CMP阻燃等級數(shù)據(jù)電纜的設(shè)計與制造

CMP阻燃等級數(shù)字通信對稱電纜的設(shè)計與制造寧波東方大金通信科技有限公司俞國軍摘要:介紹了CMP阻燃等級數(shù)據(jù)電纜的主要結(jié)構(gòu)及原材料特點，詳細(xì)講述了FEP絕緣的擠出設(shè)備、工藝等方面的技術(shù)特點和參數(shù)，本文章主要論述了電纜的設(shè)計與制造。關(guān)鍵詞：CMPFEP數(shù)據(jù)電纜制造1、前言高層建筑防火是整個社會關(guān)心的話題，在美國，由于上世紀(jì)七十年代大規(guī)?；馂?zāi)的教訓(xùn)，國家規(guī)定所有高層建筑必須使用以氟樹脂F(xiàn)EP為絕緣材料的CMP級線纜。然而在中國，新型的阻燃電纜產(chǎn)品還剛處于起步階段。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，一座座高層建筑拔地而起，建筑內(nèi)部的綜合布線卻一直存在著防火隱患：2000年3月河南洛陽的東都大廈、2002年6月北京藍(lán)極速網(wǎng)吧、2003年2月哈爾濱天潭酒店、2004年2月吉林中百商廈……這些建筑都因為電纜助燃的原因而毀于一旦，埋葬在火海中的生命更是數(shù)以千計。提高人們對阻燃電纜的認(rèn)知、大范圍推廣阻燃電纜的應(yīng)用已迫在眉睫。國內(nèi)外一系列重大火災(zāi)的調(diào)查表明，對于建筑物內(nèi)的人和設(shè)備來說，火災(zāi)時威脅最大的不是明火和熱量，而是各種易燃材料在燃燒時產(chǎn)生的煙霧。這些濃煙很容易使人中毒窒息，并且其中夾雜的細(xì)小煙霧顆粒和導(dǎo)電碳粒子更可彌漫到遠(yuǎn)離火場的設(shè)備間和辦公場所，可能對設(shè)備造成毀滅性的損害，其不利影響可能持續(xù)困擾用戶相當(dāng)長的時間，潛在損失更是無法估量。數(shù)據(jù)電纜是大樓綜合布線中用量最多，并直接分布在大樓的每個角落，在火災(zāi)中，它的助燃作用最大。據(jù)專家介紹，一棟40層的大樓約鋪設(shè)60萬米普通通信電纜，其包覆材料如果換算成汽油，則相當(dāng)于3000升。這些纜線一旦燃燒起來，就算沒有其他助燃材料，焚毀一棟大廈也是綽綽有余。國內(nèi)通信線纜主要的防火等級采用了美國標(biāo)準(zhǔn)的CMP、CMR、CM。CMP級別阻燃線纜被公認(rèn)為防火性能最好的線纜，其可以不增加任何布線管道情況下達(dá)到很高的阻燃效果，我們下面對其設(shè)計和制造作以下詳細(xì)的論述。2、電纜的基本結(jié)構(gòu)與材料2.1電纜的基本結(jié)構(gòu)CMP阻燃等級數(shù)據(jù)電纜結(jié)構(gòu)和普通數(shù)據(jù)電纜并沒有兩樣，還是四對實心絕緣對絞對稱結(jié)構(gòu)，六類電纜還需要在四對中間夾一個十字形填充骨架。2.2絕緣和護套材料和普通數(shù)據(jù)電纜相比，CMP阻燃等級數(shù)據(jù)電纜的絕緣和護套材料具有很大的區(qū)別，我們通過表1對比CMP阻燃等級數(shù)據(jù)電纜和普通CM阻燃等級數(shù)據(jù)電纜的主要材料的不同。