結果來看，金屬基帶的品質決定了復合帶的機械性能、抗腐蝕性能的品質，同時金屬基帶、共聚物的品質直接關系到復合帶的粘結性能的品質。對光纜質量有著嚴格要求的用戶，需要對原材料性能進行控制，以確保光纜的品質。
　　鋼塑復合帶的基帶應采用鍍鉻鋼帶（TinFreeSteel）簡稱TFS，鍍鉻鋼帶的特點是：由于鋼帶表面鍍有一層鉻，鉻的化學性質很穩定，在常溫下，放在空氣中或浸在水里，不會生銹，耐腐蝕性能非常好。由于金屬鉻在大氣中易氧化形成一層薄的鈍化層，所以耐環境性能好，在一般酸性環境中很穩定，在潮濕大氣中也很穩定。鍍鉻鋼帶附著力強，有資料顯示，它對有機涂層的附著力比鍍錫鋼帶強3～6倍，因此鍍鉻鋼塑復合帶的粘結性能好。鍍鉻鋼帶還具有很好的耐高溫性能，鉻的熔點高達1900℃。
　　有些廠家為了降低成本，采用鍍錫鋼帶為基帶生產鋼塑復合帶。鍍錫鋼帶（ETS）在干燥潔凈的大氣中具有良好耐腐蝕性，但是，鍍錫層表面的針孔、氣泡等是不可避免的，因此在潮濕大氣和表面凝露或浸水條件下，容易發生腐蝕，尤其是在酸性或有微量鹽份存在的環境中，腐蝕速度相當快。錫鍍層耐熱性差，熔點僅232℃，因此鍍錫鋼塑復合帶在應用中由于擠護套時的高溫，使得剝離強度存在不確定性。
　　還有的廠家采用無鍍層鋼帶也稱為黑鐵皮（BlackPlate）或CMQ（CanmakersQualityBlack Plate）制罐級黑鐵皮為基帶生產鋼塑復合帶。這種鋼帶突出的缺點是耐腐蝕性特別差，在潮濕大氣和表面凝露或浸水條件下，很容易發生腐蝕，在酸性或減性環境中，腐蝕速度非常快，造成鋼帶穿孔、漏氣、進潮，導致通信障礙；這種復合帶的鋼基帶與薄膜之間的附著性差，剝離強度很低，縱包搭接處易出現縫隙而進潮，做成光纜以后，鋼基帶與護套容易出現分離，構不成綜合粘結護層，擋潮性能非常差。
　　由于耐腐蝕性差、與薄膜的粘結性差，所以，用鍍錫鋼帶、黑鐵皮做成的鋼塑復合帶往往不能通過光纜用金屬塑料復合帶標準所規定的耐腐蝕性試驗。
　　應該指出，氫損是造成光纖衰減增加的一個危險因素。我們知道，活性金屬與酸反應、兩種有電位差的金屬在酸性環境中，哪怕是弱酸性的環境中的電化學反應，都會有析氫。鍍錫鋼帶和黑鐵皮都存在析氫的內因條件，如果油膏酸值過大，如果護套破損，應用環境中具備一定的條件，就可能在腐蝕過程中形成微電池，的增加了氫氣生產的風險，對光纖造成很大的危害。
　　如何鑒別鋼塑復合帶的基帶是鍍鉻鋼帶、鍍錫鋼帶還是黑鐵皮呢？從嚴格科學角度可以通過光譜儀、鍍層厚度分析儀、掃描電鏡等方法鑒定，但是光纜制造廠、通信運營商通常不具備這些儀器。不妨我們推薦一種在實踐中摸索出來的簡便易行而又有實效的鑒別方法：剪一段（長度約200mm左右）鋼塑復合帶（或者剪一段光纜綜合護套，把它剝開并去除護套料，然后再把裸露的鋼塑復合帶展開）；用酒精燈或打火機把鋼塑復合帶上的塑料薄膜燒掉，之后觀察：凡是鍍鉻鋼塑復合帶燒后為白色略帶一點淡*；而鍍錫鋼塑復合帶或無鍍層鋼塑復合帶燒后為黑色或略帶深蘭色。
