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2010/04/29
作者：周光斌
一、白蚁对电缆的危害及其防治方法
白蚁生命力很强和繁殖能力很大，其危害不容忽视。据国外科学家统计，每年全球由于蚁害所造成的经济损失高达1000亿美元。美国每年因白蚁破坏造成直接经济损失20-30亿美元，欧洲每年约损失2亿欧元，澳大利亚每年约损失1亿澳元。中国每年因白蚁危害造成的经济损失最少17亿元人民币。温带、亚热带和热带广大地区很适合白蚁的生存和活动，白蚁对这些地区的埋地电缆危害很大。在我国，特别是南方地区电缆防蚁问题，需引起高度重视。随着电缆使用数量的增加，电缆外护套遭受生物破坏的问题也显得日益突出，白蚁的危害尤为突出。
白蚁能把电缆护层咬穿，使电缆绝缘暴露于空气中而受潮，绝缘电阻下降，从而造成单相接地短路，甚至引起爆炸，使电缆线路发生永久性故障。电缆防白蚁的方法一般分为化学法与物理法，化学法是将一些杀虫剂如氯丹、七氯、狄氏剂、艾氏剂等加入到电缆护套料中，这些杀虫剂对白蚁有较强的杀伤作用并且药性持久，甚至几十年不失效，但2001年5月在瑞典斯德哥尔摩外交大会上通过《关于持久性优级污染物的斯德哥尔摩公约》中确定了12种产品为持久性有机污染物被“禁止和采取必要的法律和行政措施以消除”。这12中产品包括了狄氏剂、氯丹、艾氏剂。目前较常用的是环烷酸金属盐和菊酯类产品，而且在长时间的防白蚁实践中取得良好的效果。我公司生产的药物防白蚁电缆料经过改进和添加一些对人畜无害的化学物质，达到较好的防白蚁效果，时效也较长。我公司生产这种药物防白蚁电缆料已有十几年之久，至今没有客户反映有采用药物防蚁PE护套料的电缆护套被蛀蚀的情况发生。
物理法是通过在电缆上挤包一层硬度较高、表面光洁的薄护套来防白蚁，主要是利用护套塑料的硬度来防止白蚁的啃咬来达到保护电缆的作用，目前国内外通信电缆采用物理方法防治白蚁的已经比较多了。
图1 白蚁及其被白蚁损坏的电缆
目前我国考核电线电缆护套抗白蚁性能主要参考国家标准GB2951.38-86《电线电缆白蚁实验方法》，其中含有三种防白蚁实验方法，分别为击倒法（针对以前的氯丹等有毒物质）、群体法和蚁巢法，具体如表1所示。
二、物理法防白蚁塑料的选取及其优缺点
高硬度护套塑料的基材一般可分为3类。第一类是含卤类高硬度聚烯烃，如半硬聚氯乙烯。第二类是聚酰胺树脂类，其中一般选择尼龙11或尼龙12制备防蚁护套，这是因为尼龙11和尼龙12与其他尼龙种类相比，密度小，吸水率小，虽然硬度相当较小，但足以防止白蚁啃咬破坏，澳大利亚等国家常用尼龙11和尼龙12制备防白蚁电缆护套；第三类是国外的高硬度特种聚烯烃共聚物，常用的高硬度特种聚烯烃共聚物是“Termigon”，硬度为邵氏65D左右。第一代“Termigon”是由英国一线缆材料厂开发的，其详细性能数据很少有文献报道。这类防白蚁材料在国外防白蚁电缆的制造中得到广泛应用，我国对中华人民共和国通讯行业标准YD/T 901-2009《层绞式通信用室外光缆》修订后，关于防白蚁电缆护套材料方面也增补了“聚烯烃共聚物”这一项。
二十世纪七十年代初我国电缆“三防”（防鼠、防白蚁和防雷电）会战成果表明若线缆外护套的邵氏硬度D为63-65时白蚁基本上是啃咬不动的。这三种高硬度塑料比较如表2所示。其中，尼龙11和尼龙12和高硬度特种聚烯烃共聚物本身不含卤素，对环境没有污染，是一种环保型材料，因此是制备防白蚁护套的首选材料。但是尼龙11和尼龙12不但密度较大，而且价格昂贵，加工相对而言比较困难，在我国使用的不是很广泛。
三、我公司开发的物理法防白蚁电缆护套塑料
1、研发思路
综合上述三种高硬防白蚁塑料的优缺点，我们认为高硬度特种聚烯烃共聚物是最佳的防白蚁材料，这种材料不含卤素，加工不难，价格比尼龙11和尼龙12便宜很多，但这种塑料目前还主要依靠进口，价格因此也较高，国内生产这种材料的厂家也很少。
