無(wú)鹵低煙阻燃電纜設(shè)計(jì)

1、無(wú)鹵低煙阻燃電纜設(shè)計(jì)阻燃電纜在過(guò)去20多年的實(shí)踐過(guò)程中，多采用氯丁膠和聚氯乙烯pvc作為護(hù)套材料，一旦受熱和燒著，其燃燒釋放出的煙霧量非常大，用iec61034或gb/t17651-1998測(cè)量出的透光率在10%以下，而且其釋放出的氯化氫（hcl）氣體含量很多，用iec60754或gb/t17650-1998測(cè)量的hcl含量達(dá)到200300mg/g。如此濃的煙霧再加上如hcl、h2s和co等毒性氣體對(duì)人的呼吸系統(tǒng)的刺激和血液中毒，受災(zāi)的人員根本無(wú)法逃離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。據(jù)國(guó)外消防白皮書(shū)記載，這種在“二次災(zāi)害”中傷亡的人員占整個(gè)火災(zāi)傷亡人數(shù)的70%80%，在我國(guó)煤礦火災(zāi)事故的傷亡人數(shù)中，受害于“二次災(zāi)害

2、”的人數(shù)比例也是非常可觀。為此，含鹵阻燃如pvc電纜又到了一個(gè)必須更新的重要階段，研制和應(yīng)用無(wú)鹵阻燃或低煙低毒（鹵）阻燃電纜是非常必要的，也是阻燃電纜發(fā)展的必然趨勢(shì)。圖 不同的塑料燃燒產(chǎn)生煙霧濃度差異為了說(shuō)明高聚物材料對(duì)電纜燃燒煙濃度的影響，選擇了如martinswerk的pvc-p和eva無(wú)鹵低煙阻燃料的試片的煙密度曲線圖和中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)年會(huì)建筑線纜論文集p145的圖，有關(guān)無(wú)鹵低煙阻燃電纜、低鹵低煙阻燃電纜、普通pvc阻燃電纜等幾種類型電纜，按照gb12666.7-90電線電纜燃燒煙濃度試驗(yàn)方法的規(guī)定測(cè)定其在燃燒過(guò)程中的最低透光率。最低透光率越小，則電纜燃燒煙濃度就越大；反之則電纜燃燒煙濃

3、度就越小，試驗(yàn)結(jié)果如圖所示。 視野清晰 視野模糊 無(wú)視野 圖 燃燒不同的電纜透光率變化曲線1-無(wú)鹵低煙阻燃船用電力電纜2-無(wú)鹵低煙阻燃控制電纜3-低鹵低煙阻燃pvc護(hù)套xlpe絕緣電力電纜4-低鹵低煙阻燃pvc絕緣及護(hù)套電力電纜5-普通阻燃pvc絕緣及護(hù)套電力電纜6-普通阻燃pvc絕緣及護(hù)套控制電纜由圖所知，無(wú)鹵低煙阻燃電纜燃燒時(shí)發(fā)煙量小，其最低透光率一般在80%以上（視野清晰）；低鹵低煙阻燃電纜發(fā)煙量居中，其最低透光率約在45%50%之間（視野模糊）；普通pvc阻燃電纜的發(fā)煙量最大，其最低透光率約在10%20%左右（無(wú)視野）。就發(fā)煙量而言，無(wú)鹵低煙阻燃電纜比其它類型的阻燃電纜具有低發(fā)煙性能，

4、因而廣泛應(yīng)用于人員密集活動(dòng)場(chǎng)所如賓館、娛樂(lè)場(chǎng)所、學(xué)校、辦公樓、商場(chǎng)、軌道交通、船舶、海上石油鉆井平臺(tái)、核電站、機(jī)房等空間有限的地方和關(guān)鍵場(chǎng)所。表 電纜常用部分高聚物材料的煙密度序號(hào)材料名稱試驗(yàn)方法astm e662 dm無(wú)焰法 nf有焰法f1234567891011乙丙膠交聯(lián)聚乙烯絕緣料70pvc絕緣料70阻燃pvc護(hù)套料低鹵低煙阻燃pvc絕緣料低鹵低煙阻燃pvc護(hù)套料低鹵低煙阻燃聚烯烴護(hù)套料無(wú)鹵低煙阻燃乙丙絕緣膠料無(wú)鹵低煙阻燃eva護(hù)套料無(wú)鹵低煙阻燃護(hù)套料（進(jìn)口）無(wú)鹵低煙阻燃護(hù)套料（進(jìn)口）1211604835113086345733223617122617013456379562054327

