低煙無鹵阻燃電纜的工藝特點(diǎn)

1、低煙無鹵阻燃電纜的工藝特點(diǎn)文羅森伯格亞太電子有限公司陳鳳霞1 前言我們先來看一組數(shù)據(jù)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009 年 全國共發(fā)生火災(zāi) 12.7 萬起（指統(tǒng)計(jì)，不含 森林、草原、軍隊(duì)、礦井地下部分火災(zāi)，下 同），死亡 1076 人。從引發(fā)火災(zāi)的直接原因看， 因電線短路、過負(fù)荷及電氣設(shè)備故障等電氣 原因引起的火災(zāi)共 38770 起，占火災(zāi)總數(shù)的 30.5% ；分析火災(zāi)造成人員死亡的主要原因， 窒息、中毒導(dǎo)致 608 人死亡，合計(jì)占火災(zāi)死 亡總數(shù)的 56.5%?？梢?，電線電纜引起的火災(zāi)不容忽視， 尤其電纜燃燒時(shí)產(chǎn)生的大量有毒有害氣體， 是造成人員死亡、設(shè)備受損及由于煙霧嚴(yán)重 而使人員不能及時(shí)撤離的主要原因。具

2、有良 好的阻燃性能、一旦燃燒所產(chǎn)生的氣體中無 鹵酸（有害氣體）并且發(fā)煙量低的低煙無鹵（簡 稱 LSZH，下同）阻燃電纜，被越來越多的 應(yīng)用于軌道、電站、化工廠、船艦、高層建筑、表 1 燃性能級(jí)別及技術(shù)要求信息產(chǎn)業(yè)等重點(diǎn)工程和人員、設(shè)備密集場所 的水平布線上。2 LSZH 電纜材料的特點(diǎn)在 2001 年，公安部已經(jīng)頒布了相應(yīng)的阻 燃電纜標(biāo)準(zhǔn)阻燃耐火電纜分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) ：第一 部分阻燃電纜（GA 306.1-2001），表 1 是 標(biāo)準(zhǔn)中的阻燃電纜分級(jí)規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)通信電源用阻燃耐火電纜（YD/ T1173-2001） 要求在采用 取自電纜或光 纜的材料燃燒時(shí)釋出氣體的實(shí)驗(yàn)方法第 2 部 分 ：用測量 PH

3、 值和電導(dǎo)率來測定氣體的 酸 度 GB/T 17650.2 要 求 的 測 試 方 法 下 ： pH 4.3、 導(dǎo) 電 率 10µs/mm、 氧 指 數(shù) 30。為滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的低煙、阻燃、無毒性能， 就需要選擇的材料具有理想的阻燃特性，并 在燃燒時(shí)不產(chǎn)生有毒有害氣體。因此，LSZH項(xiàng)目阻燃級(jí)別炭化高度煙氣毒性（濃度） mg/L煙密度（最小透光率 %）試驗(yàn)條件技術(shù)指標(biāo) m試樣非金屬量受火溫度供火時(shí)間 Min阻燃一級(jí)I A7.0 81540 2.5 12.4 80I B3.5I C1.520阻燃二級(jí)II A7.040 60II B3.5II C1.520阻燃三級(jí)III A7.040 6.

4、15 20III B3.5III C1.520阻燃四級(jí)IV A7.540-IV B3.5IV C1.520注 ：IV A、IV B 、IV C 也可以表示為 A、B、C。Intelligent Building & City Information 2010 4 No.161 43C布線全攻略abling Encyclopedia是目前比較理想的選擇。LSZH 電纜料采用金屬氫氧化物（氫氧化 鋁、氫氧化鎂）作為阻燃劑，其本身可以起 到稀釋可燃材料濃度的作用，在溫度升高時(shí) 通過自身吸熱脫水或促使材料脫水，吸收燃 燒產(chǎn)生的熱量，降低燃燒材料表面溫度，達(dá) 到阻止材料繼續(xù)燃燒的目的。和普通 P

