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2015/02/09
作者：黄燕生
引言
纤膏是将几种增稠剂分散到一种（或几种）油基质中，从而形成的一种稠粘性半固体物质。为了改善有关性能，还需加入少量的功能型添加剂。因而，光纤油膏有三个组成部分：基础油、增稠剂及添加剂。总的来说，纤膏是一种复杂的高分子体系。它填充于光纤松套中，对其中的光纤主要有两方面的保护作用：（1）防止空气中的潮气侵蚀光纤；（2）对光纤起衬垫作用，缓冲光纤受振动、冲击、弯曲等机械力的影响。
在二次套塑工艺中，纤膏在机械泵的剪切作用下，粘度迅速下降，变成流体，被泵入挤塑机机头，注入光纤松套管中。在上述过程中，如果纤膏的触变性好，则在二次套塑生产中，油膏愈容易被齿轮泵泵入挤塑机机头，使得填充工艺均匀稳定，更有利于充分填充，同时对光纤在套管中的余长控制也比较有益。
含硅纤膏是指其中的增稠剂中含有二氧化硅的纤膏。二氧化硅是非常好的增稠触变剂，其表面具有很多高活性的硅羟基，一般以孤立羟基、相邻羟基和双重羟基形式存在。但由于目前各个材料生产商生产的含硅纤膏的粘度要比无硅纤膏的粘度大，所以对于小管径套管就比较难控制工艺。但在国外，含硅纤膏一直占有很大的市场，而实际上二氧化硅是一种非常好的增稠触变剂，且含硅纤膏与无硅纤膏对比有很大的成本优势。所以，笔者预测未来五年，油膏厂家还是会突破技术瓶颈，把含硅纤膏推回到油膏的主力市场。
一、含硅纤膏触变性机理
触变性是指油膏在较小剪切应力作用下，流动性增大，粘度降低，停止搅动后，流动性逐渐减小，粘度增大，恢复原状的性能。触变性是塑性流体所具有的一种流变特性，是纤膏具有的最基本特性。
二氧化硅是非常好的增稠触变剂，其表面具有很多高活性的硅羟基，一般以孤立羟基、相邻羟基和双重羟基形式存在。其增稠和触变机理主要是通过表面硅羟基的氢键的相互作用来实现的。二氧化硅与基础油混合溶解后，二氧化硅质点表面上残留的OH基之间形成弱氢键将相邻质点相互结合，形成三维的网架结构，而基础油分子即陷落在网架之间，从而使缆膏形成一种稳定的、非流动的粘稠胶体。纤膏是一种以综合作用的网状结构为基础的复杂体系，当基础油被包裹在其中时，纤膏是稳定的不流动液体；当网状结构被破坏，纤膏成为流动性很好的流体。同时良好的分散能使二氧化硅在液态体系中产生稳定和完整的网络结构,取得适当的粘度和优良的触变特性，过度分散则会导致聚集体的严重破碎和松散，不能连接在一起形成很好的网络，导致较低的粘度和触变特性。
光纤在松套管中应不受任何应力和应变。纤膏在实际运用中表现的触变性是：当松套管成形后，作用在纤膏上的外力消失，纤膏逐渐回复到粘稠状态，不流动，在光纤周围形成稳定的缓冲层，从而保护光纤。光缆在生产、运输和敷设过程中可能会受到弯曲、振动、冲击、拉伸等外力作用，这时如果填充在松套管中的纤膏的触变性好，纤膏在受到外力时，粘度能迅速下降，膏体软化，缓冲应力，对光纤起到保护作用，同时有利于因外力而导致光纤在平衡位置附近移动，避免光纤因受到僵硬的反作用力而造成的微弯损耗。【1】
二、含硅纤膏触变性的实验室评价方法
旋转粘度计（Brookfield）粘度测试法：我们可以用剪切的原理，用旋转粘度计（Brookfield）测定非牛顿材料流变性能的标准（ASTM D2196）推荐触变度测定为：在最低旋转速度下，并逐渐增加转速，当达到某一预定的最大转速后，再逐渐降低转速到最低转速为止。将粘度计在逐渐增速和减速过程中得到的数据，以剪切应力的变化数据为横坐标，剪切力的变化数据为纵左边标注在直角坐标系中，这样可以画出一个封闭的流变曲线图，封闭的区域称为触变度。面积越大，触变度越大即纤膏的触变性愈佳。
