4G背景下皮线光缆用无卤电缆料的生产工艺探讨

摘要：本文介绍了随着4G和光纤到户的发展，对皮线光缆的需求量越来越大，同时客户也需要价格低廉皮线光缆，我们从配方、工艺的角度对生产物美价廉的低烟无卤皮线缆电缆料做了探讨。

关键词：皮线光缆；蝶形光缆；无卤；生产工艺；4G

FTTH即是指光纤直接到家庭，如“光纤到户”工程要全面展开，就需要解决所谓“最后一公里”的问题，以往需要使用传统的金属导线，包括双绞线及同轴电缆等，如5类缆、6类缆。但随着百兆，特别是千兆宽带的普及，传统的金属导线无法满足需要满足要求，所以接入网用蝶形引入光缆代替传统的5类缆、6类缆逐渐被用于室内布线。接入网用蝶形引入光缆即我们通常所说的皮线光缆，是将光通信单元（光纤）处于中心，两侧放置两根平行非金属加强件（FRP）或金属加强构件，最后，挤制黑色或彩色聚氯乙烯（PVC）或低烟无卤材料（LSZH）护套而成，但随着无卤化要求的提高，越来越多使用低烟无卤材料（LSZH）作为护套。皮线光缆具有以下的优点：使用光纤，提供更大的带宽，增强网络传输性能；两根平行FRP或金属加强件使光缆具有良好的抗压性能，保护光纤；独特的凹槽设计，易剥离，方便接续，简化安装和维护；可与多种现场连接器匹配，可现场成端；光缆结构简单，重量轻，柔软，有较小的曲率半径，实用性强。因此，皮线光缆被广泛的应用于FTTH的布线，其可分为室内布线、楼内垂直水平布线、自承式架空入户布线、管道入户布线等。

2013年12月工信部首次发放了4G牌照，即向中国移动、中国电信、中国联通3大运营商统一发放TD-LTE标准制式的牌照，中国的4G启动。在2014年中国移动发力4G，短短一年就建设了70万4G基站，也带动了光纤和光缆需求的大幅度提升。工业和信息化部发布的《2014年通信运营业统计公报》，2014年中国光缆需求量与2013年相比增长8%，2014年新建光缆线路300.7万公里，光缆线路总长度达到2046万公里。在此情况下许多生产厂家开足马力，或并上新的生产线生产皮线光缆。因为TDD模式4G网络是以中国移动为主导的4G网络，而世界上主流的4G网络是从WCDMA网络上演进而来的FDD-LTE。与中国移动大张旗鼓的推进TDD-LTE网络行程鲜明对比，中国联通和中国电信在TDD-LTE领域的声音基本上只是喊喊口号，并没有实质性的进展。2015年2月27日，工信部宣布，向中国电信和中国联通发放FDD-LTE牌照。此举将抹平中国电信，中国联通和中国移动在4G争夺上的技术差距，必然使中国电信和中国联通在4G争夺上发力。2015年3月中国联通举行业绩说明会，表示联通将加快4G网络建设，2015年基站数量将达到92万个。原本有消息称2015年中国移动将放缓基站建设，在此状况下，中国移动也不敢掉以轻心。2015年3月3日，在世界移动通信会议期间，中国移动表示2015年将再建设4G基站30万以上，使其4G基站总数目达到100万个。预计在2018年中国将全面引入千兆FTTH。因此预计在未来数年，中国的光缆需求量还将有一个稳定的增长。而在FTTH中占有重要作用的皮线光缆的需求也将稳定增加。

FTTH的全面铺开，也就要求皮线缆的价格进一步降低，而构成皮线缆成本重要因素的光纤和护套。光纤价格随着国内的光棒自主生产大幅度下降，护套常用的低烟无卤聚烯烃材料这些年发展也很快。例如每公里皮线缆需求2kg作用，生产速度60-100米/min，每天生产20-24小时，每台机就需要3-4吨。所以，目前许多皮线缆生产厂家对低烟无卤电缆料的需求量很大，每个月皮线缆料需求达到数百吨。在此情况下，如何提高皮线缆电缆料的产能，降低成本，就变得非常重要。

目前国内对低烟无卤电缆料好没有统一的国家标准，现在使用的标准为原来部颁的行业标准，目前有两个：一个是原机械工业部的《JB／T 10707-2007热塑性无卤低烟阻燃电缆料》，该标准要求的低烟无卤电缆料主要用于电力电缆或信号传输用电缆；一个是原信息产业部的部颁标准《YD/T 1113-2001 光缆护套用低烟无卤阻燃材料特性》，该标准要求的低烟无卤电缆料主要用于光缆。表1   电缆和光缆用低烟无卤的性能

