低煙無(wú)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(lái)看一組數(shù)據(jù)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年全國(guó)共發(fā)生火災(zāi)12.7萬(wàn)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(guò)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%。

可見(jiàn)，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。具有良好的阻燃性能、一旦燃燒所產(chǎn)生的氣體中無(wú)鹵酸（有害氣體）并且發(fā)煙量低的低煙無(wú)鹵（簡(jiǎn)稱(chēng)LSZH，下同）阻燃電纜，被越來(lái)越多的應(yīng)用于軌道、電站、化工廠、船艦、高層建筑、信息產(chǎn)業(yè)等重點(diǎn)工程和人員、設(shè)備密集場(chǎng)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(cè)量PH值和電導(dǎo)率來(lái)測(cè)定氣體的酸度》GB/T 17650.2要求的測(cè)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(wú)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是目前比較理想的選擇。

表1 燃性能級(jí)別及技術(shù)要求

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(guò)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PVC電纜料相比，LSZH具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）不含鹵素，燃燒時(shí)無(wú)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(lèi)阻燃劑，而LSZH電纜料的基料為聚烯烴類(lèi)，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(lèi)產(chǎn)物，這樣在燃燒時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)含有鹵素類(lèi)有害的、腐蝕性的氣體。

（2）燃燒時(shí)發(fā)煙量少。火災(zāi)時(shí)，為確保不熟悉現(xiàn)場(chǎng)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5～8m，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(lèi)產(chǎn)品的阻燃性能，多用氧指數(shù)的大小來(lái)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(wèn)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(lèi)阻燃劑在高溫下容易分解。因此在生產(chǎn)過(guò)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(zhǎng)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℃），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

（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(zhǎng)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(wú)法達(dá)到正常水平，致使物料在機(jī)筒和螺桿間滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且擠出過(guò)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(guò)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(zhuān)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)，隨螺桿輸送的大量熔體在模具出料口迂回，使模具受到來(lái)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(zhuān)用的低煙無(wú)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)致電纜外護(hù)的應(yīng)力開(kāi)裂。

為減少生產(chǎn)過(guò)程中引起應(yīng)力集中，建議在護(hù)套擠出過(guò)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(guò)程中，尤其要注意的一點(diǎn)是：從?？诔鰜?lái)后進(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(wèn)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(wèn)題，如溫度過(guò)高可能在線纜表面產(chǎn)生大的氣孔，溫度過(guò)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、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(zhǎng)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(kāi)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(lèi)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(zhǎng)（通常＜1mm），太長(zhǎng)的廊段將增加熔體受到的剪切力，過(guò)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)束語(yǔ)

低煙無(wú)鹵電纜制造的品質(zhì)與各道工藝的掌握是十分相關(guān)的，這是由材料的特點(diǎn)決定的，隨著電纜制造設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，制造工藝將越來(lái)越成熟。與傳統(tǒng)PVC的材質(zhì)相比，由于低煙無(wú)鹵的材質(zhì)同時(shí)具備阻燃與無(wú)毒環(huán)保的特點(diǎn)，因此在通信與數(shù)據(jù)線纜應(yīng)用中已經(jīng)十分廣泛，產(chǎn)品前景良好。