5、690816164表中的數(shù)據(jù)使用1mm厚度的試片測(cè)得的。聚乙烯等樹(shù)脂燃燒時(shí)，生成了促進(jìn)燃燒反應(yīng)的oh游離基。含鹵素聚合物和阻燃劑（圖中是含氯阻燃劑），由于材料燃燒而分解，生成氯化氫。氯化氫能捕捉oh游離基，產(chǎn)生穩(wěn)定作用，自身抑制了燃燒反應(yīng)。這樣的鹵素類聚合物，加少量就能得到高的阻燃性?？蓡?wèn)題是在燃燒時(shí)產(chǎn)生了對(duì)人體有害的鹵化氫氣體。近年來(lái)環(huán)境意識(shí)加強(qiáng)，采用無(wú)鹵電線產(chǎn)品的要求，迅速增加。圖 含鹵阻燃劑的阻燃機(jī)理不含鹵素的阻燃劑代表，是金屬氫氧化物阻燃劑和含磷阻燃劑。有代表性的是金屬氫氧化物阻燃劑，如氫氧化鋁（ath）和氫氧化鎂（mdh）。它們的阻燃機(jī)理，通常認(rèn)為是由于其熱分解時(shí)吸熱，降低了燃燒物的

6、溫度所致，與鹵素阻燃劑相比，阻燃效果差。可它在燃燒時(shí)沒(méi)有hcl之類毒性氣體發(fā)生，所以在必須開(kāi)發(fā)無(wú)鹵阻燃電纜的阻燃劑時(shí)，就有必要研究金屬氫氧化物體系阻燃劑。ath及mdh阻燃作用的原理是吸熱分解反應(yīng)，生產(chǎn)氧化鋁，氧化鎂和水。分解產(chǎn)品都是無(wú)毒且無(wú)腐蝕性的。在ath及mdh分解時(shí)，能吸收有機(jī)聚合物的混合物，在燃燒過(guò)程中釋放的大量熱能。ath的反應(yīng)過(guò)程2ai（oh）3 al2o3+3h2o mw 78每分解一克氫氧化鋁耗1.05l焦耳熱量mdh也是經(jīng)過(guò)這樣的反應(yīng)過(guò)程而產(chǎn)生氧化鎂。mg（oh）2 mgo+h2o mw 58每分解一克氫氧化鎂需熱量1.316焦耳。聚合物塑料能因此避免迅速被熱分解，而可燃衍

7、生物的產(chǎn)生也可被抑制，同時(shí)裂解中產(chǎn)生的水氣能排擠空氣（氧氣）并在物體表面形成保護(hù)膜層，另外一種含有碳化物、氧化鋁及氧化鎂的耐溫炭渣會(huì)在塑料表面形成進(jìn)一步阻止火勢(shì)蔓延，它也能通過(guò)吸附一些燃燒衍生物而大大的降低煙霧產(chǎn)生。ath及mdh阻燃效果取決于在塑料配方中的用量。在不超過(guò)200（ath）320（mdh）的加工溫度下，它們適用各種領(lǐng)域，如超過(guò)這個(gè)溫度，脫水反應(yīng)開(kāi)始。mdh-ath重量%溫度/圖 溫度對(duì)阻燃填料熱分解影響圖氫氧化鋁（ath）al（oh）3白色粉末、無(wú)味、無(wú)毒相對(duì)密度2.42g/cm3兼具阻燃、抑煙、填充等多種功能，是用量最多的環(huán)保型無(wú)機(jī)阻燃劑。ath在245 320范圍基本可完成脫

8、水反應(yīng)，釋放出結(jié)晶水，2al（oh）3 al2o3+3h2o吸收潛熱，降低體系溫度，達(dá)到“冷卻效果“。產(chǎn)生的大量水蒸氣的同時(shí)又能稀釋可燃?xì)獾捏w積，分解生產(chǎn)的al2o3與其他炭化物一起形成一道固態(tài)殘?jiān)?，起到阻燃屏障，減緩燒損速率，防止火焰蔓延。ath還有阻燃技術(shù)重要性能是其抑煙效應(yīng)。如甲基丙烯酸系樹(shù)脂中添加ath，其煙濃度隨ath添加量的增加而呈線性減少。當(dāng)添加100phr時(shí)，制品的發(fā)煙量?jī)H為純樹(shù)脂的約10%。ath的阻燃能力不強(qiáng)，填充量多才有阻燃性，這樣必然影響材料的物理機(jī)械性能。因此，必須對(duì)ath進(jìn)行物理或化學(xué)改性，改變其聚集狀態(tài)與表面特征，使之高功能化。一般情況，由于ath的有效使用溫度范

9、圍在200以下，在245320內(nèi)基本完成脫水，故只適用于加工溫度較低的樹(shù)脂，如pe、eva、軟泡pu、丙烯酸樹(shù)脂等。為了抑制共混物粘度增大，提高水合物的脫水溫度，改善阻燃材料的機(jī)械強(qiáng)度和降低吸水性，采取以下述對(duì)策行之有效：阻燃填充劑的粒度與制品的性能有著密切的關(guān)系。因?yàn)樽枞甲饔玫陌l(fā)揮是由化學(xué)反應(yīng)所支配的，其粒徑越小，比表面積就越大，與分散相聚合物就有好的接觸阻燃效果就越好，如圖所示圖 ath的平均粒徑與阻燃特性ath是典型的極性無(wú)機(jī)材料，與有機(jī)聚合物特別是非極性聚烯烴如pe的親和性差，界面結(jié)合力小，導(dǎo)致以其含阻燃劑的混合材料的加工工藝和物理機(jī)械性能下降。超細(xì)粒度的ath，由于增強(qiáng)了界面的相互作