序号 项目 单位 JB／T 10707-2007护套要求 YD/T 1113-2001要求

1 密度 g/cm3 - 1.2-1.5

2 抗张强度 Mpa ≥9.0 ≥10.0

3 断裂伸长率 % ≥150 ≥150

4 热变形 % 90℃×4hr 90℃，1kg≤20

5 低温脆化温度

室内

室外

℃ ≤-40

≤-20

≤-40

6 极限氧指数 % ≥32 ≥32

7 烟密度 - ≤250（无焰）≤100（有焰） ≤300（无焰）

8 体积电阻 Ωm ≥1010 ≥1010

9 卤化氢气体含量 mg/g ≤5 ≥5

10 燃烧气体PH值 - ≥4.3 ≥4

11 燃烧气体电导率 μs/cm 100 100

12 邵氏硬度HA - - ≥80

13 垂直燃烧 - - FV-0

14 水平燃烧 - - GB2408-80/1

常见的性能如表1，原机械工业部的老化要求为100℃×168hr，变化率小于30%，原信息产业部的要求为110℃×168hr，变化率小于20%。从数据来看，光缆对低烟无卤材料的要求略高于电缆。因为皮线缆是光缆，适用原信息产业部低烟无卤材料的要求。为了降低成本，皮线缆用低烟无卤电缆料质量要求一般都是尽量要求靠近极限，如密度做到1.49-1.50，强度10.0，伸长150，氧指数32等，不要求有太大的余量。我们知道对于常规的全部使用氢氧化铝或氢氧化镁的低烟无卤材料，如果密度在1.49-1.50，其无机填充量在60%或以上，氧指数应该在35或以上。因此许多厂家从成本考虑，在满足上述标准的前提下，会在填料中使用部分的碳酸钙或其他价格比较低的填料替代氢氧化铝或氢氧化镁。而对于在室外或比较宽阔场所使用的皮线缆，此时对皮线缆的燃烧烟密度要求没有那么高，因此有厂家就使用碳酸钙填充较多甚至是全钙的无卤材料生产皮线缆。

目前低烟无卤的生产工艺有主要以下几种：

1、双螺杆挤出机+单螺杆挤出机，磨面切料、风冷、过筛，包装；

2、密炼机+单螺杆挤出机，磨面切料、风冷、过筛，包装；

3、密炼机+双螺杆、单螺杆双阶挤出机，磨面切料、风冷、过筛，包装；

4、布氏机（往复机）+单螺杆挤出机，磨面切料、风冷、过筛，包装。

笔者使用过这四种生产工艺生产过低烟无卤电缆，对上述几种的工艺条件下生产的无卤材料的优缺点有着比较直观的了解。双螺杆挤出机+单螺杆挤出机的工艺是许多小微型电缆料厂家首选的设备，因为该设备只要略作调整和改造，就既可以用于PVC电缆料的生产，也可以用于低烟无卤电缆料的生产。但该工艺用于低烟无卤生产也有着较为明显的缺点，该工艺没有密炼机、混炼的过程，仅仅在双螺杆中塑化，所以物料分散不是很均匀，而且产量不高。为了弥补该缺点，厂家采用两遍法，但只有进一步使产量降低，且增加了生产成本。密炼机+双螺杆、单螺杆双阶挤出机工艺，该工艺是目前电缆料生产厂家的标准配置，密炼机可以使材料得到充分的混炼，而且双螺杆进一步使材料塑化，所以该工艺生产的电缆料较佳，而且产量也很大。但该工艺为间歇式生产，锅与锅之间存在差异，且能耗较大。密炼机+单螺杆挤出机工艺类似于密炼机+双螺杆、单螺杆双阶挤出机工艺，产量也较高，但因为缺少双螺杆挤出机，所以类似条件得到的产品塑化要差一些，而且也存在锅与锅之间的差异，但该工艺的能耗更低，而且通过工艺设计、参数调整可以弥补一些不足。布氏机（往复机）+单螺杆挤出机的工艺是国外电缆料生产常用的方法，该方法如在配合失重秤、自动喂料装置，那么生产的产品品质较好，而且产量也很高。但布氏机价格较高，如果再加上失重秤、自动喂料装置那么需要的投资就会很大。有些厂家尝试利用国产仿制的设备，但生产出的产品质量差别较大。

为此我们针对中小企业客户，设计性价比较好皮线缆用无卤电缆料的生产工艺，该工艺在密炼机+单螺杆挤出机工艺进行调整，可以得到性能优越，成本较低的产品。我们改后的工艺分为两种：

工艺一：按配方配制700kg左右物料，投入搅拌混合锅（1000L）混合均匀，然后移入中转槽中，每次在密炼机在加入等量体积的物料，然后在密炼机中混炼，混炼最高温度根据物料不同设置在150-170℃之间，混炼总时间在20分钟左右，然后在单螺杆挤出机中挤出造粒（挤出机根据塑化程度调整），风冷、过筛，磁力除铁，包装。

工艺二：按配方配制100kg左右物料，投入密炼机中混炼，混炼最高温度根据物料不同设置在150-170℃之间，混炼总时间在20分钟左右，然后在单螺杆挤出机中挤出造粒（挤出机根据塑化程度调整），风冷、过筛，然后物料进入搅拌锅（1000L-3000L）中混合均匀，然后磁力除铁，包装。

该两种工艺保留产量大、能耗低的优点，又在一定程度上弥补了材料塑化不均、锅与锅之间有差异的缺点，经过给客户的试用，效果比较良好，没有不良的反应。本文研究了无卤皮线缆电缆料的制备，以给4G和光纤入户工程尽一些微薄之力。