B1 級(jí)和B2ca級(jí)無(wú)鹵低煙阻燃電纜熱釋放試驗(yàn)探討

劉松東， 陸枝才， 李云歡

（1.惠州市金龍羽電纜實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，惠州 516100； 2.金龍羽集團(tuán)股份有限公司， 深圳 51800）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們對(duì)環(huán)境安全的要求越來(lái)越高，建筑防火的理念已經(jīng)被消防和建設(shè)部門廣泛接受，無(wú)鹵低煙阻燃電纜也已經(jīng)被應(yīng)用于各種場(chǎng)合。 目前，在人員密集的機(jī)場(chǎng)、地鐵、重點(diǎn)場(chǎng)所的設(shè)計(jì)與建設(shè)中，逐步要求使用燃燒等級(jí)達(dá)到B1級(jí)的阻燃電纜。 在B1級(jí)阻燃電纜中450／750 V 及以下B1級(jí)阻燃電纜的占比頗大，但450／750 V 及以下B1級(jí)阻燃電纜結(jié)構(gòu)單一，其結(jié)構(gòu)是在導(dǎo)體上擠包一層絕緣材料，因此實(shí)施阻燃的難度極大，對(duì)絕緣材料的要求極為嚴(yán)格，既要求絕緣材料具有優(yōu)良的電氣性能、機(jī)械性能和物理性能，還要求具有良好的阻燃性能。 鑒于此，很多電線電纜制造企業(yè)都在努力攻克這一技術(shù)難題。 本工作從試樣安裝對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行分析，對(duì)比結(jié)果可使廣大企業(yè)在此類產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中少走彎路，同時(shí)提出現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 31247—2014《電纜及光纜燃燒性能分級(jí)》修訂的必要性，有助于解決此類線纜的國(guó)際貿(mào)易爭(zhēng)端。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)方法［1-5］

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 31247—2014 燃燒性能分級(jí)方法采用GB 31248—2014 的試驗(yàn)方法，EN 50575和EN 13501-6 歐盟的燃燒性能分級(jí)采用EN 50399：2011+A1：2016（注：EN 50399：2011+A1：2016 為歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)CENELEC 在2016年6 月頒布的修改件），其中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的B1級(jí)類似于歐盟標(biāo)準(zhǔn)的B2ca級(jí)。 通過(guò)GB 31248—2014 和EN 50399：2011+A1：2016 試驗(yàn)燃燒裝置與試驗(yàn)方法對(duì)比見(jiàn)表1，B1級(jí)與B2ca級(jí)判據(jù)對(duì)比見(jiàn)表2，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)小于或等于5 mm 直徑電纜的試樣安裝方式略有差異：B1級(jí)無(wú)要求在橫檔中間用金屬絲在試樣束上繞兩圈，而B2ca級(jí)按要求在橫檔中間用金屬絲在試樣束上繞兩圈。 試驗(yàn)以3 個(gè)廠家的材料：普通硅烷交聯(lián)聚烯烴絕緣1 組、輻照交聯(lián)耐熱125 ℃聚烯烴絕緣2 組分別按B1級(jí)（試驗(yàn)方法GB／T 31248—2014）與B2ca級(jí)（試驗(yàn)方法EN 50399：2011+A1：2016）進(jìn)行試驗(yàn)，用火焰蔓延、熱釋放總量、熱釋放速率和產(chǎn)煙特性試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)安裝方法之間的差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

表1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與歐盟標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)燃燒裝置與試驗(yàn)方法對(duì)比

表2 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（B1）與歐盟標(biāo)準(zhǔn)（B2ca）判據(jù)對(duì)比

每束電纜的試樣根數(shù)n按式（1）計(jì)算得出：

式中：dc為電纜的直徑（保留小數(shù)點(diǎn)后一位），mm；int 為對(duì)結(jié)果取整的函數(shù)（即整數(shù)值）。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)［3］，直徑小于或等于5 mm 的電纜，纜束數(shù)量為15，試樣的總根數(shù)（N）由式（2）計(jì)算得出：

1.2 試驗(yàn)材料

電纜束的綁扎方式見(jiàn)圖1，試樣的信息見(jiàn)表3。

表3 試樣信息

圖1 電纜束的綁扎方式示意圖

2 結(jié)果與討論

按照第一部分方案，對(duì)第一組、第二組和第三組的試樣按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（B1級(jí)）和歐盟標(biāo)準(zhǔn)（B2ca級(jí)）進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由表4 結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