表1：CMP阻燃等級與普通CM級數(shù)據(jù)電纜材料選用的比較差異點普通CM級CMP級絕緣材料名稱高密度聚乙烯（HDPE）聚全氟乙丙烯（FEP）氧指數(shù)17.5〉95熔點126?135°C260?266C介電常數(shù)2.32.1其他燃燒時有濃密的煙產(chǎn)生，在一定溫度下，產(chǎn)生嚴(yán)重的滴流，造成二次燃燒不燃燒，一定溫度時有少量煙產(chǎn)生，并有少量滴流。護套材料名稱聚氯乙烯（PVC）低煙聚氯乙烯（LS-PVC）氧指數(shù)30?548以上煙密度（透光率）50?65%90%以上其他燃燒后成粉末狀掉落。燃燒后能結(jié)成硬塊包覆在電纜表面，防止絕緣滴流。2.3中心十字骨架材料CMP阻燃等級數(shù)據(jù)電纜中心十字填充骨架材料最理想的材料就是FEP，但是由于FEP原材料的價格昂貴，市場也有低煙無鹵性阻燃PE材料，其價格相對便宜，但是抗拉強度不足，容易造成十字形骨架變形或斷裂，故采用FEP十字骨架。3、FEP絕緣擠出設(shè)備3.1擠出機的材質(zhì)熔融后的FEP氟塑料在擠出機內(nèi)流動過程中會產(chǎn)生微量的腐蝕性氣體，因而與氟塑料直接接觸的部件需要使用耐熱、耐腐蝕的金屬（材料要Fe含量少，Ni/Cr含量高）。螺桿、分流板、法蘭、十字機頭、模芯、模套等部位可以使用Inconel600、Monel400、HastelloyC—276、GH113等材料。此類材料低溫時相對較軟，在清理螺桿、機頭、模具時應(yīng)避免使用鋼絲刷，應(yīng)該使用較細(xì)的銅絲刷，另外在長時間不運轉(zhuǎn)時應(yīng)清理干凈擠出機內(nèi)的氟塑料，并垂直懸吊螺桿，避免螺桿長時間水平放置彎曲變形以致不能使用。擠出機料筒為了避免磨損要選用比螺桿堅硬的材料，一般使用總成雙金屬，即料筒內(nèi)表面使用較硬質(zhì)耐溫耐腐蝕材料，其他使用普通金屬，一般其內(nèi)表面材料為X-Alloy306>H-alloy（H305,H503）。3.2擠出機螺桿的設(shè)計根據(jù)聚全氟乙丙烯的特點，其擠出機螺桿的設(shè)計上和其他材料也有所不同，一般采用單頭全螺紋、等距突變式壓縮螺桿，一般螺桿形狀和技術(shù)參數(shù)如下：長徑比：20?25螺距：1D加料段長度：14.5?16.5D壓縮段長度：1.5?2D均化段長度：4?6D壓縮比：3為了確保FEP塑料的充分塑化，一般螺桿均化段長度占總長的20?25%左右，螺桿頂端應(yīng)呈圓錐形或小圓臺形，以防止塑料的長時間停滯分解。4、FEP塑料絕緣擠出工藝要點FEP塑料在加工過程中主要有兩個特征，即具有熔融破裂的傾向和熔融狀態(tài)下有特別高的可拉伸性。根據(jù)這兩個特點，在FEP塑料絕緣生產(chǎn)過程中的溫度分布、模具設(shè)計和配置、速度和壓力等的控制都與此有關(guān)。4.1溫度分布FEP擠出機的溫度分布一般以280°C（進料口）至400°C（機頭）直線上升為佳，機頭溫度波動范圍應(yīng)盡可能?。刂圃凇?C以內(nèi)），在不致FEP塑料分解的前提下，盡可能提高機頭溫度，降低塑料粘度。一般溫度分布如下：擠出機后部（加料段）：一般為兩個區(qū)域，第一區(qū)域為預(yù)熱塑料到半熔融狀態(tài)，一般溫度設(shè)定在280?320C；第二區(qū)域為將半熔融狀態(tài)的塑料加熱到熔融狀態(tài)，一般溫度設(shè)定在320?360C。擠出機中部（壓縮段）：使塑料完全熔融并剪切壓縮塑料，一般溫度設(shè)定為360?380C。