10、用，可以更均勻地分散在基體樹(shù)脂中，從而能更有效地改善共混料的力學(xué)性能。例如，在eea樹(shù)脂中添加等量（100phr）ath時(shí)，ath的平均粒徑越小，共混料的拉伸強(qiáng)度就越高，見(jiàn)圖所示。圖 ath的平均粒徑與拉伸強(qiáng)度的關(guān)系（eea樹(shù)脂100份，ath100份）美國(guó)huber公司開(kāi)發(fā)的新品種micral 100和micral 1500，平均粒徑分別為1.0m，而且粒度分布范圍窄，可改善注塑和擠塑加工工藝。采用micral 1000配方的物料，擠塑能力可提高40%。美國(guó)climax公司的hydrax系列ath有5個(gè)品種，有粒度分布范圍極窄。alcoa公司的s-13超細(xì)ath，其粒徑為0.20.5m，粒度

11、分布范圍控制嚴(yán)格，且硅含量低，同時(shí)還能與較大粒徑的ath混合，以提高填充密度和降低粘度。日本輕金屬（株）開(kāi)發(fā)的b703、b1403即是平均粒徑小于2m的微粒級(jí)ath。去除al（oh）3中的雜質(zhì)，尤其是na2o含量要低于0.2%。美國(guó)alcoa公司開(kāi)發(fā)的氫氧化鋁新品種中有低堿含量ath，其na2o含量?jī)H為0.02%。日本輕金屬（株）推出的高純度ath品級(jí)，其al（oh）3含量大于99.9%。作為電線電纜阻燃絕緣材料很適用。solem公司的新品種耐熱性ath，其na2o含量低，超微細(xì)化，比表面積大，電氣性能優(yōu)異，可在290下使用。表面活性化采用具有親水和親油兩性結(jié)構(gòu)的硅烷類或鈦酸酯類偶聯(lián)劑對(duì)氫氧化

12、鋁進(jìn)行處理，使其表面有機(jī)化，處理方法得當(dāng)，就可以改善阻燃填充劑ath與基體聚合物之間的親和性，提高材料的加工性能和力學(xué)性能，因?yàn)榻缑娴恼澈蠣顟B(tài)對(duì)于材料的物理機(jī)械性能有著重要的影響。由于分散性更好，體系粘度減小，可以高填充，降低制品成本；由于吸水性降低，使電氣性能更優(yōu)良。按化學(xué)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有偶聯(lián)劑分為硅烷和鈦酸酯兩大類。硅烷偶聯(lián)劑應(yīng)用最早且廣，其中適用氯丁橡膠的有氨丙基三乙氧基硅烷（a-1100），巰基丙基三甲氧基硅烷（a-189）。硅烷偶聯(lián)劑的通式可為rsi（or）3。式中：r是與聚合物分子有親和反應(yīng)性的烴基，具有這種活性官能用的有氨基、巰基、乙烯基、環(huán)氧基等；（or）為親無(wú)機(jī)物的水解性烷氧基，如

13、甲氧基、乙氧基等。硅烷偶聯(lián)劑的作用，可用以下反應(yīng)機(jī)理來(lái)理解：（1） 硅烷水解（填料表面吸附有游離水） h2o ho（or）3sir hosir+roh ho (如甲醇、乙醇)（2） 硅烷的（oh）3同無(wú)機(jī)填料表面羥基（oh）反應(yīng) oh硅酸鹽rsioh+ho rsio硅酸鹽+h2ooh （填料表面） （如硅酸鋁、硅酸鎂、二氧化硅） （3）聚合物在混煉時(shí)，由于機(jī)械破壞而產(chǎn)生的聚合物自由基和無(wú)機(jī)填料硅烷產(chǎn)物的親另一端聚合物烴基（氨基、巰基等）反應(yīng) oh oh硅酸鹽硅酸鹽（聚合物自由基）+rsio rsio oh oh （4）鏈終止r的反應(yīng)+（聚合物自由基） r氫氧化鋁經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑a-174（甲基丙烯

14、鈦氧基丙基三甲氧基硅烷）處理后，加到聚酯樹(shù)脂中，大大地降低粘度，提高材料的抗彎強(qiáng)度。市售硅烷偶聯(lián)劑處理的ath有g(shù)reat lakes mineral公司的sh系列與sa系列（分別用乙烯基類、甲基丙烯鈦氧基類硅烷偶聯(lián)系處理），solem industries的sw系列與hyfex系列（分別用氨基類、硅烷偶聯(lián)劑處理。）日本昭和輕金屬公司開(kāi)發(fā)的h-34、h-34hl也是經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)處理的ath新品種。無(wú)鹵低煙阻燃電纜料很多是以填充型阻燃劑ath及mdh作為阻燃劑。兩種阻燃劑中，使用較多的是ath，它雖有以下有特點(diǎn)：1.與有機(jī)聚合物的相容性好，易分散。2.機(jī)械性能和阻燃性能較好。3.加工性能好，表現(xiàn)

