加氫基礎油在光纜填充油膏上的復合應用
眾所周知，加氫基礎油是提高潤滑油質量的最有效手段，它不僅體現(xiàn)在工礦設備、車輛潤滑的使用上，而且作為一種填充材料在光纖、光纜油膏領域也得到了廣泛應用。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，光纖的保護神是纖膏和纜膏；光纖在水分、潮氣和應力的作用下，會產(chǎn)生應力腐蝕，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、隔潮和緩沖防護作用，性能優(yōu)良的油膏能使光纜在各種嚴酷的自然環(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。而加氫基礎油作為光纜填充膏的主要材料，其性能優(yōu)劣對油膏質量影響很大。
加氫基礎油分為石蠟基與環(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、分子結構不穩(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上海一家光通材料廠填充油膏的生產(chǎn)應用中，找出基礎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、光纜填充油膏的質量和性價比，促進光通信行業(yè)科學健康地發(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11光纖性能要求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或大束管內、帶狀光纜用。
主要起保護光纖在管內柔軟與彎曲等特性）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）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�。┱娉涓嗟奶匦苑治龉饫|填充膏的特性是在寬的溫度范圍內不溶化，而且無相變或結構變化，在低的溫度時保持柔軟性，溫度升高時沒有滴流現(xiàn)象（一40~+80°C）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，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。從光纜使用的角度看，它有如下特點：光纜的理想緩沖材料，可使光纖免受外界帶來的應力損傷而導致的微彎損耗；粘度適中，觸變性強，可在常溫下填充；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；優(yōu)良的溫度性能，且具有長期穩(wěn)定性；與光纜材料有良好的相容性，酸值小，耐氧化等；良好的工藝性及質量穩(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)化的結果，不能只以某一個特性參數(shù)來衡量。
填充膏的相容性事關光纜的壽命，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結構和化學成分都有關，但由于油膏的成分相對光纜中的其他材料而言更復雜；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，油膏是相當關鍵的。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?shù)臅r間達到加速老化，然后測試材料的溶脹程度和其他性能的變化，如機械性能等。
表1油膏相容性試驗材料名稱光纖涂層及著色層套管材料金屬包帶鋼塑。鋁塑與銅。鋁。鋼腐蝕性護套料試驗條件80C相容性試驗后不脫皮。不腿色不開裂不分層。不起泡無腐蝕點機械性能好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)過程的嚴格控制是很關鍵的，也是決定成本和價格的關鍵。如纖膏一般都使用石蠟基加氫油作為基礎油，且大多采用進口原料（性能穩(wěn)定）。纜膏則采用國產(chǎn)環(huán)烷一中間基加氫油為基礎油（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，在一40~+80C溫度范圍內希望膏的錐入度曲線越平坦越好，使得光纖在纜內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。
閃點體現(xiàn)填充膏在空氣中自燃的可能性，應保證在光纜試驗和使用的整個溫度范圍內不自燃。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或運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。現(xiàn)國家行業(yè)標準規(guī)定，纖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，將導致油膏變硬，從而對纜芯產(chǎn)生應力，影響光纜的傳輸質量；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。
