橡膠與塑料聚合物是制造電線電纜的絕緣和護(hù)套的主要材料，它們多數(shù)是容易燃燒和延燃的。隨著電線電纜用量不斷增大，電氣火災(zāi)事故的頻繁發(fā)生，電線電纜的阻燃間題逐漸引起世界各國(guó)的重視。早在70年代，國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)發(fā)了阻燃電纜，但是這些阻燃電纜幾乎都是含鹵的，雖然有一定的阻燃效果，但在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，燃燒的電線電纜仍要產(chǎn)生有毒氣體和煙霧，這不僅影響救災(zāi)工作的順利進(jìn)行，而且對(duì)生命財(cái)產(chǎn)造成‘第二次災(zāi)害”。鑒于不少工業(yè)部門(mén)和地鐵、高層建筑等市政民用設(shè)施對(duì)安全性和可靠性的要求越來(lái)越高，迫切要求開(kāi)發(fā)新一代的低煙無(wú)鹵阻燃電纜。
國(guó)內(nèi)外電纜阻供技術(shù)發(fā)展概況
70年代，人們從電氣火災(zāi)事故中，認(rèn)識(shí)到電線電纜的阻燃重要性，******上開(kāi)始對(duì)阻燃機(jī)理進(jìn)行深入的研究，并生產(chǎn)出真有二定阻燃性能的電線電纜，逐漸制訂了各種阻燃試驗(yàn)方法和試驗(yàn)規(guī)范。但是，當(dāng)時(shí)開(kāi)發(fā)的都是含鹵阻燃電纜，燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生煙氛毒性和腐蝕性氣體，仍會(huì)造成“二次災(zāi)害”。
70年代末、80年代初，人們開(kāi)始研制性能更好的“清潔，的低煙無(wú)鹵阻燃電纜。在1980年******電線電纜研討會(huì)議上，曾展示了熱塑性無(wú)鹵高阻燃材料(氧指數(shù)為46-50)，這種材料在火災(zāi)中不滴流，并且釋放的煙霧很少。到1980年底，國(guó)外低煙無(wú)鹵阻燃通信電纜已在實(shí)際中得到使用。
我國(guó)從70年代末起，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電氣火災(zāi)事故頻頻發(fā)生，對(duì)阻燃電纜的研制和使用引起了重視。80年代，蘇州電纜廠、杭州電纜廠、上海電纜廠、沈陽(yáng)電纜廠、四川電纜廠、湘潭電纜廠、無(wú)錫電纜廠等率先生產(chǎn)出阻燃絕緣電線等產(chǎn)品。至今，國(guó)內(nèi)中小型電線電纜廠都能生產(chǎn)一般的阻燃電線電纜產(chǎn)品。隨著對(duì)安全性和可靠性認(rèn)識(shí)的提高，許多電線電纜用戶對(duì)產(chǎn)品的阻燃性能都提出了要求。例如，煤炭部明文規(guī)定在煤礦中須***使用阻燃性電纜;地鐵、核電站、化工等特殊部門(mén)和場(chǎng)合要求使用低煙無(wú)鹵阻燃電纜。
近幾年來(lái)，我國(guó)不斷加強(qiáng)對(duì)低煙無(wú)鹵阻燃電纜的研究和開(kāi)發(fā)，低煙無(wú)鹵阻燃電纜的開(kāi)發(fā)已列入《******級(jí)電線電纜、光纜新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)指南》中。在無(wú)鹵阻燃劑的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面都取得了不少的進(jìn)展，已研制和生產(chǎn)出不少無(wú)機(jī)阻燃劑，包括水合氧化鋁系、氧化銻系、稠系、鉑系、無(wú)機(jī)磷系，以及鋅、鎂等過(guò)渡金屬氧化物、氫氧化物或碳酸鹽等，其中