15、在產(chǎn)品的可塑性，表面光潔度等都有好的指標(biāo)。4.著色力好，易滿足產(chǎn)品的顏色要求。但氫氧化鋁也有局限性：1.加工溫度低，易分解；有圖1氫氧化鋁tg曲線可知，氫氧化鋁分解溫度范圍在210320之間。氫氧化鋁不適合做加工溫度高的材料的阻燃劑。圖 氫氧化鋁熱失重曲線2.含氫氧化鋁的阻燃料發(fā)煙量大大高于氫氧化鎂混合料。（pe 30%、阻燃劑ath或mdh 50%，其他配合劑20%。）阻燃劑煙密度dmathmdh有焰f150-18020-60無(wú)焰nf260-32040-80氫氧化鋁的煙密度高于氫氧化鎂。3.氫氧化鋁總吸熱量較低；氫氧化鋁在燃燒分解時(shí)的總吸熱量為37.2kj/mol。在阻燃劑中的吸熱量是比較低

16、的，制成阻燃材料燃燒時(shí)熱釋放峰值高阻燃效果差。4.氫氧化鋁在一些場(chǎng)合中使用，燃燒成炭量低。據(jù)文獻(xiàn)介紹ath和mdh同時(shí)作阻燃eva塑料，在800時(shí)mdh可使阻燃物的殘留物大于mdh的填充量，而ath就低，說(shuō)明mdh有促進(jìn)eva的成炭作用，ath則沒(méi)有明顯促進(jìn)成炭作用。目前很多用戶對(duì)mdh給于了更多的關(guān)注。氫氧化鎂有以下優(yōu)點(diǎn)：1）加工溫度比ath高100以上，對(duì)材料適應(yīng)性強(qiáng)。2）發(fā)煙量低、填充的阻燃材料，mdh的的煙密度低于ath（比較數(shù)據(jù)見(jiàn)上表）。3）使聚合物成炭量高，對(duì)阻燃有利。4）mdh有抑制hcl產(chǎn)生的能力，在500溫度下，mhd比ath對(duì)阻燃的pvc產(chǎn)生hcl量約低40%。 金屬氫氧化

17、物阻燃劑ath和mdh。兩種材料在熱分解時(shí)的吸熱量幾乎相同，都是約900j/g，2802al（oh）3 al2o3+3h2o（940j/g吸熱） 360mg（oh）2 mgo+h2o（990j/g吸熱）含這些阻燃劑的聚烯烴電線，從水平燃燒試驗(yàn)的結(jié)果看，燃燒時(shí)間，含ath的比用mdh的長(zhǎng)，mdh阻燃效果好一些?！白∮央姎狻把芯吭囼?yàn) ，把a(bǔ)th和mdh，用dsc差熱分析法測(cè)量其吸熱量，結(jié)果如圖表明。圖 金屬氫氧化物的吸熱特性ath在280附近吸熱量最大，mdh是在360附近最大。而聚乙烯約在360時(shí)有一放熱峰。這個(gè)溫度，與mdh熱分解時(shí)最大吸熱峰一致，這個(gè)結(jié)果說(shuō)明， ath并用mdh對(duì)聚乙烯的阻燃

18、作用更有效。“昭和電線1992”用錐形量熱計(jì)試驗(yàn)證實(shí)著火時(shí)間延長(zhǎng)，最大熱釋放量降低，炭化殘?jiān)镌龆唷Ｓ袡C(jī)高聚物當(dāng)受熱到某一溫度時(shí)會(huì)分解出低分子揮發(fā)物，分解產(chǎn)物達(dá)到著火溫度（一般在300上下），在有空氣（氧）存在時(shí)引發(fā)燃燒。從ieee-383、iec60332-3成束電纜垂直燃燒試驗(yàn)過(guò)程，測(cè)得離供熱火源扁燒咀30cm到120cm高度處，試驗(yàn)過(guò)程的火焰溫度約為550-500降到280-200。由此看出試驗(yàn)電纜的高聚物外護(hù)套層，如不能控制外護(hù)套層溫升（熱量增加），燃燒就會(huì)不斷往上方進(jìn)行，直到整束試驗(yàn)電纜燒完為止。浙江溫州化工阻燃材料廠在wdz-1無(wú)鹵多功能阻燃劑的研制方案中，首先就是接受了上述客觀實(shí)