擠出機前部（均化段）：設(shè)定溫度使塑料混煉充分，能使制品穩(wěn)定擠出、充分拉伸，這部分溫度過高時會導(dǎo)致塑料的劣化和發(fā)泡，一般溫度設(shè)定為380?400C。頸部（連接頭、法蘭）：必須保持這種熔融狀態(tài)直到讓它流動到模具，一般設(shè)定溫度和擠出機前部相同。機頭（模具）：設(shè)定溫度使包覆電線內(nèi)外不發(fā)生熔融破裂，通常和擠出機前部的溫度設(shè)定相同，在高速的情況下需要設(shè)定更高的溫度，一般為390?410°C。4.2模具的設(shè)計FEP塑料的成形容易發(fā)生熔融破裂，所以通過采用擠管式模具，增大模具開口，降低熔體在模口處的流速，使其在低于臨界剪切速率的適當(dāng)擠出速度下擠出塑料①一般模具設(shè)計主要有兩個參數(shù)，即模具拉伸比（DDR）和模具拉伸平衡系數(shù)（DRB）。模具拉伸比（DDR）=D2_D2，模具拉伸平衡系數(shù)（DRB）=￡*普bctb其中：Dd——模套的內(nèi)徑Dt——模芯的外徑Db——絕緣外徑Dc——導(dǎo)體外徑FEP擠出模具拉伸比（DDR）選擇范圍為70?120，一般情況下為100左右，如果隨著擠出速度的升高，熔體粘度高時，為了防止發(fā)生包覆斷裂可以適當(dāng)減小拉伸比（高速擠出時可以為70）。在絕緣厚度較厚時，為了防止龜裂及熔體下垂造成偏心問題，拉伸比也可以適當(dāng)降低。拉伸平衡系數(shù)一般選擇1.05，其允許范圍為0.90?1.1，當(dāng)拉伸平衡系數(shù)大于1.1時，絕緣層強度和耐龜裂性會不足，當(dāng)其低于0.9時，會無法得到圓形，出現(xiàn)橢圓形或絕緣斷裂現(xiàn)象。在模芯設(shè)計中，模芯內(nèi)徑應(yīng)盡可能大，不致使溫度較低的導(dǎo)體和模芯內(nèi)壁接觸造成模芯溫度低于熔體溫度，絕緣內(nèi)部纏身內(nèi)應(yīng)力，以致絕緣開裂，一般情況下，模芯內(nèi)徑比導(dǎo)體外徑大3?5mm。4.3濾網(wǎng)和分流板為了濾除異物，除去空氣和揮發(fā)物質(zhì)，增加背壓，使混煉均化，穩(wěn)定擠出機頭壓力，一般在擠出機螺桿頂部放置3?4層濾網(wǎng)和一塊分流板，濾網(wǎng)材料一般使用鎳網(wǎng)或耐腐蝕不銹鋼，網(wǎng)眼大小一般在80?120目，一般可以為80、100、120三層。分流板材料一般與螺桿相同，開孔率60%?65%，開孔大小2mm最為適宜。4.4螺桿轉(zhuǎn)速不同分子量的FEP材料具有不同的熔融指數(shù)（MFI），熔融指數(shù)不同的材料，其臨界剪切速率也不同，平均分子量越小，熔融指數(shù)越高，臨界剪切速率也越高。為了保證有較好的產(chǎn)品質(zhì)量，同時也保證生產(chǎn)效率，一般擠出速度都采取臨近臨界剪切速率。通常最佳擠出機螺桿轉(zhuǎn)速如下表:熔融指數(shù)（g/min）螺桿轉(zhuǎn)速（RPM）10以下10?1510?2015?2520?3025?3530?35?455、質(zhì)量控制CMP阻燃等級數(shù)據(jù)電纜電氣性能和部分機械物理性能和普通阻燃級別數(shù)據(jù)電纜要求一致，質(zhì)量控制上也基本一致，很多文章都已經(jīng)對此作了詳盡的論述，再次不再重復(fù)，本節(jié)特別針對絕緣和護套的生產(chǎn)過程中的容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的要點做出分析。