試論無鹵低煙阻燃電纜及其性能

■劉 克 ■山東省建筑科學(xué)研究院，山東 濟南 250031

在上個世紀(jì)70年代國外已經(jīng)重視無鹵低煙阻燃電纜對于防止火災(zāi)蔓延方向的研究，并且取得了很大的進(jìn)展，，但是由于技術(shù)發(fā)展的限制，傳統(tǒng)的阻燃電纜的保護(hù)層材料的選擇主要是使用阻燃聚氯乙烯、氯磺化聚乙烯等含鹵素材料來防止火災(zāi)的蔓延。然而這些阻燃電纜屬于易燃材料，同時材料在燃燒中會釋放出大量的有毒有害煙物和腐蝕性的氣體，氣體的透光差，給火災(zāi)現(xiàn)場逃生和救援工作制造了很多困難，而且毒性氣體容易使人窒息，嚴(yán)重危及人的生命財產(chǎn)安全。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)達(dá)國家開始進(jìn)行無鹵低煙阻燃電纜的研究以及生產(chǎn)應(yīng)用，并且有了突破性的的進(jìn)展，無鹵低煙阻燃電纜得以在各個領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用，隨著我國開始重點建設(shè)高層建筑，發(fā)電廠，核電站，鐵路等重要公共基礎(chǔ)設(shè)施，對我國無鹵低煙阻燃電纜的性能提出了更高的要求。所以近年來我國不斷重視無鹵低煙阻燃電纜的研究和實際應(yīng)用性能的開發(fā)，產(chǎn)品已經(jīng)在國家重點建設(shè)項目的作為重要的防火材料得以廣泛的使用。

1 無鹵低煙阻燃電纜的阻燃原理

低煙無鹵電纜材料材質(zhì)的選擇主要是交聯(lián)聚乙烯絕緣，阻燃交聯(lián)聚烯烴，乙烯丙烯橡膠，阻燃乙烯丙烯橡膠，硅橡膠等;外層保護(hù)套普遍使用低煙無鹵熱固性或熱塑性聚烯烴材料。低煙無鹵電纜所使用的絕緣護(hù)套的材料材料選擇，目前普遍使用的水合金屬氧化物作為阻燃劑填料，材料的阻燃原理是材料中的水合金屬氧化物的結(jié)晶水的熱量被釋放后，吸收了大量的熱量，從而阻止聚合材料的溫度升高，來達(dá)到阻燃的目的;同時，水蒸汽的脫水分解反應(yīng)可以稀釋燃燒產(chǎn)生大量的可燃性氣體，達(dá)到阻燃目的。用作水合金屬氧化物的無鹵素阻燃劑散發(fā)出的結(jié)晶水的溫度范圍必須確保在該聚合物的成型溫度和分解溫度的混合特性之間，以便具有阻燃效果，當(dāng)前我國應(yīng)用的阻燃劑材料通常用于的Al(OH)3和Mg(OH)2，．除此之外，為了增強阻燃效果和降低的阻燃填料的添加量，所以在阻燃劑的選擇上普遍使用的是磷系阻燃劑。磷系阻燃劑在受熱后發(fā)生脫水反應(yīng)，可以把空氣中分離形成的易燃聚合物的表面構(gòu)成一層聚合物膜，起到阻燃的目的;而促使形成脫水炭化聚合物非易燃的保護(hù)層，起到阻燃的效果。然而，添加的磷系阻燃劑會使煙霧量增加，所以抑煙劑(通常鉬化合物)是必須添加的。

2 無鹵低煙阻燃電纜結(jié)構(gòu)性能研究

2．1 無鹵低煙阻燃電纜材料性能分析

根據(jù)阻燃電纜燃燒過程中產(chǎn)生的氣體釋放量和出煙量可以講無鹵低煙阻燃電纜可分為普通型阻燃電纜，低煙低鹵阻燃電纜和無鹵低煙阻燃電纜三種。無鹵低煙阻燃電纜也叫做AP電纜。AP電纜的材料選擇是應(yīng)用不含鹵素的聚烯烴，在電纜燃燒的過程中阻燃效果良好，發(fā)煙量也比較低，同時腐蝕性也不強。用于制造電纜保護(hù)外層，填充物，隔離層等的有機材料選擇，都不使用含鹵素的材料，在電纜發(fā)生燃燒時不會產(chǎn)生大量的煙霧和具有腐蝕性的氣體。