19、際，并考慮到阻燃聚合物中必須添加多量無(wú)鹵阻燃劑，從而引起擠塑成型很困難的普遍缺點(diǎn)。wdz-1無(wú)鹵多功能阻燃劑用在熱塑性或熱固性無(wú)鹵低煙阻燃電纜護(hù)套料中，實(shí)現(xiàn)了在200-500溫度范圍中，由于wdz-1受熱時(shí)吸熱，并可使高聚物在熱態(tài)下不完全燃燒逐漸轉(zhuǎn)化為“類似石墨”（like grahite），形成一阻隔空氣層，這樣使阻燃性能大提高，煙霧釋放量降低，有良好擠塑加工性能。可謂一優(yōu)良新的添加型無(wú)鹵阻燃劑。cone錐型量熱計(jì)測(cè)得最大熱釋放速率rhr、煙釋放量sea的數(shù)據(jù)和曲線圖表 錐型量熱計(jì)測(cè)量無(wú)鹵阻燃劑的熱特性樣品類型含wdz-1 hfls市場(chǎng)fhls純pe+evarhr kw/m2sea m2/k

20、g1311021841571776圖 含wdz-1的hfls料 圖 市場(chǎng)的hfls料2006年martinswerk馬丁公司推出具有“成炭功能的氫氧化鋁、如martinal-char，氫氧化鎂、如magnifin-char牌號(hào)，能比較多的提高阻燃聚合物的氧指數(shù)（提高fpi火災(zāi)指數(shù)=最大釋熱速率/點(diǎn)燃時(shí)間）。初期對(duì)鎂、鋁氫氧化物，在聚合物中所具有阻燃能力，是由于金屬氫氧化物遇熱分解“脫水吸熱”，達(dá)到聚合物阻燃，用熱平衡基理來(lái)解釋，還不完善。小截面交聯(lián)聚乙烯絕緣高阻燃電纜設(shè)計(jì)小截面交聯(lián)聚乙烯絕緣高阻燃電纜的技術(shù)難點(diǎn)如： 1. 交聯(lián)聚乙烯塑料（xlpe）是電纜絕緣物中最易燃的聚合物，氧指數(shù)（oi）為

21、19，pe的燃燒值為11000kcal/kg，是已有工業(yè)品聚合物中熱值最高的，是普通pvc電纜料熱值的2。8倍，是絕緣乙丙橡皮熱值的約2.5倍。2如71.5mm2控纜的絕緣線芯表面總周長(zhǎng)為68mm，是同截面單芯10.5 mm2線芯絕緣表面周長(zhǎng)17mm的4倍。這樣絕緣表面與空氣接觸和受熱面積也大，都是燃燒有利條件。3按gb12666.5-90成束電纜垂直燃燒試驗(yàn)方法規(guī)定,對(duì)滿足a級(jí)燃燒的試品,要求每一公尺長(zhǎng)的電纜要有7立升的可燃物供試驗(yàn),如對(duì)71.5mm2交聯(lián)聚乙烯絕緣控纜每一公尺電纜束中含有2立升的交聯(lián)聚乙烯(外護(hù)套pvc約5立升),僅就聚乙烯若燃燒起來(lái)發(fā)出的熱量約有20000 kcal相當(dāng)于

22、作a級(jí)燃燒試驗(yàn)火源熱量的1.7倍。這么嚴(yán)苛的燃燒條件對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣小截面控制電纜，是非常難達(dá)到的，必須按高阻燃能力來(lái)設(shè)計(jì)護(hù)層，并在結(jié)構(gòu)上也得采取一些措施，才可能既滿足gb9330.1.4-88的物理機(jī)械和電性能，又能保證按gb12666.5-90的燃燒試驗(yàn)的要求。電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所謂交聯(lián)聚乙烯絕緣高阻燃小截面電纜 ，實(shí)質(zhì)就是要提高電纜結(jié)構(gòu)中可燃材料部分的阻燃能力。從電纜做成束垂直燃燒試驗(yàn)失敗的情況來(lái)看，是護(hù)層內(nèi)的絕緣層吸收了由護(hù)層之外進(jìn)去的熱量，使絕緣層升溫，促使聚合物降解（分解）成為低分子揮發(fā)物，當(dāng)溫度繼續(xù)升高，達(dá)到分解產(chǎn)物的著火溫度，在有空氣存在的情況下引發(fā)燃燒，繼而產(chǎn)生熱量使燃燒部分溫度進(jìn)

23、一步升高；這樣的惡性循環(huán)，加速了電纜燃燒直到試品完全燒光而告終（對(duì)無(wú)阻燃能力的電纜是如此）。由此很自然會(huì)起到提高絕緣層的阻燃能力。要知目前的阻燃劑或是有阻燃能力的聚合物，不是極性結(jié)構(gòu)，就是易吸水的物質(zhì)。這些物質(zhì)對(duì)絕緣層提高一點(diǎn)阻燃能力，但都會(huì)使電性能惡化，這是顧此失彼的事不能辦。從物質(zhì)燃燒三要素，即可燃物、熱量（溫度）、氧氣，對(duì)其中之一加以限制，即可達(dá)到燃燒不能進(jìn)行的目的。由此容易看出，使受熱或燃燒的電纜的熱量得到控制，是提高電纜的阻燃能力行之效的途徑。無(wú)論是哪種阻燃電纜，欲能通過(guò)gb12666.5-90成束燃燒試驗(yàn)，其所用材料的氧指數(shù)oi（衡量材料難燃程度）和采用電纜的結(jié)構(gòu)則是關(guān)鍵。設(shè)計(jì)的阻