A1(OH)阻燃劑已形成SR109-SR115系列，計(jì)7個(gè)品種。一些電纜料生產(chǎn)廠現(xiàn)已研制開(kāi)發(fā)出低煙無(wú)鹵阻燃料。1991年，河北邢臺(tái)電纜廠試制的低煙無(wú)鹵阻燃電纜通過(guò)鑒定，北京電線廠則研制成功低煙無(wú)鹵阻燃耐火電纜。1992年1月，上海電纜廠研制的工kV低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚乙烯聯(lián)鎖愷裝新型阻燃電纜經(jīng)通過(guò)鑒定，并獲******zl****;同時(shí)該廠還研制出乙丙絕緣無(wú)鹵阻燃電纜。此外，像無(wú)錫電纜廠、沈陽(yáng)電纜廠、成都電纜廠、四川電纜廠、天津電纜廠、鄭州電纜廠、哈爾濱電纜廠等都相繼進(jìn)行低煙無(wú)鹵電纜的研制工作。在致力于開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的同時(shí)，沈陽(yáng)電纜廠、上海電纜廠、湘潭電纜廠、鄭州電纜廠、天水電纜廠、黃石電纜廠、寶勝電纜廠等都先后建立了符合標(biāo)準(zhǔn)要求、達(dá)到xj****水平的燃燒試驗(yàn)室和煙濃度測(cè)定裝置，完善了電線電纜阻燃性能檢測(cè)手段。上海電線電纜檢測(cè)站于1991年被批準(zhǔn)為IEaEE-OGB試驗(yàn)室，為我國(guó)低煙無(wú)鹵阻燃電纜產(chǎn)品性能的檢測(cè)和鑒定創(chuàng)造了條件。
低煙無(wú)鹵阻燃電纜的結(jié)構(gòu)及其特征
低煙無(wú)鹵阻燃電纜在國(guó)外也稱為“清潔，電纜。它與以防止延燃為目的的PVa電纜和普通阻燃電纜不同，系采用不含氯、氟等鹵化物的聚烯烴樹(shù)脂作為電纜材料，是一種阻燃性好、在燃燒環(huán)境下發(fā)煙性和毒害性(包括腐蝕性)低的新型阻燃電纜。
低煙無(wú)鹵阻燃電纜應(yīng)根據(jù)用途來(lái)恰當(dāng)?shù)剡x擇其結(jié)構(gòu)和所用材料。對(duì)電纜的要求為:(1)應(yīng)具有與現(xiàn)行一般阻燃電纜同等的實(shí)用性能;(2)電纜的結(jié)構(gòu)和材料與一般的電纜不同，也就是要采用阻燃隔離帶或特殊的聚烯烴材料等。
低煙無(wú)鹵阻燃電纜的主要特性如下:
(1)阻燃性能對(duì)材料來(lái)說(shuō)，通?？膳袛嗥溲踔笖?shù)。絕緣材料的氧指數(shù)至少為26，并應(yīng)盡可能高;護(hù)套材料的氧指數(shù)通常大于30，甚至高達(dá)47。電纜的阻燃性試驗(yàn)，可按GB12666.5或IEC332一進(jìn)行。材料的阻燃性能，現(xiàn)在亦用溫度指數(shù)來(lái)確定。
(2)不含鹵素制造電纜的所有材料，包括絕緣、護(hù)套、填充及隔離層等都不含鹵素。
(3)生成煙霧少電纜材料在燃燒時(shí)生成的煙霧極少，一般只有QV電纜的四分之一。
(4)一機(jī)械特性滿足一般電纜標(biāo)準(zhǔn)所要求的機(jī)械強(qiáng)度(抗張強(qiáng)度幾伸長(zhǎng)率等指標(biāo))，制成的電纜應(yīng)柔軟。
(5)電氣特性所選用的材料以及成品電纜的電氣特征(如介電強(qiáng)度、絕緣電阻)應(yīng)同一般電纜一樣。
(6)工藝性能所用材料應(yīng)能在普通的混料設(shè)備和擠出機(jī)上進(jìn)行加工，毋需特制的加工設(shè)備和工裝模具。
(7)其他性能應(yīng)根據(jù)耐油、耐化學(xué)腐蝕(耐海水)、耐輻射等不同的使用場(chǎng)合，采用不同的電纜結(jié)構(gòu)和加工工藝來(lái)滿足相應(yīng)的特殊要求。
電纜低煙無(wú)鹵阻燃的主要途徑
制造低煙無(wú)鹵阻燃電纜常用聚烯烴作為絕緣和護(hù)套材料。聚烯烴是無(wú)鹵材料，系純淡氫化合物，燃燒時(shí)分解出水和二氧化碳，不產(chǎn)生明顯的煙霧和有害氣體。乙烯、聚丙烯、乙丙橡膠和乙烴包括聚酸乙烯共聚物等。它們本身并不阻燃，為此需添加阻徽填充劑，方能制成實(shí)用的低煙無(wú)鹵阻燃材料.