對于環(huán)境應用而言，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。因此光纜填充膏應具有觸變性能。當它受到剪切作用時，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，剪切應力下降，粘度降低。當達到一定時間后，剪切力不再變化，當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)生應力集中，造成微彎和大彎損耗。
析氫、酸值和氧化誘導期（OT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，它的表面存在一OH基團，當其長期使用時可產(chǎn)生氫氣，氫氣滲入光纖時腐蝕玻璃纖維，導致光纖強度下降，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)生或Off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，應嚴格控制其析氫和酸值。酸值可預測填充膏的腐蝕性，并反映對析氫的影響，但影響有多大，有待進一步研究；氧化誘導期即反映產(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。
表2填充膏析氫和氧化誘導期試驗試驗條件析氫量/義Lg 12基本組成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油的類型和組成。
~15%.一般使用鋰皂、鈣皂、復合鋰皂，它的主要作用是能在基礎油中分散和形成結構骨架，并使基礎油被吸附和固定在結構骨架中，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構分散體系的分散相，而基礎油為體系的分散介質。
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整稠度。
13生產(chǎn)過程光纖填充膏工藝流程（見）光纜填充油膏工藝流程（見）皂化法工藝過程是一種化學過程。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光纜填充油膏基礎油的主要類型及其作用機理與工業(yè)潤滑脂相仿，用于填充膏的基礎油主要有礦物油（加氫基礎油）、合成油與植物油等，因價格及性能方面的限制后兩類應用較少，所以我們以礦物類加氫基礎油來闡述。加氫基礎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Co~0*包括含有不同烴類的組分，表3列出了基礎油的組成與其重要理化特性的關系，表4列出了基礎油中各組分的氧化性能與對抗氧劑的感受性。
表3基礎油的組成與其重要理化特性的關系項目正構烷烴異構烷烴環(huán)烷烴粘溫性質優(yōu)良蒸發(fā)損失低較高低溫流動性差優(yōu)良氧化安定性優(yōu)良溶解能力差良表4基礎油中各組分的氧化性能與烴組成對抗氧劑的感受性基礎油組分氧化性能對抗氧劑的感受性烷烴、環(huán)烷烴容易氧化生成酸有較好的感受性烷基苯、烷基萘相當穩(wěn)定，氧化生成酸中等抗氧劑感受性環(huán)烷苯容易氧化感受性不好續(xù)表基礎油組分氧化性能對抗氧劑的感受性多環(huán)芳烴氧化生成油泥與硫化物感受性不好含硫化合物是天然抗氧劑，但容易被氧化，最佳與抗氧劑有協(xié)同作用氮氧化合物氧化促進劑能加速抗氧劑的消耗石蠟基加氫油一般含烷烴住要為異構）超過50%粘度指數(shù)高、傾點高、密度小、膠質含量低；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。一個好的基礎油其組成應有一適當?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。由于基礎油中烷烴、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、酸值和氧化誘導期的影響各不相同，有利有弊。從膠體化學的角度來看，填充油膏是一個稠化劑為分散相和一個非極性（基礎油）液體為分散介質的兩相結構的膠體分散體系。所謂分散體系，是指一種物質以微粒狀態(tài)分散到另一種物質內形成的一種穩(wěn)定體系。這兩種組分既不是簡單的溶角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的吸引力。填充油膏和稠化劑分子或分子聚結體在基礎油中形成三維的結構骨架，基礎油就被維系在這種結構的骨架的空隙里，如同一塊海綿體浸滿了液體一樣。
3兩類加氫基礎油及復合使用制得的光纜油膏性能比較光纖、光纜油膏的質量從原材料來講主要取決于基礎油的性能。為了考察不同類型加氫基礎油對油膏質量的影響，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)以及用兩種油復合使用生產(chǎn)的纖膏、纜膏的數(shù)據(jù)進行了比較。