结合国外的“Termigon”产品的性能数据，我们认为高分子量聚乙烯（HMWPE）和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是制备这种类似产品的可选基材，但这类塑料的加工性能较差。对此，我公司进行了大量的改性研究和实验，开发出了加工性能优良，性能和国外产品相近的“退灭虫®”高硬度防白蚁聚烯烃护套料CAB3000（下文简称退灭虫®）。我公司生产的退灭虫®的性能和国外某公司相应一款物理法防白蚁塑料的性能如表3所示。
为了跟踪考察产品在客户处的使用情况，我公司不仅收集了客户挤制的电缆，而且及时和客户沟通交流这种塑料的挤出工艺，并根据客户的意见对产品进行改进。综合我公司客户的使用情况，客户在电缆上挤包退灭虫®主要有三种方式，第一种是先在电缆缆芯上挤包一层不防白蚁护套塑料，再在其上挤包一层较薄退灭虫®；有的客户制造的电缆外经不大，就直接在电缆缆芯上挤包一层一定厚度的退灭虫®作为护套；最后一种是将不防白蚁护套塑料和退灭虫®通过双层共挤设备同时挤包在电缆缆芯上，其中以第三种方式最为常见。
对于制造直径较大的防白蚁电缆，电缆制造厂家从成本方面考虑，基本上采用第一种和第三种挤包方式。在缆芯上挤包双层护套，只要缆芯挤包的护套总厚度达到规定范围即可，其中价格较高的退灭虫®，一般挤包厚度只需0.3～1.0mm就可以达到很好的防白蚁效果。但是在采用这两种挤包方式时，还要考虑下面几个因素：首先，内护套材料的选择上需要注意其加工温度和退灭虫®的不能相差太大。这是因为退灭虫®为高分子量高硬度特种材料，其挤出温度较高，一般要求机头温度达到210～225℃，一般内护套塑料选择PE。其次，退灭虫®护套要与内护套有较好的粘接性，这主要是为了防止电缆在铺设时两层护套脱离松动。尼龙虽然硬度较高，防白蚁性能优异，但尼龙与PE护套的粘接性较差。我公司在研制和改进退灭虫®时也一直考虑这一因素。
我公司在考察退灭虫®和PE护套的粘接性时，参考了GB/T 2790-1995《胶粘剂180°剥离强度试验方法 挠性材料对刚性材料》中的方法，并自行设计了评估这两种塑料经共挤设备挤出后的粘接性能的方法。其方法如下，取适量PE电缆料和退灭虫®压制成同样厚度的长方形试片，然后将两块试片叠合在一起并用与试片等长度、宽带为试片宽度三分之一的聚酯膜沿试片长度方向夹在两试片中间，将这两块试片放入硫化机中，以210℃、无压力预热10min后，取出两试片迅速浸入水中冷却。冷却后取出聚酯膜，用聚酯膜阻隔的部分两试片没有接触，没有粘接在一起。最后用长方形模具刀沿试片宽度方向进行取样，切取的样品有三分之一是分离的，三分之二是粘在一起的（如图2所示），将试样放在拉力机上以一定速度进行拉伸（如图3所示），记录两试片完全剥离时的拉力。其实验结果如表4所示。
图2 实验的试样示意图 图3 剥离力测试示意图
四、结束语
物理法防白蚁在环保和时效方面均优于化学法，是未来发展的趋势。在物理法防白蚁高硬度塑料中，以高硬度特种聚烯烃共聚物性价比最高。但是在国内生产这种材料的厂家还很少，进口的材料在价格上还是比较昂贵的，所以使这种材料国产化以及降低制造成本是一个值得研究的项目。
白蚁生命力很强和繁殖能力很大，其危害不容忽视。据国外科学家统计，每年全球由于蚁害所造成的经济损失高达1000亿美元。美国每年因白蚁破坏造成直接经济损失20-30亿美元，欧洲每年约损失2亿欧元，澳大利亚每年约损失1亿澳元。中国每年因白蚁危害造成的经济损失最少17亿元人民币。温带、亚热带和热带广大地区很适合白蚁的生存和活动，白蚁对这些地区的埋地电缆危害很大。在我国，特别是南方地区电缆防蚁问题，需引起高度重视。随着电缆使用数量的增加，电缆外护套遭受生物破坏的问题也显得日益突出，白蚁的危害尤为突出。
