橡膠與塑料聚合物是制造電線電纜的絕緣和護套的主要材料，它們多數(shù)是容易燃燒和延燃的。隨著電線電纜用量不斷增大，電氣火災(zāi)事故的頻繁發(fā)生，電線電纜的阻燃間題逐漸引起世界各國的重視。早在70年代，國內(nèi)外相繼開發(fā)了阻燃電纜，但是這些阻燃電纜幾乎都是含鹵的，雖然有一定的阻燃效果，但在火災(zāi)發(fā)生時，燃燒的電線電纜仍要產(chǎn)生有毒氣體和煙霧，這不僅影響救災(zāi)工作的順利進行，而且對生命財產(chǎn)造成‘第二次災(zāi)害”。鑒于不少工業(yè)部門和地鐵、高層建筑等市政民用設(shè)施對安全性和可靠性的要求越來越高，迫切要求開發(fā)新一代的低煙無鹵阻燃電纜。
國內(nèi)外電纜阻供技術(shù)發(fā)展概況
70年代，人們從電氣火災(zāi)事故中，認識到電線電纜的阻燃重要性，國際上開始對阻燃機理進行深入的研究，并生產(chǎn)出真有二定阻燃性能的電線電纜，逐漸制訂了各種阻燃試驗方法和試驗規(guī)范。但是，當時開發(fā)的都是含鹵阻燃電纜，燃燒時會產(chǎn)生煙氛毒性和腐蝕性氣體，仍會造成“二次災(zāi)害”。
70年代末、80年代初，人們開始研制性能更好的“清潔，的低煙無鹵阻燃電纜。在1980年國際電線電纜研討會議上，曾展示了熱塑性無鹵高阻燃材料(氧指數(shù)為46-50)，這種材料在火災(zāi)中不滴流，并且釋放的煙霧很少。到1980年底，國外低煙無鹵阻燃通信電纜已在實際中得到使用。
我國從70年代末起，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和電氣火災(zāi)事故頻頻發(fā)生，對阻燃電纜的研制和使用引起了重視。80年代，蘇州電纜廠、杭州電纜廠、上海電纜廠、沈陽電纜廠、四川電纜廠、湘潭電纜廠、無錫電纜廠等率先生產(chǎn)出阻燃絕緣電線等產(chǎn)品。至今，國內(nèi)中小型電線電纜廠都能生產(chǎn)一般的阻燃電線電纜產(chǎn)品。隨著對安全性和可靠性認識的提高，許多電線電纜用戶對產(chǎn)品的阻燃性能都提出了要求。例如，煤炭部明文規(guī)定在煤礦中必須使用阻燃性電纜;地鐵、核電站、化工等特殊部門和場合要求使用低煙無鹵阻燃電纜。
近幾年來，我國不斷加強對低煙無鹵阻燃電纜的研究和開發(fā)，低煙無鹵阻燃電纜的開發(fā)已列入《國家級電線電纜、光纜新產(chǎn)品開發(fā)指南》中。在無鹵阻燃劑的開發(fā)和應(yīng)用方面都取得了不少的進展，已研制和生產(chǎn)出不少無機阻燃劑，包括水合氧化鋁系、氧化銻系、稠系、鉑系、無機磷系，以及鋅、鎂等過渡金屬氧化物、氫氧化物或碳酸鹽等，其中
A1(OH)阻燃劑已形成SR109-SR115系列，計7個品種。一些電纜料生產(chǎn)廠現(xiàn)已研制開發(fā)出低煙無鹵阻燃料。1991年，河北邢臺電纜廠試制的低煙無鹵阻燃電纜通過鑒定，北京電線廠則研制成功低煙無鹵阻燃耐火電纜。1992年1月，上海電纜廠研制的工kV低煙無鹵交聯(lián)聚乙烯聯(lián)鎖愷裝新型阻燃電纜經(jīng)通過鑒定，并獲國家專利;同時該廠還研制出乙丙絕緣無鹵阻燃電纜。此外，像無錫電纜廠、沈陽電纜廠、成都電纜廠、四川電纜廠、天津電纜廠、鄭州電纜廠、哈爾濱電纜廠等都相繼進行低煙無鹵電纜的研制工作。在致力于開發(fā)產(chǎn)品的同時，沈陽電纜廠、上海電纜廠、湘潭電纜廠、鄭州電纜廠、天水電纜廠、黃石電纜廠、寶勝電纜廠等都先后建立了符合標準要求、達到先進水平的燃燒試驗室和煙濃度測定裝置，完善了電線電纜阻燃性能檢測手段。上海電線電纜檢測站于1991年被批準為IEaEE-OGB試驗室，為我國低煙無鹵阻燃電纜產(chǎn)品性能的檢測和鑒定創(chuàng)造了條件。
