從材料分析來認(rèn)識電纜的阻燃特性

文｜杜邦中國集團有限公司 葉俊浩

由于近年來大樓內(nèi)的電纜，尤其是數(shù)據(jù)通信電纜（局域網(wǎng)線）的使用數(shù)量急劇上升，電纜越來越成為大樓火災(zāi)的隱患。有些客戶已開始認(rèn)識到電纜的阻燃特性對大樓安全的重要性。市面上很多廠家都聲稱自己的電纜是阻燃電纜，但實際并非如此。真正的阻燃電纜對電纜的材料、制造工藝和測試方法都有著嚴(yán)格的規(guī)定。一些自稱是阻燃電纜其實并沒有阻燃的能力，甚至有些使用的是助燃材料，在火災(zāi)中不僅不能阻止火勢蔓延，相反會提供大火持續(xù)燃燒的燃料。所以分清楚電纜是否真正的阻燃對大樓安全是十分重要的。廠家宣傳資料上的“阻燃”只能做為一種參考，因為沒有人會說自己的電纜是不阻燃的，但如果大家掌握一些材料方面的知識，多問幾個為什么，那么大多數(shù)所謂的“阻燃”電纜就會露出馬腳。

你應(yīng)該要知道自己所用的電纜是用什么材料做絕緣的？

首先，要知道不同種類，不同用途的電纜所用的材料都是不一樣的，例如：電力纜和通信纜用的材料完全不同。同一根電纜外被層（外層）和絕緣層（內(nèi)層）的材料也是不一樣的。以我們今天所討論的數(shù)據(jù)通信電纜（局域網(wǎng)線）為例，無外乎表1所示的幾種材料。

表1中所列的電纜名稱只是因為市場上大家都這么稱呼，有些是材料名，有些是測試標(biāo)準(zhǔn)名，并不是統(tǒng)一的叫法，在后文里筆者會提出如何正確稱呼電纜的阻燃性能。

表1

從表1中可看出在絕緣層的材料選擇中只有聚乙烯PE和氟塑料FEP兩種，其中原因是：無論是超5類線還是6類線，甚至是更高速率的7類線，屏蔽的還是非屏蔽的線，其首要的功能是保證信號能夠在導(dǎo)體中有效地傳輸。對絕緣層來說，材料直接包覆在導(dǎo)體上，起到的作用是使電子不從導(dǎo)體中溢出，用宏觀的電氣指標(biāo)來說就是減少信號的衰減。所以簡單的來講，電纜的電氣性能指標(biāo)是由絕緣層材料來負(fù)責(zé)的。

我們再來看 PE和 FEP的分子結(jié)構(gòu)圖，如圖1、圖2所示

圖1 聚乙烯PE的分子結(jié)構(gòu)

圖2 氟塑料FEP的分子結(jié)構(gòu)圖

大家可以發(fā)現(xiàn)兩者都是一種對稱的分子結(jié)構(gòu)，這種對稱的結(jié)構(gòu)可以保證對信號的衰減影響最小，所以在選擇絕緣層材料時，為了保證線纜的電氣特性指標(biāo)，必須從PE或者FEP這種對稱結(jié)構(gòu)的材料里去選擇。

同樣的道理，為了保證線纜的電氣性能，絕緣層的材料是有純度要求的，因為雜質(zhì)的介入會破壞材料對稱的結(jié)構(gòu)特性，從而降低材料對信號的保護能力，表現(xiàn)為衰減等電氣指標(biāo)的惡化，從而達(dá)不到超5類、6類的電氣要求。阻燃劑相當(dāng)于一類雜質(zhì)，所以在絕緣層里是不能添加阻燃劑，只能是純的PE或純的FEP。

我們在電纜制造中要追求線徑的穩(wěn)定、同心度的穩(wěn)定、表面的光滑都是為了保證這種結(jié)構(gòu)上的對稱，從而達(dá)到電纜所需要的電氣指標(biāo)。

解釋完絕緣層對材料的要求后我們再來看外被層。外被層主要承擔(dān)物理保護，對電氣性能的要求相對較低，所以沒有對稱結(jié)構(gòu)的要求，選擇的范圍要廣一些，也可以添加各種各樣的阻燃劑來提高線纜的阻燃能力。每個廠家提供的阻燃劑配方都不相同，所以線纜的阻燃能力也不同，這就是為什么有的低煙無鹵線纜能通過60332-3的燃燒，而有些只能通過60332-1的測試。