（1）第一組硅烷交聯(lián)無(wú)鹵低煙阻燃電纜分別按B1級(jí) 與B2ca級(jí) 的 綁 扎 方 式 進(jìn) 行 試 驗(yàn)： GB／T 18380.31—2008 中噴燈平面與試樣位置距離見(jiàn)圖2。

圖2 GB／T 18380.31—2008 中噴燈平面與試樣水平位置距離

B1級(jí)與B2ca級(jí)燃燒試驗(yàn)后樣品結(jié)殼性較好，兩種方式的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)相差較大：B1級(jí)火焰蔓延測(cè)值（即炭化高度）為3.0 m；B2ca級(jí)火焰蔓延測(cè)值為2.0 m。

GB／T 18380.31—2008 中噴燈中心線與試樣水平位置距離見(jiàn)圖3。

圖3 GB／T 18380.31—2008 中噴燈中心線與試樣水平位置距離

B2ca級(jí)試驗(yàn)最大熱釋放速率峰值為33 kW 比B1級(jí)試驗(yàn)結(jié)果106 kW 低2 倍。 B1級(jí)比B2ca級(jí)的產(chǎn)煙總量等全系列試驗(yàn)結(jié)果均高。

（2）第二、第三組B1級(jí)和B2ca級(jí)無(wú)鹵低煙阻燃電纜分別按B1級(jí)與B2ca級(jí)的綁扎方式試驗(yàn)，材料采用是B1級(jí)專用絕緣料，燃燒試驗(yàn)后樣品比第一組的試驗(yàn)后狀態(tài)結(jié)殼性好且滴落物少。 第一組、第二組在無(wú)金屬絲綁扎和有金屬絲綁扎試驗(yàn)前后的結(jié)果見(jiàn)圖4～圖11，第三組的結(jié)果忽略。

B1級(jí)火焰蔓延測(cè)值：第二組為1.3 m、第三組為1.0 m；

B2ca級(jí)火焰蔓延測(cè)值：第三組為0.7 m、第三組為0.6 m。

第二、第三組試驗(yàn)結(jié)果中最大熱釋放峰值的結(jié)果均低1 倍數(shù)值，產(chǎn)煙總量、產(chǎn)煙峰值、火焰蔓延在兩個(gè)試驗(yàn)方法中也有明顯差距。

（3）B1級(jí)與B2ca級(jí)的綁扎方式下線芯燃燒狀態(tài)的差異：GB／T 31248—2014 與EN 50399：2011+A1：2016 標(biāo)準(zhǔn)中均表明對(duì)小于或等于5 mm 的電纜，樣品由許多直徑大約為10 mm 電纜束組成。 根據(jù)式（1）和式（2），第一組120 根計(jì)算為每束8 根，第二、第三組均為90 根計(jì)算為每束6 根，根數(shù)6 根或8 根形成直徑10 mm 的等效圓，在實(shí)際綁扎中無(wú)法形成緊致的圓形。

從結(jié)果與討論（2）中可知，3 組電纜均以B1級(jí)方式綁扎，試驗(yàn)中試樣受火點(diǎn)為噴燈中心線水平距離為（75±5） mm（圖2）／距箱底面垂直距離600±5 mm處（圖3）。 各組試驗(yàn)前及試驗(yàn)后圖片見(jiàn)圖4 ～圖11。 從試驗(yàn)前的實(shí)物圖（圖4、圖8）可以看出，單根硬導(dǎo)體結(jié)構(gòu)電纜在綁扎在試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)梯時(shí)，電纜束不扭絞因線材偏硬無(wú)法像標(biāo)準(zhǔn)的圖紙中完全呈直線相互不交叉、非常緊密的并行，特別是在橫檔中間會(huì)有存在較大間隙。 在試驗(yàn)受火部分因?yàn)榫€束不緊致，每根均在20.5 kW 的噴燈火焰中得到充分燃燒，劇烈燃燒行為在短時(shí)間內(nèi)很容易產(chǎn)生煙囪效應(yīng)（圖5、圖9），致使熱釋放速率、產(chǎn)煙速率及峰值因燃燒狀態(tài)的影響超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，以第一組硅烷交聯(lián)無(wú)鹵低煙試樣尤為明顯，第二組與第三組測(cè)兩種試驗(yàn)方法結(jié)果均為合格，但是B2ca級(jí)因?yàn)槔|束間電纜較為緊密（圖6、圖10），試樣點(diǎn)受火點(diǎn)同時(shí)也與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)梯橫檔間的金屬絲綁扎位置一致，在試驗(yàn)中因有金屬絲綁扎束縛，避免了燃燒過(guò)程中的線芯膨脹散開(kāi)使纜束間的絕緣材料充分燃燒（圖7、圖11），B2ca級(jí)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于現(xiàn)行B1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 第一組無(wú)金屬絲綁扎試驗(yàn)前圖片

