淺析阻燃B1級電纜的研制、設計

（安徽華能電纜集團有限公司，安徽 蕪湖 238371）

0 引言

根據(jù)消防認證需要，GB 31247—2014 產(chǎn)品等級制定納入新版DJG08—2048—2016 標準《民用建筑電氣防火設計規(guī)程》，以消防安全需要規(guī)定了產(chǎn)品性能、分級，并指定了使用場合。隨著社會不斷的發(fā)展進步，B1 級電纜將廣泛應用于高層建筑、商場、學校、地鐵站、機場、體育場、展覽館和醫(yī)院等人口密集型公眾場所。

GB 31247—2014《電纜或光纜在受火條件下火焰蔓延、熱釋放和產(chǎn)煙特性的試驗方法》，試驗考核項目見表1。主要根據(jù)火焰蔓延特性、熱釋放特性和產(chǎn)煙特性進行分級，同時在標準規(guī)定中附加包括燃燒滴落物/微粒等級、煙氣毒性等級和腐蝕性等級等信息。

表1 GB 31247—2014 標準中B1 級阻燃電纜或光纜的考核要求

1 研制的思路方案

首先，要考慮該電纜所用的原材料應選用無鹵材料。其次，要使電纜符合上述標準，在電纜的燃燒過程中，要控制電纜燃燒過程中縱向火焰不能蔓延太高，橫向燃燒時不能燃燒填充物及絕緣材料。因此，電纜的填充、包帶及護套等材料應該是具有較高阻燃特性的低煙無鹵高阻燃材料，電纜的生產(chǎn)工藝也要符合要求。

2 B1級阻燃電纜的原材料選擇

該系列電纜導體采用無氧銅（或鍍錫銅等），絕緣采用輻照交聯(lián)無鹵低煙阻燃聚烯烴（或交聯(lián)聚乙烯等）無鹵材料，填充選用高溫阻燃填充，包帶采用低煙無鹵阻高阻燃包帶，內(nèi)護套采用低煙無鹵阻燃隔氧層，外護套材料選用高阻燃低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料。鑒于該系列電纜的燃燒特性，下面重點介紹導體、絕緣和護套、填充材料、包帶材料和隔氧層材料的選擇。

2.1 導體結(jié)構(gòu)的選擇

為了避免或減少可燃和發(fā)煙量大的輔助材料的使用，因此在導體結(jié)構(gòu)上采用異型（扇形、瓦型或者半圓形）導體結(jié)構(gòu)，可以避免或減少電纜在成纜過程中對填充材料的使用比例。

2.2 絕緣和護套材料的選用

在絕緣和護層的材料選用方面，一般無鹵低煙阻燃電纜用的絕緣材料都不是阻燃型的材料，燃燒熱值比較高，聚乙烯（交聯(lián)聚乙烯）燃燒值為45.9 MJ/kg，聚氯乙烯的燃燒值為16.43 MJ/kg，如果在燃燒過程中護套和填充被燒穿，絕緣層也被燃燒，此時可能會出現(xiàn)熱釋放速率峰值、受火1 200 s 內(nèi)熱釋放總量等考核不合格的結(jié)果，而阻燃聚烯烴的燃燒熱值介于這二者之間，因此在產(chǎn)品設計上絕緣層采用輻照交聯(lián)無鹵低煙阻燃聚烯烴材料，外護層采用高阻燃低煙無鹵聚烯烴材料。為了確保電纜在燃燒過程中，護套材料能夠迅速凝固結(jié)殼，防止火焰向上、向里蔓延。確定選擇氧指數(shù)為40 的高阻燃低煙無鹵聚烯烴護套材料，經(jīng)過試驗，各項性能指標達到標準要求。

2.3 成纜填充、包帶材料的選用

填充材料可選材料包括耐火泥、玻璃纖維繩、無機紙繩和高溫阻燃填充繩等。在產(chǎn)品試制過程中發(fā)現(xiàn)耐火泥雖然阻燃特性良好，但是會增加外徑，也會影響填充后電纜的彎曲半徑和絕緣效果；玻璃纖維繩阻燃特性很好，但是在生產(chǎn)和安裝敷設時，會使人的皮膚過敏；無機紙繩在生產(chǎn)過程中易斷裂，同時含有石棉，會對人體造成傷害。選用高溫阻燃填充繩，該材料不含玻纖、石棉、鹵素等有害物質(zhì)，符合ROHS 檢測標準，重量輕，同比之下是玻璃纖維繩、石棉繩重量的1/3 ～1/5；是一種對人身及環(huán)境友好的環(huán)保型材料，且阻燃效果顯著。

成纜包帶材料可以選用阻燃無紡布、玻璃纖維帶、低煙無鹵高阻燃帶等材料。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，考慮到阻燃無紡布含有一定的鹵素，不符合產(chǎn)品的使用要求。玻璃纖維帶阻燃特性雖好，生產(chǎn)和施工時，易產(chǎn)生過敏反應。低煙無鹵阻燃包帶具有更高的無鹵低煙阻燃特性并且伸長率高、繞包緊密、不開裂，易于加工生產(chǎn)，對人身安全。

2.4 擠制隔氧層結(jié)構(gòu)