5.1FEP絕緣對數(shù)據(jù)通信電纜來說，特別是六類以上數(shù)據(jù)電纜，絕緣外徑的波動和同心度兩個參數(shù)的差異能給產(chǎn)品質(zhì)量造成很大的變化。由于FEP絕緣采用大拉伸比的擠管式模具擠出，擠出機內(nèi)部壓力相對PE擠出要小很多（同規(guī)格擠出機，同樣的擠出量下，一般擠壓式擠出壓力是擠管式擠出的2?3倍），擠出機內(nèi)部壓力的微小波動能對絕緣外徑造成很大的影響。擠出機的壓力變化主要是電機的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)和塑料的內(nèi)流動造成，電機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定可以通過加大減速比來減小電機轉(zhuǎn)速變化對螺桿速度的影響，一般擠出機的減速比為20?30。解決塑料內(nèi)流動，在螺桿與濾板間設(shè)置2?3層濾網(wǎng)，可以增加反壓力，減小螺桿內(nèi)部壓力變化對外部的影響。同心度也是衡量絕緣單線質(zhì)量好壞的一個標(biāo)準(zhǔn)，也是直接影響產(chǎn)品電氣性能較大的參數(shù)，對于FEP絕緣擠出增大模芯內(nèi)孔，可以避免導(dǎo)體與模芯內(nèi)壁接觸，降低模芯溫度，由于導(dǎo)體過孔的增大，導(dǎo)體的抖動也明顯加大，絕緣同心度也隨之波動，增加控制難度。在導(dǎo)體進入模具之前增加一道比導(dǎo)體外徑稍大的模具，并可以調(diào)節(jié)模具的上下左右位置，定好導(dǎo)體位置，在冷卻水槽前加設(shè)托線輪，也可以調(diào)節(jié)上下左右位置，減小設(shè)備的抖動對產(chǎn)品的影響。由于采用擠管式擠出，絕緣的附著力也是一個很大的問題，一般FEP擠出都通過吸真空來調(diào)節(jié)拉伸錐度，拉伸錐度越小，錐體越長，產(chǎn)品附著力越小，相反，錐度越大，錐體越短，附著力越大，一般數(shù)據(jù)電纜為了適合絕緣剝離，錐體長度控制在20mm左右。5.3阻燃PVC護套護套是電纜絕緣的防護層，其質(zhì)量的好壞直接影響了產(chǎn)品的物理機械性能，對于CMP阻燃等級產(chǎn)品，護套的質(zhì)量也直接影響了該產(chǎn)品的阻燃性能。一般CMP阻燃等級電纜護套是采用高氧指數(shù)、低煙密度的PVC產(chǎn)品，其另外的特性是在產(chǎn)品燃燒后結(jié)焦，阻止火焰破壞產(chǎn)品內(nèi)部絕緣，也杜絕產(chǎn)品絕緣燃燒和滴流。為了使護套打到它應(yīng)有的作用，我們在護套生產(chǎn)過程中應(yīng)注意：⑴護套不宜過緊。如果護套太緊，護套內(nèi)部尚存在很大的內(nèi)應(yīng)力，在高溫下或燃燒中，護套會大幅收縮，造成部分絕緣無法得到護套的保護，降低了產(chǎn)品性能。因此，護套生產(chǎn)時，模具拉伸比應(yīng)控制在1.0?2.5,拉伸平衡系數(shù)控制在1.0?1.05。⑵護套擠出溫度不宜過高。高阻燃護套材料為了提高氧指數(shù)降低煙密度加了很多阻燃劑和消煙劑，其中不乏Al(OH)3、Mg(OH)2等含水無機物，如果溫度過高容易造成材料脫水起泡，不僅降低護套抗拉強度，也降低護套的阻燃性能。