1.無(wú)鹵阻燃荊的阻燃原理
低煙無(wú)鹵阻燃電纜，目前一般采用水合金屬氧化物作為阻燃填充劑。其原理是，水合金屬氧化物受熱后會(huì)釋放出結(jié)晶水，吸收大量的熱量，從而抑制聚合物溫度上升，阻止延燃，與此同時(shí)，脫水分解反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量水蒸氣，它可以稀釋可嫩性氣體，亦起到阻燃效果。
另外，有時(shí)為了提高阻燃效果，減少阻燃填充劑的加入量，也采用加入磷系阻燃劑。磷系阻燃劑受熱后的脫水反應(yīng)，會(huì)在可燃聚合物表面形成聚磷酸膜，它可隔絕空氣，從而起到阻燃作用;同時(shí)它又能促使聚合物脫水碳化，形成一個(gè)不可燃的保護(hù)層，達(dá)到阻燃目的。但磷系阻燃劑的加入會(huì)增加發(fā)煙量，故采用磷系阻燃劑時(shí)須***加入消煙劑，常用的是鑰化合物。
2.阻供劑的性能比較、選擇和使用
用作無(wú)鹵阻燃劑的水合金屬氧化物有其特點(diǎn)，即它釋放結(jié)晶水時(shí)的溫度須***在被加入聚合物的混合成形溫度和分解溫度之間，這樣才能有阻燃效果。目前通常使用的這類阻燃劑是氫氧化鋁和氫氧化鎂。
氫氧化鋁和氫氧化鎂加熱時(shí)，都產(chǎn)生脫水反應(yīng)，但它們的吸熱量是不同的，氫氧化鋁(粒徑1}xm)在200--300℃之間約為2kJ/g,氫氧化鎂在340--490℃之間約為0.77kJ/g。
由于金屬水合物脫水例而勺吸熱性，所以含有它的材料在加熱時(shí)所產(chǎn)生的放熱量和表面溫度會(huì)降低，該吸熱反應(yīng)是在聚合物從固相變?yōu)橐合嘀g產(chǎn)生，故對(duì)抑制早期材料溫度的上升能發(fā)揮有效的作用。氫氧化鎂需在更高的溫度下才起脫水反應(yīng)，而在接近300度時(shí)沒(méi)有效果，且吸熱量較小，因而抑制溫度上升的效果沒(méi)有氫氧化鋁好。
但是，對(duì)阻燃性能的衡量，不能僅從吸熱量大小考慮，一般認(rèn)為氫氧化鎂對(duì)炭化有觸媒作用(目前對(duì)這機(jī)理尚未清楚)，故氫氧化鋁和氫氧化鎂兩種阻燃劑并用是有利的。
經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，證實(shí)氫氧化鋁和氫氧化鎂并用的效果對(duì)放熱量的影響很小，幾乎與單獨(dú)使用氫氧化鋁時(shí)相同，但對(duì)著火性和阻燃性的改善和提高則非常有效。氫氧化鋁和氫氧化鎂阻燃性能效果比較
添加水合金屬氧化物和磷系阻燃劑的無(wú)鹵阻燃護(hù)套材料，已在電纜生產(chǎn)實(shí)際中獲得應(yīng)用，但是由于含有磷系阻燃劑，因此發(fā)煙量高。解決的辦法是，同時(shí)添加含鉑的化合物，主要有三氧化鉑、八鑰酸按和以二鑰酸按、相酸鋅、相酸鈣為基礎(chǔ)的鑰化物。
3.水合金屬氛化物的粒度對(duì)阻燃效果的影晌
水合金屬氧化物除其本身純度直接影響阻燃效果外，還與其制造方法和粒度大小有關(guān)。.通常，氧指數(shù)是隨著粒徑的減小而上升。例如氫氧化鋁粒徑為12um時(shí)，其阻燃聚合物氧指數(shù)為27;而粒徑為1um時(shí)，則制得的阻然聚合物氧指數(shù)為33。因此，國(guó)外各生產(chǎn)制造公司在進(jìn)行表面技術(shù)處理的同時(shí)，還十分注意到粒體工程，力求細(xì)化。其中，以超細(xì)級(jí)產(chǎn)品作為開(kāi)發(fā)新品種的主要趨勢(shì)。
表面處理主要是用酸酯和硅烷偶聯(lián)劑，進(jìn)行表面處理的目的在于改善其在樹(shù)脂中的分散性以及與樹(shù)脂的粘結(jié)性。
4.低煙無(wú)鹵電纜制造工藝
用交聯(lián)聚乙烯、乙丙膠和EVA作絕緣和護(hù)套的低煙無(wú)鹵阻燃電纜，所使用的有效阻燃填料主要是氫氧化鋁。由于氫氧化鋁在200℃以上便會(huì)分解，因此在電纜制造過(guò)程中不能 用普通的硫化和交聯(lián)方法，因?yàn)槠胀ǖ牧蚧徒宦?lián)溫度一般均在200℃以上。如水蒸氣交聯(lián)為205℃;氮?dú)饨宦?lián)為275℃;硅油交聯(lián)為200℃;加壓融鹽交聯(lián)為250℃。
硅烷交聯(lián)法和電子輻照交聯(lián)法是制造低煙無(wú)鹵阻燃電纜***合適的方法，因?yàn)檫@兩種方法的交聯(lián)溫度不高。硅烷交聯(lián)僅650C，也可以在常溫下自然交聯(lián);輻照交聯(lián)溫度為常溫奮在這兩種交聯(lián)方法中，氫氧化物不會(huì)分解，阻燃效果不會(huì)降低，是生產(chǎn)中、低電壓級(jí)低煙無(wú)鹵阻燃電纜的***好方法。
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