圖5 第一組無(wú)金屬絲綁扎試驗(yàn)后圖片

圖6 第一組有金屬絲綁扎試驗(yàn)前圖片

圖7 第一組有金屬絲綁扎試驗(yàn)后圖片

圖8 第二組無(wú)金屬絲綁扎試驗(yàn)前圖片

圖9 第二組無(wú)金屬絲綁扎試驗(yàn)后圖片

圖10 第二組有金屬絲綁扎試驗(yàn)前圖片

圖11 第二組有金屬絲綁扎試驗(yàn)后圖片

（4）硅烷交聯(lián)與輻照交聯(lián)在同一試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)結(jié)果的差異：第一組硅烷交聯(lián)無(wú)鹵低煙阻燃電纜以滿足成束阻燃性能為主，按可燃物體積區(qū)分阻燃級(jí)別，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下：炭化高度不大于2.5 m為判定指標(biāo)，對(duì)熱釋放和產(chǎn)煙特性不做量化定性要求，此次對(duì)比試驗(yàn)中，兩個(gè)燃燒后試樣都基本完整，體現(xiàn)了絕緣材料可以燃燒成炭、結(jié)殼。 B2ca級(jí)因?yàn)殡娎|綁扎方式差異，最大熱釋放量、火焰蔓延程度較B1級(jí)優(yōu)良，非常接近合格指標(biāo)。

第二組、第三組以滿足B1級(jí)阻燃性能為主，試樣以電纜外徑來(lái)確實(shí)安裝方式，主要以熱釋放、產(chǎn)煙特性、滴落物等指標(biāo)作量化要求，在試驗(yàn)過(guò)程中因材料特性原因最大熱釋放速率、熱釋放總量、產(chǎn)煙特性得到很好控制，其對(duì)應(yīng)在燃燒過(guò)程中的產(chǎn)煙峰值、產(chǎn)煙總量、燃燒增長(zhǎng)指數(shù)、火焰蔓延程度等指標(biāo)均能有較好的水平。 同樣B2ca級(jí)因?yàn)殡娎|綁扎方式差異，試驗(yàn)結(jié)果比B1級(jí)優(yōu)良。

材料具備優(yōu)異的阻燃性能，但是試驗(yàn)中僅僅多了一道綁扎的細(xì)微差異，在3 組試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)均呈現(xiàn)倍數(shù)級(jí)別的區(qū)別。 對(duì)比試驗(yàn)中可以得出，在阻燃體系中對(duì)材料的熱釋放速率等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，在特定條件下，火焰蔓延程度可以得到較好地控制，同時(shí)對(duì)可燃物體積區(qū)分類別與炭化高度定性的成束阻燃性能的也具有方向性的指導(dǎo)意義。

3 結(jié)束語(yǔ)

試驗(yàn)時(shí)要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行并充分理解標(biāo)準(zhǔn)要求，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)中不難發(fā)現(xiàn)，試樣排列密實(shí)程度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很大，減少人為操作影響至關(guān)重要，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果與樣品解剖分析同步進(jìn)行是制造業(yè)廠家必不可少的步驟。

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于GB／T 31248—2014 中6.4 條（c）中對(duì)于小于或等于5 mm 電纜束的定義與標(biāo)準(zhǔn)頒布時(shí)修改采用的EN 50399：2011 一致，但是歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)CENELEC 在2016 年6 月對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，新頒布的EN 50399：2011+A1：2016對(duì)此條有新定義，從某種程度上完善了標(biāo)準(zhǔn)，減少了因?yàn)檫^(guò)于抽象的概念造成試驗(yàn)操作困難，從而影響試驗(yàn)結(jié)果。 為了此類產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中少走彎路，同時(shí)有助于解決該類產(chǎn)品的國(guó)際貿(mào)易爭(zhēng)端，建議現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)及時(shí)修訂或提出修訂文件。