另外大部分阻燃劑只是在火災(zāi)的初始階段起作用，其原理是利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一定量的水，來阻止基礎(chǔ)材料的燃燒，這個過程稱為“水合”作用。一旦阻燃劑消耗完，其基材仍然會燃燒，甚至?xí)觿×业娜紵?，同時阻燃劑反應(yīng)后的余留物質(zhì)各種各樣，大多數(shù)是有毒有害的，同時會帶來環(huán)保等遺留問題。所以我們認(rèn)為添加阻燃劑只是一種治標(biāo)不治本的方法，真正的阻燃還是依賴于材料本身的阻燃特性。

還有一點需要強調(diào)的是線纜的阻燃并不是單單依賴外被材料的阻燃能力，相反的絕緣層材料起了更多的影響，一方面是絕緣層材料無法添加阻燃劑來阻燃，而且其在線纜中的用量會大于外被層，一旦達(dá)到材料的燃燒溫度，就會燃燒。所以我們會在絕緣層材料上選擇自身具有阻燃性能的材料，例如氟塑料FEP來提高整根線纜的阻燃能力。

弄清楚手上的電纜是何種材料做的絕緣層和外被層，對選擇正確的電纜阻燃等級是有幫助的。但往往廠家不能詳細(xì)說明電纜所用的材料，這時候你需要留一個心眼，小心用到“助燃”的阻燃電纜。你可以要求廠家提供權(quán)威的燃燒測試報告，例如美國UL或歐州IEC的測試報告。注意是權(quán)威的也就是用行業(yè)里都公認(rèn)的測試方法測出來的報告，而不是某個廠家自己推行的某種測試方法。因為不同的測試方法會得出不同的測試結(jié)果，有些廠家會因為突出自己的某個指標(biāo)而混淆視聽。最常見的是某些低煙無鹵電纜為了突出耐火時間用60332-1的燃燒測試方法來代替60332-3的方法。結(jié)果是表面上時間是變長了，實際上60332-1是單根燃燒試驗，60332-3是成束的燃燒，光看時間并不能代表電纜的阻燃性就好。所以要用權(quán)威的測試標(biāo)準(zhǔn)來衡量電纜的阻燃能力，而不是用非標(biāo)準(zhǔn)的測試方法來追求某一個指標(biāo)的優(yōu)劣。

目前行業(yè)所認(rèn)可的測試方法以及標(biāo)準(zhǔn)之間的對應(yīng)關(guān)系，如表2所示。

所以我們建議用電纜所能通過的燃燒測試標(biāo)準(zhǔn)來稱呼電纜，而不是用材料來稱呼。例如：低煙無鹵線纜的名稱很難準(zhǔn)確的表達(dá)電纜是60332-1級別的還是60332-3級別的，所以可以直接用60332-1電纜或60332-3級電纜來稱呼這類電纜，也可用美國標(biāo)準(zhǔn)里對應(yīng)CMx線纜( 相當(dāng)于60332-1)或CM線纜（相當(dāng)與60332-3）來稱準(zhǔn)確表述低煙無鹵類電纜。

大家可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：低煙無鹵類的線纜無論是60332-1線纜還是60332-3線纜都是阻燃等級較低的電纜，這是因為這類電纜的絕緣層材料和外被層的基本材料PE聚乙烯材料的本身特性所決定的。聚乙烯材料本身容易燃燒，其燃燒性能甚至超過了PVC聚氯乙烯，如圖3所示。

表2

純的PE材料其燃燒性能大致與汽油的燃燒性能相當(dāng)，即使在外被層添加了阻燃劑，其燃燒性能還是幾種材料里最高的。一旦阻燃劑消耗完，一根低煙無鹵類的電纜就好比一根固體汽油在燃燒。可想而知在電纜密集的地方，例如數(shù)據(jù)中心、商業(yè)大樓等地方，集中的低煙無鹵電纜好比一個加油站，安全隱患十分突出。所以在很多場合的設(shè)計規(guī)范里都明確指出要使用真正阻燃的CMP級電纜來保證所處場地的防火安全。

2009年6月頒布的《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》（GB 50174-2008）里規(guī)定：在A類機房里應(yīng)使用CMP阻燃級別的電纜。在一些行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)里更是指明了具體的應(yīng)用場合。例如在鐵道部2009年12月頒布的《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》（TB 10621-2009）里指明了在調(diào)度中心、票務(wù)中心及調(diào)度所信息設(shè)備機房都需達(dá)到 GB 50174-2008里A類建筑的標(biāo)準(zhǔn)使用CMP等級的電纜。

隨著國內(nèi)對阻燃電纜的認(rèn)識加深以及標(biāo)準(zhǔn)的日益完善，真正的阻燃電纜會逐步被大家所認(rèn)識，并在需要的場合里合理的使用。希望本文能幫助大家對材料有進(jìn)一步的認(rèn)識，從而正確地了解所購電纜的阻燃特性。

圖3 不同類型電纜材料的燃燒性能對比