24、燃電纜要性能好、結(jié)構(gòu)最佳。通常先對(duì)構(gòu)成電纜幾種有機(jī)物材料的oi來(lái)計(jì)算出電纜的平均oi，即：n noi=sioii / si i=1 i=1然后，用電纜的平均oi來(lái)初步評(píng)估電纜的阻燃能力。計(jì)算的電纜的平均oi越高，則通過(guò)成束燃燒試驗(yàn)的可能性就越大。但oi的提高將帶來(lái)成本增加。為擋住電纜外來(lái)的熱量和空氣浸入電纜內(nèi)部，用有高阻燃能力（oi 50左右）的填充混合物填滿成纜線芯外層空隙，工藝上可以通過(guò)擠包同時(shí)或預(yù)先擠成圓膠條成纜時(shí)填入。一般經(jīng)驗(yàn)按平均oi約為32-35時(shí)，za-kyjv的外護(hù)套的oi要達(dá)到35為好，如下所示：表 電纜結(jié)構(gòu)材料氧指數(shù)zakyjv（450/750v）71.5mm2阻燃等級(jí)a類

25、絕緣xlpe的 oi19填充材料的 oi50繞包帶的 oi50外護(hù)套的 oi35電纜的平均 oi335外護(hù)層性能和護(hù)層的徑向厚度和成品電纜外徑按gb 9330.1.1-88標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。綜合起來(lái)說(shuō),交聯(lián)聚乙烯絕緣高阻燃小截面電纜除保證通過(guò)gb 12666.5 a級(jí)阻燃性能試驗(yàn),其他性能(物理、機(jī)械、電氣)仍執(zhí)行g(shù)b 9330.1.4-88標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)結(jié)果表 交聯(lián)聚乙烯絕緣高阻燃小截面電纜成束垂直燃燒試驗(yàn)結(jié)果試品名稱 型號(hào)za-kyjv產(chǎn)品規(guī)格71.5mm2電纜外徑mm根數(shù)1357可燃物體積 立升7供火時(shí)間 min40 燒損長(zhǎng)度（正面） mm720燒損長(zhǎng)度（背面） mm700殘燃時(shí)間 min9外護(hù)套料

26、氧指數(shù) oi365填充料氧指數(shù) oi48絕緣xlpe氧指數(shù) oi19表 pvc片狀試樣的dta熱分析第一失重峰第二失重峰第三失重峰成碳率 %pvc h-70194-30145555016.3pvc zrc-70150-28646555020.3pvc zra-70168-27345955023.7表 片狀試樣的錐形量熱計(jì)測(cè)試結(jié)果試片型號(hào)h-70zrc-70zra-70zrt熱釋放速率rhr kw/m287.181.870.780最大熱釋放速率rhrm kw/m2169.2158.9101.2131質(zhì)量燒損率 mlr g71.2665536有效燃燒熱 ehc mj/kg12.911.19.617

27、總?cè)紵裏?thr kj/kg803.6664.4468.4705點(diǎn)燃時(shí)間 tti sec9172888二氧化碳 co2 kg/kg0.720.440.301.08一氧化碳 co占有率 %12.224.025.00.9rhrm/tti 火災(zāi)危險(xiǎn)性18.89.43.61.5表 片狀試樣的氧指數(shù)與溫度指數(shù)試 片 編 號(hào)h-70zrc-70zra-70zrt氧指數(shù)% loi23.53036.548溫度指數(shù) ti140190275350從表1成束電纜垂直燃燒試驗(yàn)結(jié)果分析za-kyjv 71.5mm2樣品燒損現(xiàn)象看到,絕緣xlpe線芯燒損約200mm(包括露銅線的100mm),外護(hù)套燒損約500mm多一點(diǎn)

28、,是由一厚泡沫碳渣殼和內(nèi)墊層遇熱形成(泡沫)層包覆著,使電纜束只燒損720mm長(zhǎng)的高阻燃水平。進(jìn)一步分析其燃燒試驗(yàn)情況，燃燒供火（熱）源由扁燒嘴供火，供火強(qiáng)度為17600kcal/h，在40分鐘內(nèi)向排列為300mm寬（面積約0.2 m2內(nèi)）的試驗(yàn)電纜束樣品供熱量約12000kcal。燒嘴出口處氧化焰的溫度約為815，距燒嘴水平位置以上的600mm處電纜束表面處的氣流溫度約為600650（成束電纜垂直燃燒試驗(yàn)過(guò)程統(tǒng)計(jì)數(shù)）。從表2 pvc片狀試樣的dat熱分析，表3片狀試樣的錐形量熱計(jì)（conealorimeter）測(cè)試結(jié)果看到，za-kyjv 71.5mm2的外護(hù)套pvczra-70試樣在168