5、VC 電纜料相比，LSZH 具有以 下優(yōu)點(diǎn) ：（1）不含鹵素，燃燒時(shí)無有害氣體及腐 蝕性氣體產(chǎn)生。傳統(tǒng)阻燃料多采用全氯型 基環(huán)葵烷、 有機(jī)溴化物、 氯化聚乙烯等含 鹵類阻燃劑，而 LSZH 電纜料的基料為聚 烯烴類， 阻燃劑為金屬氫氧化物， 在所有 原材料的成分里不含鹵素類產(chǎn)物，這樣在 燃燒時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)含有鹵素類有害的、腐 蝕性的氣體。（2）燃燒時(shí)發(fā)煙量少?；馂?zāi)時(shí)，為確保 不熟悉現(xiàn)場人員有逃生機(jī)會(huì)，可視距離不得 低于 15m。一般電纜燃燒發(fā)煙時(shí)的可視距離 僅為 58m，而某些環(huán)保型 LSZH 電纜該項(xiàng) 數(shù)據(jù)竟達(dá)到 97m。在 GA 306.1 中對(duì)阻燃二級(jí)電纜的要求是 最小透光率 60%，目前

6、 LSZH 電纜料滿足 最小透光率 60%，相關(guān)產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室中的 數(shù)據(jù)達(dá)到 80% 以上。（3）優(yōu)良的阻燃性能。評(píng)定電纜類產(chǎn)品 的阻燃性能，多用氧指數(shù)的大小來判定。一 般氧指數(shù)達(dá)到 26 以上即判定產(chǎn)品具有阻燃 性，標(biāo)準(zhǔn)通信電源用阻燃耐火電纜（YD/T 1173-2001）要求阻燃電纜的氧指數(shù) 30。 一些 LSZH 電纜料生產(chǎn)廠家的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中氧 指數(shù)達(dá)到 34，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求的阻燃電纜 氧指數(shù)值。（4）不含鉛等重金屬，不含環(huán)境激素， 不污染土壤。（5）可以重復(fù)利用或廢棄處理時(shí)不對(duì)環(huán) 境產(chǎn)生危害。3 LSZH 電纜加工工藝由于 LSZH 電纜料與傳統(tǒng)的 PVC 電纜料 存在比較大的差異，生產(chǎn)工

7、藝多采用 ：材料 預(yù)熱（干燥）60 80擠出機(jī)預(yù)熱模 具擠出冷卻（分段冷卻）的方式。在擠 出時(shí)應(yīng)注意以下問題 ：（1）擠出溫度控制由于 LSZH 阻燃電纜料的阻燃劑多采用 水合氧化物（金屬氫氧化物），這類阻燃劑在 高溫下容易分解。因此在生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴(yán)格 控制擠出機(jī)的溫度，以免因生產(chǎn)時(shí)的高溫而 引發(fā)阻燃劑提前分解，最終造成阻燃特性的 失效。一般情況下 LSZH 電纜料的擠出溫度 平均比 PVC 電纜料低 10 20。生產(chǎn)時(shí)實(shí)際擠出溫度主要取決于擠出機(jī) 的壓縮比、長徑比及螺桿結(jié)構(gòu)等因素，因此 生產(chǎn)人員需根據(jù)具體的擠出設(shè)備設(shè)定擠出機(jī) 的各段溫度，并應(yīng)遵循溫度慢慢提高的原則（每次升溫幅度不大于 5），

8、以免由于快速 升溫而導(dǎo)致料筒溫度不均引起的塑化不良。 表 2 是某品牌 LSZH 料用于數(shù)據(jù)電纜護(hù)套時(shí)， 推薦的擠出機(jī)各區(qū)段擠出溫度。表2 加熱區(qū)1區(qū) 2區(qū) 3區(qū) 4區(qū) 5區(qū) 機(jī)頭?？跍囟?00125145150155160160165（2）擠出螺桿選擇 電線電纜擠出設(shè)備的主要部件是螺桿，它關(guān)系到擠出機(jī)的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)效率，為適應(yīng) 不同塑料加工的需要，螺桿的形式有許多種。 由于 LSZH 電纜料的配方比較獨(dú)特，熔 融物料的粘度比較大，當(dāng)擠出螺桿的壓縮比較大時(shí)，很容易造成聚合物的化學(xué)鍵斷裂， 使成品的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率等機(jī)械特性 大大下降。同時(shí)螺桿壓縮比較大，擠出機(jī)速 度無法達(dá)到正常水平，致使

9、物料在機(jī)筒和螺 桿間滯留時(shí)間過長，且擠出過程中熔融物料 與機(jī)筒內(nèi)壁將產(chǎn)生較大的摩擦，大量摩擦熱 將使熔融物料在機(jī)筒內(nèi)處于難以控制的高溫 狀態(tài)，從而引發(fā)阻燃劑的提前分解，在材料44 智能建筑與城市信息 2010年 第4期 總第161期內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，最終造成材料的失效。因此 選用螺桿的壓縮比不宜過大，一般在 1:1 1:2.5 之間比較適宜。一般電纜生產(chǎn)廠家在加工 LSZH 電纜產(chǎn) 品時(shí)，多采用專用 LSZH 螺桿，以最大化的 保持電纜料的機(jī)械、阻燃特性。（3）螺桿轉(zhuǎn)速控制由于 LSZH 熔融電纜料的粘度較大（流 動(dòng)性差），熔體從?？冢闯隽峡冢┌驳嚼| 芯上比較困難，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速較快時(shí)，隨螺桿 輸