擠制隔氧層采用氧指數(shù)不低于45 的無鹵阻燃材料，并在隔氧層外繞包低煙無鹵高阻燃包帶；隔氧層采用的氫氧化物阻燃劑被燃燒時發(fā)生分解反應，該反應是吸熱反應，吸收周圍空氣中的大量熱量，可有效降低電纜燃燒熱釋放總量。

阻燃B1級電纜試驗方法標準中，燃燒根數(shù)與樣品中金屬材料體積（金屬導體截面積）大小無關(guān)，僅僅與樣品的外徑有關(guān)，也就是樣品外徑越大，參加燃燒的樣品根數(shù)越少。當樣品外徑處于上下檔時，外徑因素影響很大，外徑大的樣品比外徑小的樣品符合標準要求的可能性大一些。因此在進行隔氧層設計時，大規(guī)格產(chǎn)品隔氧層厚度比小外徑產(chǎn)品的隔氧層厚度要小些。

3 結(jié)構(gòu)的設計

根據(jù)電纜的研制思路方案，筆者最終確定試制一種低煙無鹵阻燃B1 級電纜，選擇的電纜型號規(guī)格為：WDZB1-YJ（F）Y23-0.6/1kV 3×120+1×70mm2，該電纜的生產(chǎn)工藝流程圖如下。導體絞制 →輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣→輻照交聯(lián)→成纜繞包（填充）→ 擠包內(nèi)護套→鍍鋅鋼帶鎧裝→雙層包帶→擠包外護套。根據(jù)設計思路，電纜的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 電纜的結(jié)構(gòu)設計

4 關(guān)鍵工序生產(chǎn)過程控制要點

在電纜生產(chǎn)過程中，導體絞合、絕緣擠出、交輻照聯(lián)、鎧裝等工序按照正常生產(chǎn)工藝即可達到良好的工藝效果，該電纜的關(guān)鍵工序控制點是成纜繞包及內(nèi)外護套擠出工序，這幾道工序控制不好會對電纜的燃燒特性有較大的影響。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計和原材料不僅要滿足火焰蔓延高度要求標準，還要保證燃燒期間非金屬材料燃燒火焰的均勻性，因此在燃燒火焰的平穩(wěn)性方面生產(chǎn)時應注意5 點。1）電纜絕緣及護層在擠出時厚度應均勻，偏心度控制在10%以內(nèi)；由于護套采用低煙無鹵阻燃聚烯烴，該材料的氧指數(shù)比較高，在40 左右，材料的黏度大，擠出時拉伸比小，要滿足電纜的阻燃特性，為了保證電纜的密實性，減少由于電纜護套松動、中間的空隙大導致在燃燒過程中，傳熱的速度加快，熱釋放等相關(guān)特性超過標準要求，要求采用擠壓式生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中，首先選擇合適的擠出螺桿；其次選擇好匹配的模具，確保壓力合適；最后要控制好放線張力、牽引及收線張力，確保擠出過程中線速度穩(wěn)定，避免因張力不穩(wěn)而造成的脫膠等問題的出現(xiàn)。所以該工序的過程控制至關(guān)重要。2）成纜工序。在該工序中，要確保纜芯填充要充實、圓整，線芯張力一致，繞包帶的張力、繞包節(jié)距、寬度及搭蓋率要嚴格按照生產(chǎn)工藝要求，要求采用0.2 mm 厚度的雙層無鹵低煙高阻燃包帶重疊繞包，繞包搭蓋率不小于30%。繞包帶一定要繞包平整、緊密，無松包、鼓包、漏包等現(xiàn)象，確保繞包后纜芯應圓整，繞包層表面平整，無褶皺。3）成纜節(jié)距應均勻，成纜后外形應均勻圓整，嚴禁出現(xiàn)非規(guī)則形狀電纜。4）鎧裝工序：鎧裝材料選用鍍鋅鋼帶，雙層間隙繞包，內(nèi)層鋼帶的間隙為外層鋼帶靠近中間的部位所覆蓋，其間隙不能大于鋼帶寬度的50%。選用鎧裝結(jié)構(gòu)有利于通過熱釋放試驗的要求。5）在生產(chǎn)過程中，在成纜和護層擠制過程中的牽引履帶壓力應控制均勻，避免線芯在過牽引后發(fā)生壓扁的現(xiàn)象。

5 電纜性能測試結(jié)果

以下是對所研制設計的0.6/1kV 及以下B1 級阻燃電纜WDZB1-YJ（F）Y23-0.6/1kV 3×120+1×70mm2的性能進行的試驗測試，測試結(jié)果見表2，可見該電纜阻燃特性試驗數(shù)據(jù)滿足GB/T 3124—2014 標準和要求。

表2 0．6 kV/1 kV 及以下B1 級阻燃電纜主要性能測試結(jié)果

6 結(jié)語

通過對阻燃B1 級電纜研制思路方案、原材料選擇、結(jié)構(gòu)設計及關(guān)鍵工藝控制及燃燒特性試驗情況的闡述，表明該電纜已經(jīng)研制成功。公司研發(fā)的阻燃B1 級電纜已經(jīng)廣泛應用于長春地鐵、合肥地鐵、南寧地鐵等重點項目，運行良好，得到用戶的一致好評。