29、 開(kāi)始分解到273之間，分解脫氯化氫（hcl）和芳香化合物，多環(huán)狀碳化氫，加上增塑劑（如dop）揮發(fā)，分解。其中hcl約占40%（可燃成份約占50%）。hcl氣體的比重較空氣約大1.27倍，可以覆蓋在燃燒部位，隔排空氣，減緩系統(tǒng)的燃燒，但隨溫度升高h(yuǎn)cl氣體變輕上浮，這一氣相阻燃作用隨之而降低。但從x射線光電子能譜（xps）圖觀察到pvc加熱到290時(shí)，cl峰變得很弱（北京理工大學(xué)袁志敏論文）。所以非阻燃pvch-70的氧指數(shù)低23.5。就是添加阻燃劑如sb2o3它與hcl生成sbcl3。2sb2o2sbocl+2sbc l3它的沸點(diǎn)283 比空氣重6.1倍，在燃燒系統(tǒng)受熱時(shí)，sbc l3也覆

30、蓋在燃燒系統(tǒng)隔排空氣，在氣相中起阻燃作用，并降低聚合物分解成游高基的濃度。據(jù)xps譜圖發(fā)現(xiàn)銻在450以后幾乎不存在。所以只含sb2o3的阻燃pvc oi只能在30左右。有人試圖增加氯和銻的濃度見(jiàn)效不大，所制成的電纜在梯架上作成束燃燒試驗(yàn)（a級(jí)），點(diǎn)燃后10多分鐘，試品電纜全燒光（燒損長(zhǎng)2500mm）。當(dāng)有特種阻燃劑的pvczra-70受熱時(shí)吸收熱量降低燃燒系統(tǒng)溫度，形成玻璃狀軟化物，覆蓋在燃燒系統(tǒng)，隔離空氣給分解出來(lái)的低分子可燃物造成缺氧不充分燃燒條件，促使變成“類似石墨”的碳?xì)樱瑥牡谌е胤澹?00后的成碳量。 zra-70成碳量為23.7%,而h-70和zrc-70只有16.3%和20%

31、。尤為重要zra-70成碳量是在500以前形成。使zra-70的可燃物的熱量約為70%貯存在碳?xì)又?，可避免燃燒系統(tǒng)過(guò)熱，有利降低燃燒進(jìn)行。還有一部分低分子和揮發(fā)物，在形成的碳?xì)ぶ衅鸬搅税l(fā)泡劑的作用，表現(xiàn)在燒損電纜護(hù)套部分的泡沫狀物。由此看出當(dāng)電纜試樣溫度從168時(shí)直到700時(shí)，pvc護(hù)套層就得到了氣相與凝固相阻燃措施保護(hù)，這使電纜外護(hù)套在800600長(zhǎng)達(dá)40分鐘的燃燒過(guò)程中抵住了熱量往電纜內(nèi)部傳遞，火焰沒(méi)能繼續(xù)往梯架上的電纜蔓延，維持只燒損720mm的水平。外護(hù)套內(nèi)有一層由高填充量吸熱阻燃劑組成的高阻燃填充層，由表4看zrt的oi為48，溫度指數(shù)350（即在這一溫度下，氧氣濃度在21%的情況

32、zrt才能維持正常燃燒）。另從表3看zrt的點(diǎn)燃時(shí)間為88秒，而h-70普通pvc護(hù)套料只有9秒。petrella r.v.提出用thr（總?cè)紵裏幔┡crhrmax/tti（最大熱釋放率/點(diǎn)燃時(shí)間）相結(jié)合來(lái)評(píng)價(jià)試材的燃燒，比值越小，則表示其在火災(zāi)中危險(xiǎn)性越小。從表3看，rhrmax/tti比值，zra-70為3.6、zrt為1.5，分別比h-70普通pvc護(hù)套料的火災(zāi)安全性高得多。特別是zrt隔熱阻燃填充料在za-kyjv 71.5mm2作燃燒試驗(yàn)，燒損長(zhǎng)度沒(méi)超過(guò)720mm，從燒試過(guò)樣品看到zrt層經(jīng)燒（熱）后，形成牢固的泡沫層，緊緊包覆在xlpe外（證明zrt此時(shí)仍是阻燃的），吸收外來(lái)的熱量和