高温析油测试法：析油是指高温下油和膏分离的现象。一般来说二氧化硅质点表面上残留的OH基之间形成弱氢键成三维的网架结构是相当稳定的，随着温度的升高，网状结构接受能量，相互作用的各种健打开，同样导致网状结构被破坏，粘度迅速降低，基础油不再稳定地存在于原来的网状结构而析出，出现析油现象。相同温度做析油实验，触变性好的纤膏，随温度的变化网状结构破坏程度较小，那么析油量就少。同样，触变性好的纤膏，粘度随温度变化降低的程度较小，那么纤膏可以体现出耐更高温度而不出现析油。
滴点：滴点是指纤膏在规定条件下达到一定流动性时的最低温度，以℃表示（用摄氏度表示）。滴点是在标准条件下纤膏从半固体变成液体状态的温度。在规定的条件下加热，纤膏随温度的升高同样网状结构被破坏，纤膏粘度下降而变软，从仪器的脂杯中滴下第一滴或成柱状触及试管底部时的温度（从固态变成液态的温度点），称为纤膏的滴点。随着温度升高，纤膏触变性被破坏，一旦发生网状结构被打开呈线性化，基础油分子就会与膏分离滴出，所以笔者认为滴点测试也是很好评价纤膏触变性的一种方法。
三、含硅纤膏与无硅纤膏的性能比较
含硅纤膏和无硅纤膏成形工艺和配方的不同，导致两种纤膏有各自的一些特性。两者最大的差别就是粘度和流动性，无硅纤膏的粘度，特别是200 1/s的粘度比含硅纤膏的粘度要更低，所以对于管径越小的套管，填充更显优势。但含硅纤膏在触变性上优于无硅纤膏，可以做到很高的滴点，可以满足更大管径的套管都不会出现滴流。
具体一些参数比较见下表，数据仅代表鑫昌龙公司的两种纤膏的对比：
参考文献
马军，浅析光纤松套管油膏的触变性，现代有线传输，2001年第1期
纤膏是将几种增稠剂分散到一种（或几种）油基质中，从而形成的一种稠粘性半固体物质。为了改善有关性能，还需加入少量的功能型添加剂。因而，光纤油膏有三个组成部分：基础油、增稠剂及添加剂。总的来说，纤膏是一种复杂的高分子体系。它填充于光纤松套中，对其中的光纤主要有两方面的保护作用：（1）防止空气中的潮气侵蚀光纤；（2）对光纤起衬垫作用，缓冲光纤受振动、冲击、弯曲等机械力的影响。
在二次套塑工艺中，纤膏在机械泵的剪切作用下，粘度迅速下降，变成流体，被泵入挤塑机机头，注入光纤松套管中。在上述过程中，如果纤膏的触变性好，则在二次套塑生产中，油膏愈容易被齿轮泵泵入挤塑机机头，使得填充工艺均匀稳定，更有利于充分填充，同时对光纤在套管中的余长控制也比较有益。
含硅纤膏是指其中的增稠剂中含有二氧化硅的纤膏。二氧化硅是非常好的增稠触变剂，其表面具有很多高活性的硅羟基，一般以孤立羟基、相邻羟基和双重羟基形式存在。但由于目前各个材料生产商生产的含硅纤膏的粘度要比无硅纤膏的粘度大，所以对于小管径套管就比较难控制工艺。但在国外，含硅纤膏一直占有很大的市场，而实际上二氧化硅是一种非常好的增稠触变剂，且含硅纤膏与无硅纤膏对比有很大的成本优势。所以，笔者预测未来五年，油膏厂家还是会突破技术瓶颈，把含硅纤膏推回到油膏的主力市场。
一、含硅纤膏触变性机理
触变性是指油膏在较小剪切应力作用下，流动性增大，粘度降低，停止搅动后，流动性逐渐减小，粘度增大，恢复原状的性能。触变性是塑性流体所具有的一种流变特性，是纤膏具有的最基本特性。
二氧化硅是非常好的增稠触变剂，其表面具有很多高活性的硅羟基，一般以孤立羟基、相邻羟基和双重羟基形式存在。其增稠和触变机理主要是通过表面硅羟基的氢键的相互作用来实现的。二氧化硅与基础油混合溶解后，二氧化硅质点表面上残留的OH基之间形成弱氢键将相邻质点相互结合，形成三维的网架结构，而基础油分子即陷落在网架之间，从而使缆膏形成一种稳定的、非流动的粘稠胶体。纤膏是一种以综合作用的网状结构为基础的复杂体系，当基础油被包裹在其中时，纤膏是稳定的不流动液体；当网状结构被破坏，纤膏成为流动性很好的流体。同时良好的分散能使二氧化硅在液态体系中产生稳定和完整的网络结构,取得适当的粘度和优良的触变特性，过度分散则会导致聚集体的严重破碎和松散，不能连接在一起形成很好的网络，导致较低的粘度和触变特性。