白蚁能把电缆护层咬穿，使电缆绝缘暴露于空气中而受潮，绝缘电阻下降，从而造成单相接地短路，甚至引起爆炸，使电缆线路发生永久性故障。电缆防白蚁的方法一般分为化学法与物理法，化学法是将一些杀虫剂如氯丹、七氯、狄氏剂、艾氏剂等加入到电缆护套料中，这些杀虫剂对白蚁有较强的杀伤作用并且药性持久，甚至几十年不失效，但2001年5月在瑞典斯德哥尔摩外交大会上通过《关于持久性优级污染物的斯德哥尔摩公约》中确定了12种产品为持久性有机污染物被“禁止和采取必要的法律和行政措施以消除”。这12中产品包括了狄氏剂、氯丹、艾氏剂。目前较常用的是环烷酸金属盐和菊酯类产品，而且在长时间的防白蚁实践中取得良好的效果。我公司生产的药物防白蚁电缆料经过改进和添加一些对人畜无害的化学物质，达到较好的防白蚁效果，时效也较长。我公司生产这种药物防白蚁电缆料已有十几年之久，至今没有客户反映有采用药物防蚁PE护套料的电缆护套被蛀蚀的情况发生。
物理法是通过在电缆上挤包一层硬度较高、表面光洁的薄护套来防白蚁，主要是利用护套塑料的硬度来防止白蚁的啃咬来达到保护电缆的作用，目前国内外通信电缆采用物理方法防治白蚁的已经比较多了。
图1 白蚁及其被白蚁损坏的电缆
表1
检验线缆外护套防白蚁的方法一般采用实验击倒法或群体法，采用最多的是群体法。塑料或电缆防白蚁性能达到群体法一级，基本上可以说明其具有很好的防白蚁性能和防白蚁时效性。而蚁巢法只是对群体法在时效性方面进一步验证而已。二、物理法防白蚁塑料的选取及其优缺点
高硬度护套塑料的基材一般可分为3类。第一类是含卤类高硬度聚烯烃，如半硬聚氯乙烯。第二类是聚酰胺树脂类，其中一般选择尼龙11或尼龙12制备防蚁护套，这是因为尼龙11和尼龙12与其他尼龙种类相比，密度小，吸水率小，虽然硬度相当较小，但足以防止白蚁啃咬破坏，澳大利亚等国家常用尼龙11和尼龙12制备防白蚁电缆护套；第三类是国外的高硬度特种聚烯烃共聚物，常用的高硬度特种聚烯烃共聚物是“Termigon”，硬度为邵氏65D左右。第一代“Termigon”是由英国一线缆材料厂开发的，其详细性能数据很少有文献报道。这类防白蚁材料在国外防白蚁电缆的制造中得到广泛应用，我国对中华人民共和国通讯行业标准YD/T 901-2009《层绞式通信用室外光缆》修订后，关于防白蚁电缆护套材料方面也增补了“聚烯烃共聚物”这一项。
二十世纪七十年代初我国电缆“三防”（防鼠、防白蚁和防雷电）会战成果表明若线缆外护套的邵氏硬度D为63-65时白蚁基本上是啃咬不动的。这三种高硬度塑料比较如表2所示。其中，尼龙11和尼龙12和高硬度特种聚烯烃共聚物本身不含卤素，对环境没有污染，是一种环保型材料，因此是制备防白蚁护套的首选材料。但是尼龙11和尼龙12不但密度较大，而且价格昂贵，加工相对而言比较困难，在我国使用的不是很广泛。
表2
1、研发思路
综合上述三种高硬防白蚁塑料的优缺点，我们认为高硬度特种聚烯烃共聚物是最佳的防白蚁材料，这种材料不含卤素，加工不难，价格比尼龙11和尼龙12便宜很多，但这种塑料目前还主要依靠进口，价格因此也较高，国内生产这种材料的厂家也很少。
结合国外的“Termigon”产品的性能数据，我们认为高分子量聚乙烯（HMWPE）和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是制备这种类似产品的可选基材，但这类塑料的加工性能较差。对此，我公司进行了大量的改性研究和实验，开发出了加工性能优良，性能和国外产品相近的“退灭虫®”高硬度防白蚁聚烯烃护套料CAB3000（下文简称退灭虫®）。我公司生产的退灭虫®的性能和国外某公司相应一款物理法防白蚁塑料的性能如表3所示。
表3
| 项目名称 | 单 位 | 退灭虫® | 国外某公司的物理法 防白蚁塑料 |
| 密度 | g/cm3 | 0.954 | 0.952 |
| 硬度（邵氏D，1s） | D | 65 | 64-65 |
| 熔体流动速率（190℃×2.16kg） | g/10min | 0.78 | 0.15 |
| 拉伸强度 | MPa | 27.1 | 30 |
| 屈服强度 | MPa | 19 | － |