33、隔絕空氣進(jìn)入，即使xlpe絕緣線芯達(dá)到了340（pe的可燃點(diǎn)）以上，沒(méi)有助燃劑氧氣存在時(shí)，pe在高溫下形成大量碳層不再為可燃物，保證了易燃的交聯(lián)聚乙烯在這保護(hù)層中未能燃燒起來(lái)。由些可以說(shuō)有適當(dāng)?shù)碾娎|結(jié)構(gòu)、并利用好有高效吸熱和阻燃的填充和外護(hù)套層，能制造出交聯(lián)聚乙烯絕緣高阻燃小截面電纜。大截面xlpe電纜高阻燃性的產(chǎn)品，按此機(jī)理是有充分把握。乙烯乙酸（醋酸）乙烯酯共聚物乙烯乙酸（醋酸）乙烯酯共聚物（簡(jiǎn)稱eva）是乙烯和乙酸乙烯酯（va）的共聚物。分子式中n、m的數(shù)字隨乙烯乙酸乙烯酯的生產(chǎn)方法不同而異， ch2=ch2 m+ ch=ch2 n -ch2-ch2-ch-ch2- o o c=o c=

34、o ch3 ch3 乙烯 醋酸乙烯酯 乙烯醋酸乙烯酯共聚物高壓法生產(chǎn)的乙烯乙酸乙烯酯中乙酸乙烯酯（va）含量為1040%，分子量250萬(wàn)。乳液法生產(chǎn)的乙烯乙酸乙烯酯中va的含量為7095%。溶液法生產(chǎn)的乙烯乙酸乙烯酯中va含量為35%以上。eva樹(shù)脂是乙烯主鏈上引進(jìn)乙酸乙烯酯的一種乙烯共聚物，由于乙酸乙烯酯的存在，破壞了聚乙烯的結(jié)構(gòu)規(guī)整性，減少了結(jié)晶性，因而乙烯乙酸乙烯酯在沖擊強(qiáng)度、光學(xué)性能、粘結(jié)性能、耐低溫及耐大氣老化性能等方面均優(yōu)于低密度聚乙烯。eva樹(shù)脂具有良好的柔軟性，類似橡膠的彈性,故賦予和其它填充劑摻合性好，優(yōu)良的低溫性能，良好的曲撓性和耐化學(xué)藥品性，優(yōu)良的著色性。良好的柔軟性、低

35、溫性能是eva性能的特點(diǎn)，va含量為2025%的eva樹(shù)酯在0的沖擊強(qiáng)度可維持在常溫的數(shù)值，它的脆性溫度為-75。eva樹(shù)脂還有良好的耐候性和耐臭氧老化性能。其耐候性優(yōu)于一般聚乙烯。乙烯乙酸乙烯酯樹(shù)脂的物理性能主要取決于乙酸乙烯酯（va）的含量和分子量（或熔融指數(shù)mi），當(dāng)熔融指數(shù)一定時(shí)，隨著va含量的增加，樹(shù)脂的彈性、柔軟性、粘合性及相容性提高；va含量降低，樹(shù)脂的剛性變大，耐磨性及電絕緣性增加。若va一定，隨著熔融指數(shù)的增加，樹(shù)脂的軟化點(diǎn)下降，強(qiáng)度降低，但加工性及表面光澤得到改善；反之，熔融指數(shù)減少，分子量增加，樹(shù)脂的耐沖擊性及應(yīng)力開(kāi)裂性得到提高。va含量不同的eva樹(shù)脂有著不同的用途，v

36、a含量為1030%的eva樹(shù)脂主要作塑料使用。va含量超過(guò)30%，eva的性能類似橡膠；當(dāng)eva含量為4050%時(shí)，eva可以用過(guò)氧化物使分子間發(fā)生交聯(lián)。但當(dāng)eva含量為6070%時(shí)，雖經(jīng)過(guò)氧化物交聯(lián)后，eva樹(shù)脂的性能還不及va含量為45%的。通常va含量高的樹(shù)脂常用作eva熔膠粘劑和涂料。表 作塑料用的eva型號(hào)與物理性能性能型號(hào)熔融指數(shù)g/10minva含量%密度g/cm3拉斷強(qiáng)度mpa拉斷伸長(zhǎng)率%硬度（邵 a）維卡軟化溫度evaflex2606280.9517.88008142evaflex3602250.9519.87008754無(wú)鹵低煙阻燃電纜塑料主要性能表 護(hù)套用無(wú)鹵低煙熱塑型阻燃電纜料技術(shù)性能物理及電性能試驗(yàn)報(bào)告單位典型值實(shí)測(cè)值拉斷強(qiáng)度mpa1213斷裂伸長(zhǎng)率%180190100240h熱老化后拉斷強(qiáng)度變化率斷裂伸長(zhǎng)率變化率%2020+105熱變形90%5025低溫沖擊脆化溫度(-30)通過(guò)通過(guò)20體積電阻率.m1101221012介電強(qiáng)度mv/m2525氧指數(shù)o2%3335溫度指數(shù)320330最大煙密度dm -無(wú)焰nf-有焰f20010017588燃燒氣體酸堿度ph值4.85.1電導(dǎo)率s/mm82hcl氣體發(fā)生量mg/g1毒性指數(shù)2.01.8表 jls-fr90hd 90耐火護(hù)套料項(xiàng)目單