光纤在松套管中应不受任何应力和应变。纤膏在实际运用中表现的触变性是：当松套管成形后，作用在纤膏上的外力消失，纤膏逐渐回复到粘稠状态，不流动，在光纤周围形成稳定的缓冲层，从而保护光纤。光缆在生产、运输和敷设过程中可能会受到弯曲、振动、冲击、拉伸等外力作用，这时如果填充在松套管中的纤膏的触变性好，纤膏在受到外力时，粘度能迅速下降，膏体软化，缓冲应力，对光纤起到保护作用，同时有利于因外力而导致光纤在平衡位置附近移动，避免光纤因受到僵硬的反作用力而造成的微弯损耗。【1】
二、含硅纤膏触变性的实验室评价方法
旋转粘度计（Brookfield）粘度测试法：我们可以用剪切的原理，用旋转粘度计（Brookfield）测定非牛顿材料流变性能的标准（ASTM D2196）推荐触变度测定为：在最低旋转速度下，并逐渐增加转速，当达到某一预定的最大转速后，再逐渐降低转速到最低转速为止。将粘度计在逐渐增速和减速过程中得到的数据，以剪切应力的变化数据为横坐标，剪切力的变化数据为纵左边标注在直角坐标系中，这样可以画出一个封闭的流变曲线图，封闭的区域称为触变度。面积越大，触变度越大即纤膏的触变性愈佳。
高温析油测试法：析油是指高温下油和膏分离的现象。一般来说二氧化硅质点表面上残留的OH基之间形成弱氢键成三维的网架结构是相当稳定的，随着温度的升高，网状结构接受能量，相互作用的各种健打开，同样导致网状结构被破坏，粘度迅速降低，基础油不再稳定地存在于原来的网状结构而析出，出现析油现象。相同温度做析油实验，触变性好的纤膏，随温度的变化网状结构破坏程度较小，那么析油量就少。同样，触变性好的纤膏，粘度随温度变化降低的程度较小，那么纤膏可以体现出耐更高温度而不出现析油。
滴点：滴点是指纤膏在规定条件下达到一定流动性时的最低温度，以℃表示（用摄氏度表示）。滴点是在标准条件下纤膏从半固体变成液体状态的温度。在规定的条件下加热，纤膏随温度的升高同样网状结构被破坏，纤膏粘度下降而变软，从仪器的脂杯中滴下第一滴或成柱状触及试管底部时的温度（从固态变成液态的温度点），称为纤膏的滴点。随着温度升高，纤膏触变性被破坏，一旦发生网状结构被打开呈线性化，基础油分子就会与膏分离滴出，所以笔者认为滴点测试也是很好评价纤膏触变性的一种方法。
三、含硅纤膏与无硅纤膏的性能比较
含硅纤膏和无硅纤膏成形工艺和配方的不同，导致两种纤膏有各自的一些特性。两者最大的差别就是粘度和流动性，无硅纤膏的粘度，特别是200 1/s的粘度比含硅纤膏的粘度要更低，所以对于管径越小的套管，填充更显优势。但含硅纤膏在触变性上优于无硅纤膏，可以做到很高的滴点，可以满足更大管径的套管都不会出现滴流。
具体一些参数比较见下表，数据仅代表鑫昌龙公司的两种纤膏的对比：
| 无硅纤膏 | 含硅纤膏 | |
| 外观 | 无色透明 | 无色半透明 |
| 锥入度 | 460（典型值） | 455（典型值） |
| 密度 | 0.825 | 0.830 |
| 粘度 | 粘度较低，流动性好 | 粘度稍高，流动性较差 |
| 触变性 | 良好 | 优于无硅纤膏 |
| 国内外使用情况 | 国内普遍使用 | 在国外与无硅纤膏一样占据主流市场 |
| 成本 | 比无硅纤膏有较大成本优势 |
目前，大部分光缆厂家都采用集中供油系统，使得低粘度的无硅纤膏在实际生产工艺中更显优势。但随着竞争的压力增大，也导致材料工艺商和厂家都要不断创新，最终把低成本高触变性的含硅纤膏实际运用到集中供油系统中去。
参考文献
马军，浅析光纤松套管油膏的触变性，现代有线传输，2001年第1期