| 断裂伸长率 | % | 750 | 800 |
| 耐环境应力开裂 | h | >96 | － |
| 耐热应力开裂 | h | >96 | － |
| 低温冲击脆化温度 | ℃ | -50 | － |
| 炭黑含量 | % | 2.6 | － |
| 20℃体积电阻率 | Ω•m | 9.1×1014 | － |
| 介电强度 | MV/m | 29 | － |
| 电缆防白蚁实验群体法 | － | 1级 | － |
| 试片白蚁实验群体法 | － | 1-2级 | 1-2级 |
2、退灭虫®应用于电缆后的性能
我公司研发的退灭虫®已批量生产，也得到相当多客户的认可。我们曾将这种产品以试片的方式送往广东省昆虫研究所做防白蚁群体法实验，结果发现仅试片的边缘有稍微的破坏，被判为群体法2级，但是有客户使用这种产品制成电缆后做防白蚁群体法，结果达到了群体法1级。为了跟踪考察产品在客户处的使用情况，我公司不仅收集了客户挤制的电缆，而且及时和客户沟通交流这种塑料的挤出工艺，并根据客户的意见对产品进行改进。综合我公司客户的使用情况，客户在电缆上挤包退灭虫®主要有三种方式，第一种是先在电缆缆芯上挤包一层不防白蚁护套塑料，再在其上挤包一层较薄退灭虫®；有的客户制造的电缆外经不大，就直接在电缆缆芯上挤包一层一定厚度的退灭虫®作为护套；最后一种是将不防白蚁护套塑料和退灭虫®通过双层共挤设备同时挤包在电缆缆芯上，其中以第三种方式最为常见。
对于制造直径较大的防白蚁电缆，电缆制造厂家从成本方面考虑，基本上采用第一种和第三种挤包方式。在缆芯上挤包双层护套，只要缆芯挤包的护套总厚度达到规定范围即可，其中价格较高的退灭虫®，一般挤包厚度只需0.3～1.0mm就可以达到很好的防白蚁效果。但是在采用这两种挤包方式时，还要考虑下面几个因素：首先，内护套材料的选择上需要注意其加工温度和退灭虫®的不能相差太大。这是因为退灭虫®为高分子量高硬度特种材料，其挤出温度较高，一般要求机头温度达到210～225℃，一般内护套塑料选择PE。其次，退灭虫®护套要与内护套有较好的粘接性，这主要是为了防止电缆在铺设时两层护套脱离松动。尼龙虽然硬度较高，防白蚁性能优异，但尼龙与PE护套的粘接性较差。我公司在研制和改进退灭虫®时也一直考虑这一因素。
我公司在考察退灭虫®和PE护套的粘接性时，参考了GB/T 2790-1995《胶粘剂180°剥离强度试验方法 挠性材料对刚性材料》中的方法，并自行设计了评估这两种塑料经共挤设备挤出后的粘接性能的方法。其方法如下，取适量PE电缆料和退灭虫®压制成同样厚度的长方形试片，然后将两块试片叠合在一起并用与试片等长度、宽带为试片宽度三分之一的聚酯膜沿试片长度方向夹在两试片中间，将这两块试片放入硫化机中，以210℃、无压力预热10min后，取出两试片迅速浸入水中冷却。冷却后取出聚酯膜，用聚酯膜阻隔的部分两试片没有接触，没有粘接在一起。最后用长方形模具刀沿试片宽度方向进行取样，切取的样品有三分之一是分离的，三分之二是粘在一起的（如图2所示），将试样放在拉力机上以一定速度进行拉伸（如图3所示），记录两试片完全剥离时的拉力。其实验结果如表4所示。
图2 实验的试样示意图 图3 剥离力测试示意图
表4
当两种粘合的材料无法剥离时，说明这两种材料在共挤后的粘接性良好。由于退灭虫®采用特种塑料作为基材，它的某些物理性能和一般塑料不一样。为了使退灭虫®和其他护套塑料的粘接性能达到最佳，挤出模式采用共挤方式为宜，两种护套料在熔融状态下有利于相互粘接，另外增加两层护套挤出的压力（如调整模具的拉伸比）也有利于两层护套快速粘接在一起。
四、结束语
物理法防白蚁在环保和时效方面均优于化学法，是未来发展的趋势。在物理法防白蚁高硬度塑料中，以高硬度特种聚烯烃共聚物性价比最高。但是在国内生产这种材料的厂家还很少，进口的材料在价格上还是比较昂贵的，所以使这种材料国产化以及降低制造成本是一个值得研究的项目。