表5是分別以加氫石蠟基油和加氫環(huán)烷基油為基礎油生產(chǎn)的光纖填充膏典型技術數(shù)據(jù)；表6是分別以加氫石蠟基油和加氫環(huán)烷基油為基礎油生產(chǎn)的光纜填充膏典型技術數(shù)據(jù)；表7是以兩種加氫基礎油（：1）復合使用生產(chǎn)的光纖填充膏典型技術數(shù)據(jù)；表8是以兩種加氫基礎油（：1）復合使用生產(chǎn)的光纜填充膏典型技術數(shù)據(jù)。
表5以加氫石蠟基油和加氫環(huán)烷基油為基礎油生產(chǎn)光纖填充膏（YD/T839.檢驗項目標準要求檢驗結果石蠟基油環(huán)烷基油試刀<法外觀均質、無外來雜質無色透明目測滴點/C密度/g.m錐入度八0lmm顏色穩(wěn)定性（130*C，氧化誘導期（190*C）/min閃點/C析氫值（80C蒸發(fā)量（80*C，析油（80C抗水性（20C不解體合格粘度流動性（25*C、D=50s酸值相容性（80C不開裂、不分層合格腐蝕性（80C無腐蝕點合格表6以加氫石蠟基和加氫環(huán)烷基油為基礎油生產(chǎn)光纜填充膏（YD/T839檢驗項目標準要求檢驗結果試驗方法石蠟基油環(huán)烷基油外觀均質、無外來雜質無色透明目測滴點/C錐入度八0lmm氧化誘導期（190*C）/mjn閃點/c析氫值（80*C，蒸發(fā)量（80*C，析油（80C抗水性（20C不解體合格粘度流動性（25C：、D=50s酸值相容性（80C不開裂、不分層合格腐蝕性（80*C無腐蝕點合格表7兩種加氫基礎油（1：1）復合使用生產(chǎn)光纖填充膏（YD/T839.檢驗項目標準要求檢驗結果國外同類產(chǎn)品試驗方法外觀均質、無外來雜質無色透明目測滴點/C密度/g.m錐入度八0lmm顏色穩(wěn)定性（130C氧化誘導期（190C）/mjn閃點/C析氫值（80*C，蒸發(fā)量（80*C，析油（80C抗水性（20C不解體合格粘度流動性（25*C、D=50s酸值相容性（80C不開裂、不分層合格腐蝕性（80C無腐蝕點合格表8兩種加氫基礎油（11）復合使用生產(chǎn)光纜填充膏（YD/T839.檢驗項目標準要求檢驗結果國外同類產(chǎn)品試驗方法外觀均質、無外來雜質無色透明目測滴點/C密度/g.m錐入度八0lmm續(xù)表檢驗項目標準要求檢驗結果國外同類產(chǎn)品試驗方法氧化誘導期（190*C）/mjn閃點/c析氫值（80*C，蒸發(fā)量（80*C，析油（80C抗水性（20C不解體合格粘度流動性（25C：、D=50s酸值相容性（80C不開裂、不分層合格腐蝕性（80*C無腐蝕點合格~表8評價結果可以看出以下幾點：在合理配方和工藝條件下，以加氫石蠟基、環(huán)烷基和兩者復合使用為基礎油生產(chǎn)的纖膏和纜膏產(chǎn)品皆能達到國家通信行業(yè)標YD/T839. 3―2000規(guī)定的質量指標，在目前國內市場上均能占有一席之地。
以加氫石蠟基為基礎油生產(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。
以加氫環(huán)烷基為基礎油生產(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��；與光纜材料相容性良。弱點在于：粘溫性能差；密度大，閃點低。
以兩種（加氫石蠟基油和加氫環(huán)烷基油，混合比為11）復合使用為基礎油生產(chǎn)的光纖光纜填充油膏產(chǎn)品的質量優(yōu)勢在于：具有優(yōu)良的膠體安定性，膠體結構穩(wěn)定，不收縮，體系不分油。
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，這與復合基礎油的化學組成（烷烴、環(huán)烷烴）有很大關系。
根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得知，復合后的纖膏與纜膏，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。
復合型（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）用復合型基礎油生產(chǎn)的纖膏和纜膏，其質量和性能皆符合國家通信行業(yè)標準YD/T839.3―2000通信電纜、光纜用填充和涂覆復合物）的要求，但由于體系屬性、構型有別，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。
為不斷提高纖膏與纜膏產(chǎn)品的質量和性能，用心研究各類基礎油的特性、結構以及在纖膏、纜膏中的作用機理；研究纖膏纜膏的組成、配方和制備工藝對油膏結構與性能的關系，只有這樣，油膏生產(chǎn)廠才能從根本上處理好產(chǎn)品配方工藝與質量、性能之間的關系，有的放矢地實現(xiàn)產(chǎn)品成本與質量、性能的有機統(tǒng)一。
復合型纖膏、纜膏其產(chǎn)品質量水平達到并優(yōu)于國外同類產(chǎn)品的先進水平，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，也為加氫基礎油開辟了新的應用領域。
摘自“中國潤滑油網(wǎng)”