10、送的大量熔體在模具出料口迂回，使模具 受到來自熔體的壓力非常大，甚至造成模具 被沖出機(jī)頭的風(fēng)險(xiǎn)。因此在擠出 LSZH 電纜料時(shí)，宜設(shè)定較 低的螺桿轉(zhuǎn)速進(jìn)行生產(chǎn)，一般在同種條件下， LSZH 電纜料的螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定為 PVC 電纜料 的 50% 左右為宜。較低的螺桿轉(zhuǎn)速以及熔體 包覆困難，LSZH 電纜料的生產(chǎn)速度較普通 電纜料要下降很多。目前專用的低煙無鹵阻燃擠出設(shè)備已經(jīng) 克服了普通擠出機(jī)的這些缺點(diǎn)，使生產(chǎn)速度 大幅提高。（4）冷卻方式優(yōu)化與傳統(tǒng)的電纜料相比較，LSZH 護(hù)套在 擠出時(shí)收縮更急劇，導(dǎo)致護(hù)套外層已經(jīng)冷卻 定型，而內(nèi)層電纜料還處于高溫未定型狀態(tài)， 進(jìn)而埋下應(yīng)力集中的隱患，甚至最終導(dǎo)致

11、電 纜外護(hù)的應(yīng)力開裂。為減少生產(chǎn)過程中引起應(yīng)力集中，建議 在護(hù)套擠出過程中，采用分段冷卻的方式對(duì) 電纜進(jìn)行冷卻。如熱水冷卻（循環(huán)水）溫 水冷卻空氣冷卻冷水冷卻等。在電纜冷卻過程中，尤其要注意的一點(diǎn) 是 ：從?？诔鰜砗筮M(jìn)入水槽的電纜，必須完 全浸泡在冷卻水中，否則除應(yīng)力集中問題外， 還可能在電纜的表面出現(xiàn)一系列的小圓點(diǎn)， 使電纜外護(hù)套的表面出現(xiàn)坑坑洼洼，影響電 纜外觀。另外，擠出設(shè)備需具備良好的冷卻裝置， 以便準(zhǔn)確控制工藝溫度。這是個(gè)不可忽視的 問題，如溫度過高可能在線纜表面產(chǎn)生大的 氣孔，溫度過低又會(huì)使設(shè)備的整機(jī)電流增大， 影響設(shè)備壽命。（5）擠出模具選擇LSZH 電纜料熔融狀態(tài)下的熔體強(qiáng)度、

12、拉 伸比和粘度與其他電纜材料存在著較大的差 異，與普通電纜料相比，LSZH 電纜料的拉 伸比較?。?.5 3.2 左右），選擇模具時(shí)應(yīng) 充分考慮這些性能。具體選擇如下 ：模芯的選擇。當(dāng) LSZH 電纜材料作為絕緣 擠出時(shí)，宜選用擠壓式模芯 ；而在作為護(hù)套料 擠出時(shí)，則模芯應(yīng)選用半擠壓式，以便獲得理 想的抗拉強(qiáng)度、伸長率以及表面光潔度。模套的選擇。采用擠壓式模芯時(shí)，因材 料粘度較大，致使機(jī)頭受到很大壓力，當(dāng)熔 體離開模芯時(shí)會(huì)有所膨脹，應(yīng)選擇尺寸相對(duì) 較小的模套，否則易使電纜表面不緊密，成 品擠包松動(dòng)。但在生產(chǎn)數(shù)據(jù)電纜的護(hù)套時(shí)， 因數(shù)據(jù)電纜采用 HDPE 作為絕緣料，HDPE 與聚烯烴的熔融溫度比較接近，為避免因擠 包太緊而導(dǎo)致的護(hù)套與絕緣芯線粘連，宜選 擇尺寸稍大的模套搭配，因此這類電纜的護(hù) 套擠包比較松散、外徑相對(duì)較大。另外，擠出模具的廊段也不宜太長（通 常 1mm），太長的廊段將增加熔體受到的 剪切力，過大的剪切力可能導(dǎo)致熔體化學(xué)鍵 的斷裂，從而影響成品的機(jī)械性能。4 結(jié)