2．2 無鹵低煙阻燃電纜阻燃性能分析

電纜在燃燒過程中可以減緩火焰的傳播速度。對于材料的檢驗通常用氧指數(shù)來進(jìn)行評估，燃燒過程的高分子材料首先在高溫條件下發(fā)生熱熔融，然后開始軟化，然后進(jìn)一步分解在更高溫度環(huán)境中，混合氣體的分解和空氣中的氧氣相互混合，由于點火或者引火導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)或發(fā)生自然熄火時所處于的臨界氧氣濃度，作為材料易燃性的指標(biāo)，通常被稱為氧指數(shù)，符號表示為OI，數(shù)值越大，越不易燃燒。阻燃絕緣材料的氧指數(shù)通常是在26至30之間，電纜護(hù)套的阻燃材料通常是氧指數(shù)會高于30，甚至達(dá)到45或更多。

2．3 無鹵低煙阻燃電纜機械性能和電氣性能分析

低煙無鹵電纜被用在不發(fā)生火災(zāi)的情況下與普通電纜的性能是相同的，所以無鹵低煙阻燃電纜必須具有相應(yīng)的機械性能和電氣性能，才能夠達(dá)到無鹵低煙阻燃的使用標(biāo)準(zhǔn)。因為低煙無鹵材料的基礎(chǔ)材料是聚烯烴，通過加入阻燃劑填料，增強材料的阻燃性能，加入填充材料不可避免地降低了材料的機械和加工性能。除此之外，低煙無鹵阻燃特性和阻燃因素本身是相互制約的，所以低煙無鹵材料雖然具有良好的機械性能和電氣性能，相互限制。目前無鹵低煙阻燃電纜機械性能和電氣性能狀態(tài):無鹵低煙阻燃材料機械和電氣性能比普通材料略低;但是隨著我國不斷重視對無鹵低煙阻燃電纜的研究，無鹵低煙阻燃電纜的各項性能指標(biāo)將會有很大程度的提高，以達(dá)到普通材料的性能標(biāo)準(zhǔn)，由中國自主研發(fā)的低煙無鹵阻燃絕緣材料和護(hù)套材料(包括熱塑性塑料和熱固性材料)可以滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)及達(dá)到國際上同類產(chǎn)品的要求水平，證明我國的無鹵低煙阻燃電纜研究開發(fā)工作發(fā)展迅速。

2．4 無鹵低煙阻燃電纜性能評價

在發(fā)生火災(zāi)的情況下，低煙無鹵電纜不僅具有阻燃性能，而且電纜在燃燒中也同時具有低煙霧量和燃燒產(chǎn)生的氣體是無害的(毒性較低和非腐蝕性無害氣體)，所以國際電工委員會(IEC)和其他擁有無鹵低煙阻燃電纜先進(jìn)研發(fā)技術(shù)的發(fā)達(dá)國家對于無鹵低煙阻燃電纜性能評價已經(jīng)開發(fā)一個專業(yè)的評估方法來評估和測試無鹵低煙阻燃電纜性能標(biāo)準(zhǔn)，以確保其功能可以達(dá)到實際應(yīng)用中正常運作的水平。

3 結(jié)語

隨著我國社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們的越來越重視環(huán)境保護(hù)和生活環(huán)境的安全，所以提高無鹵低煙阻燃電纜使用量能夠滿足人們對于環(huán)保和環(huán)境安全的需求，市場前景將十分廣闊，但由于低煙無鹵電纜具有良好的阻燃效果，必須加入過度的阻燃劑材料，這在很大程度影響了機械性能和電氣性能。因此，在加強對于阻燃機理研究的基礎(chǔ)上，重視開了新型阻燃性的研發(fā)工作，以減少阻燃劑對無鹵低煙阻燃電纜性能的影響，提高電纜的阻燃效果，增強電纜機械和電氣性能。

［1］史翔，段雪．阻燃劑的發(fā)展在塑料中的應(yīng)用．塑料，2008，31(3):11－15．

［2］蔣陸肆，周開顏等．阻燃耐火系列電線電纜［A］．2009海峽兩岸機械科技論壇文集［C］．2009．