6、測試CMP阻燃等級數(shù)據(jù)電纜的測試主要分為兩大類，即電氣傳輸性能和物理機械性能，其中電氣傳輸性能與普通數(shù)據(jù)電纜一致，在此不再贅述。物理機械性能中我們著重講述一下大規(guī)模燃燒試驗的方法與指標(biāo)。CMP阻燃等級是遵循于美國保險商實驗室(UnderwritersLaboratoriesInc.以下簡稱UL)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)UL910(CableFlame-PropagationandSmoke-DensityTest)要求，滿足該要求電纜具有足夠的阻燃和低煙特性，可不采用電纜管，直接安裝于有空氣的通道、隱蔽的用作空氣通道的中空的建筑物空間，以及其他不進行專門隔離的有空氣的空間(如含有油脂、可燃粉塵、蒸汽及類似物質(zhì)的區(qū)域)，故不必符合通常的布線規(guī)則。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的燃燒試驗方法，我們對燃燒試驗裝置和試驗條件方法作簡單的介紹。6.1試驗裝置試驗裝置由進氣箱、進氣口風(fēng)門片、燃燒試驗箱、氣體燃燒器、可移動頂蓋、排氣過渡段、排氣管道、測煙系統(tǒng)、排氣管道可調(diào)風(fēng)門、燃燒試驗箱氣流系統(tǒng)、排氣鼓風(fēng)機、梯形電纜托架、燃燒試驗箱溫度測量儀及數(shù)據(jù)采集設(shè)備等部分組成。6.2試驗條件進風(fēng)壓力：17?19Pa空氣源：溫度維持23±3°C，相對濕度維持50±5%燃燒器內(nèi)風(fēng)速：1.22±0.025m/s燃燒用甲烷氣體：均質(zhì)瓶裝，具有較高熱值(37±0.5MJ/m3)試驗時間：20min觀察記錄：以150mm為間隔，觀察記錄火焰蔓延最大距離，2s為間隔，記錄光電池的輸出6.3試樣數(shù)目和處理試樣數(shù)量以填滿7.3mX0.285m的梯形電纜托架，以6.0mm外徑電纜計算，需要電纜樣品大約350m。電纜試樣應(yīng)在23±3°C及相對濕度50±5%的受控環(huán)境下至少預(yù)處理24h，在預(yù)處理前應(yīng)去除任何包扎材料。試樣呈直的、平行的裝入梯形托架，填滿托架寬度，試樣之間除捆扎電纜所需部位，應(yīng)沒有任何間隙，使用1.024mm粗的金屬捆扎線。6.4試驗認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該規(guī)模燃燒試驗產(chǎn)品應(yīng)滿足：⑴火焰蔓延的最大距離不超過起始位置137cm燃燒器火焰以外152cm。⑵所產(chǎn)生的煙的峰值光密度不超過0.50。⑶所產(chǎn)生煙的平均光密度不超過0.15。7、結(jié)束語本文介紹了CMP阻燃等級數(shù)據(jù)電纜的主要材料和結(jié)構(gòu)，對FEP絕緣和阻燃低煙PVC護套的制造和質(zhì)量控制做了較詳盡描述，可供有關(guān)人員參考。CMP阻燃等級數(shù)據(jù)電纜具有很高的阻燃性能和低煙性能，在火災(zāi)發(fā)生的時候可以明顯延緩和阻止其擴散，在那個爭分奪秒的時刻為人們奪取生命財產(chǎn)安全贏得寶貴的時間。目前，在國內(nèi)市場