　　同一種材質的鋼基帶，不同之間也有很大的質量差距。目前，國內生產光纜用鍍鉻鋼基帶的企業都是一些小企業，設備陳舊、工藝落后、原料成份不穩。與國外產品相比，整體看國產材料質量差距仍較大，化學成分波動大、機械性能不穩定、離散性大，這在本文節的試驗中就可以看出；成品尺寸精度不高，國外產品厚度公差控制在±5μm以內，而國內的產品往往高達±8μm，過大的公差也使得光纜制造成本不可控性增大；表面缺陷多，夾雜、針孔等，這些缺陷往往很隱蔽不易發現，生產光纜過程中易斷帶。顯然給用戶使用造成廢品率高。
　　鋁基帶的品質對鋁塑復合帶的機械性能、耐腐蝕性能同樣有著決定的作用，國內不同鋁廠產品的品質差異也是十分明顯的，選用品質優良的電纜鋁基帶是生產鋁塑復合帶的基礎。
　　對于共聚物材料的要求是，既要與金屬基帶有很好的粘結性能，同時又要與護套料有很好的粘結性能。目前比較理想的材料是乙烯丙烯酸共聚物（EAA）或甲基乙烯丙烯酸共聚物（EMAA），這是一種有性的材料，它能與金屬粘結的很好，同時與護套料又有很好的相容性。由于EAA熔點低，縱包搭接自粘性能好，通常不需要使用熱風槍。
三、復合帶工藝對光纜工藝及質量的影響
　　1、復合工藝對光纜生產工藝的影響
　　金屬塑料復合帶由金屬層和在其一面或兩面復合上共聚物薄膜組成。衡量復合工藝的主要技術指標是復合帶的粘結性能。粘結性能通常指以下三個方面：一是金屬基帶與薄膜的粘結性能，二是復合帶之間的粘結性能，三是復合帶與護套料的粘結性能。要獲得優良的粘結性能，一是靠選材，二是靠工藝。就工藝而言，光纜用鋼塑復合帶、鋁塑復合帶普遍采用流延復合法、熱粘復合法生產，近年來隨著金屬塑料復合帶工藝技術的不斷進步，熱貼薄膜已由過去的PE膜、EAA（EMAA）單層膜發展到今天的EAA/PE/EAA、EAA/PE/PE結構膜。正常情況下，復合帶廠家通過原材料把關，通過嚴格的工藝控制，能夠生產出合格的產品，滿足生產光纜的要求。EAA/PE/EAA結構膜由于熔點低，縱包搭接自粘性能好，通常不需要使用熱風槍；而EAA/PE/PE結構膜則由于熔點較高，縱包時通常需要使用熱風槍。
　　由于復合帶廠家管理水平、工藝水平、裝備技術水平參差不齊，生產出來的產品質量差異很大，劣質產品會對光纜生產帶來很大的麻煩。
　　2、機械變形對光纜生產工藝的影響
　　金屬塑料復合帶運用到光纜生產中，還必須要根據要求的寬度分切成條，分切質量的好壞直接影響光纜生產。鋼塑復合帶、鋁塑復合帶分切后應無刀痕、無荷葉邊、端面平整，帶子放出來時是平直的，這樣，在光纜生產過程中則易于成型，搭接處不易翹起，粘結良好，綜合護層擋潮效果好。反之則不然。
　　3、動摩擦系數對光纜生產工藝的影響
　　我們曾經用不同的鋁塑復合帶在縱包臺上進行模擬生產環境實驗，用西安秦邦技術制造出來的平滑型鋁塑復合帶與普通鋁塑復合帶過縱包臺各模具時阻力明顯不一樣，前者比后者阻力小26.6%～55.5%。我們還采用GB10006的方法對鋁塑復合帶動摩檫系數（μd）進行測試，在法向壓力9.81N情況下，前者μd在0.3～0.4之間，而后者則高達0.6左右。金屬塑料復合帶的帶面摩檫系數對光纜生產工藝的影響是明顯的，特別是鋁塑復合帶，因為它的機械強度遠遠低于鋼塑復合帶，所以抗拉力、抗變形能力相對要小得多。實際工作中，除了工藝調整問題、故障或其他人為因素外，過大的動摩擦系數往往是造成光纜生產中鋁塑復合帶斷帶的主要原因。采用帶面摩擦系數小的鋁塑復合帶，生產光纜時復合帶變形小、易成型，它帶來的好處首先是不易斷帶，減少了斷帶的煩惱；其次是在工藝配合良好的情況下，可以明顯提高生產線速度，即提高工作效率；的好處還是保證了光纜的質量，由于鋁帶的機械變形小，所以鋁塑綜合護層的機械性能好，對保證光纜壽命有好處。上海網訊光纜材料有限公司、西安秦邦電信材料有限責任公司已經將動摩擦系數作為對產品的考核指標加以控制。
　　平滑型鋁塑復合帶與普通鋁塑復合帶如何區分呢？在此提供一個簡便易行的辦法：把鋁塑復合帶的局部區域用酒精燈或打火機烤幾秒鐘，然后等到鋁塑復合帶完全冷卻之后再觀察：可以看到鋁塑復合帶經過火烤與未烤的明顯分界線，用手輕輕地沿鋁塑復合帶的縱向去摸，能明顯地感覺到摩擦系數有一個突變的分水嶺，從很光滑突變到很澀，這就是平滑型鋁塑復合帶。而普通產品無論火怎么烤，既無火烤的分界線，也沒有摩擦系數突變的分水嶺。
　　4、單盤長度長的金屬塑料復合帶可以使光纜生產時少接續，減少接續時的風險和提高生產效率；而單盤金屬塑料復合帶內無接頭，則可以降低光纜生產中斷帶的風險。上海網訊光纜材料有限公司已經能生產單盤長度5000m而且無接頭的產品提供用戶使用。
四、結論
　　1、金屬塑料復合帶品質良莠不齊，有的廠家產品品質與國外不相上下、在國際市場上同臺競爭；而有的廠家則熱衷于“挖潛”、偷梁換柱，不考慮社會責任。負責任的光纜生產廠、追求品質的光纜用戶對原材料的品質應進行有效的控制。
　　2、國產鍍鉻鋼帶與進口鍍鉻鋼帶相比，國產材料的品質差距還是比較大的，主要表現在化學成分波動大、機械性能不穩定，成品尺寸精度不高，表面缺陷多，夾雜、針孔等。
　　3、用鍍鉻鋼帶生產的復合帶機械性能、抗腐蝕性能、粘結性能等各項性能指標都比較好，能保證光纜的長期穩定可靠的運行。而其他鋼帶制成的復合帶指標相對較差，特別是抗腐蝕性、粘結性能，以及腐蝕過程中的析氫問題，對保證光纜的長期穩定使用存在較大的風險。
　　4、平滑型鋁塑復合帶在進入光纜護套擠出機模具前帶面非常平滑，摩擦系數很小，便于加工成型，因此，在通過縱包臺預成型模、成型模、定徑模具時阻力小，因而變形小。因為變形小，所以不易斷帶，減少斷帶的煩惱；在工藝配合良好的情況下，可以明顯提高生產線速度，即提高工作效率；因為變形小，所以鋁塑綜合護層的機械性能好，對保證光纜壽命有好處。同時也解決了薄型鋁帶上線使用問題。平滑型鋁塑復合帶一旦加工成光纜后，與護套料牢固的粘結在一起有效的形成擋潮層。
　5、在當前線纜行業價格戰的惡性競爭下，為了降低成本，光纜外徑尺寸是越做越小，很細的纜芯也要求用0.15mm規格的復合帶縱包，確實有點勉為其難。因為纜芯直徑小，復合帶厚了搭接處容易翹起或彈開，反而不易粘接牢固，質量難以控制。所以建議對現行標準規定的復合帶標稱厚度應根據實際情況進行修訂，例如：可針對光纜不同直徑分為三個區段范圍使用復合帶：纜芯直徑大的可以使用0.20mm厚復合帶（因為纜芯粗，選用機械性能高的復合帶會更安全可靠）；纜芯直徑小的則使用0.12mm厚度復合帶（如若采用0.12mm厚度復合帶，縱包時易成型、搭接牢，既可以保證光纜質量，又可以節約材料、降低成本，兩全齊美何樂不為。從擋潮效果來說，用0.12mm厚復合帶與護套料構成綜合護層完全能滿足擋潮要求）；纜芯直徑處于上述兩者之間時，使用0.15mm厚復合帶。