低煙無鹵阻燃電纜的結(jié)構(gòu)及其特征
低煙無鹵阻燃電纜在國外也稱為“清潔，電纜。它與以防止延燃為目的的PVa電纜和普通阻燃電纜不同，系采用不含氯、氟等鹵化物的聚烯烴樹脂作為電纜材料，是一種阻燃性好、在燃燒環(huán)境下發(fā)煙性和毒害性(包括腐蝕性)低的新型阻燃電纜。
低煙無鹵阻燃電纜應(yīng)根據(jù)用途來恰當?shù)剡x擇其結(jié)構(gòu)和所用材料。對電纜的要求為:(1)應(yīng)具有與現(xiàn)行一般阻燃電纜同等的實用性能;(2)電纜的結(jié)構(gòu)和材料與一般的電纜不同，也就是要采用阻燃隔離帶或特殊的聚烯烴材料等。
低煙無鹵阻燃電纜的主要特性如下:
(1)阻燃性能對材料來說，通常可判斷其氧指數(shù)。絕緣材料的氧指數(shù)至少為26，并應(yīng)盡可能高;護套材料的氧指數(shù)通常大于30，甚至高達47。電纜的阻燃性試驗，可按GB12666.5或IEC332一進行。材料的阻燃性能，現(xiàn)在亦用溫度指數(shù)來確定。
(2)不含鹵素制造電纜的所有材料，包括絕緣、護套、填充及隔離層等都不含鹵素。
(3)生成煙霧少電纜材料在燃燒時生成的煙霧極少，一般只有QV電纜的四分之一。
(4)一機械特性滿足一般電纜標準所要求的機械強度(抗張強度幾伸長率等指標)，制成的電纜應(yīng)柔軟。
(5)電氣特性所選用的材料以及成品電纜的電氣特征(如介電強度、絕緣電阻)應(yīng)同一般電纜一樣。
(6)工藝性能所用材料應(yīng)能在普通的混料設(shè)備和擠出機上進行加工，毋需特制的加工設(shè)備和工裝模具。
(7)其他性能應(yīng)根據(jù)耐油、耐化學(xué)腐蝕(耐海水)、耐輻射等不同的使用場合，采用不同的電纜結(jié)構(gòu)和加工工藝來滿足相應(yīng)的特殊要求。
電纜低煙無鹵阻燃的主要途徑
制造低煙無鹵阻燃電纜常用聚烯烴作為絕緣和護套材料。聚烯烴是無鹵材料，系純淡氫化合物，燃燒時分解出水和二氧化碳，不產(chǎn)生明顯的煙霧和有害氣體。乙烯、聚丙烯、乙丙橡膠和乙烴包括聚酸乙烯共聚物等。它們本身并不阻燃，為此需添加阻徽填充劑，方能制成實用的低煙無鹵阻燃材料.
1.無鹵阻燃荊的阻燃原理
低煙無鹵阻燃電纜，目前一般采用水合金屬氧化物作為阻燃填充劑。其原理是，水合金屬氧化物受熱后會釋放出結(jié)晶水，吸收大量的熱量，從而抑制聚合物溫度上升，阻止延燃，與此同時，脫水分解反應(yīng)會產(chǎn)生大量水蒸氣，它可以稀釋可嫩性氣體，亦起到阻燃效果。
另外，有時為了提高阻燃效果，減少阻燃填充劑的加入量，也采用加入磷系阻燃劑。磷系阻燃劑受熱后的脫水反應(yīng)，會在可燃聚合物表面形成聚磷酸膜，它可隔絕空氣，從而起到阻燃作用;同時它又能促使聚合物脫水碳化，形成一個不可燃的保護層，達到阻燃目的。但磷系阻燃劑的加入會增加發(fā)煙量，故采用磷系阻燃劑時必須加入消煙劑，常用的是鑰化合物。
2.阻供劑的性能比較、選擇和使用
用作無鹵阻燃劑的水合金屬氧化物有其特點，即它釋放結(jié)晶水時的溫度必須在被加入聚合物的混合成形溫度和分解溫度之間，這樣才能有阻燃效果。目前通常使用的這類阻燃劑是氫氧化鋁和氫氧化鎂。
氫氧化鋁和氫氧化鎂加熱時，都產(chǎn)生脫水反應(yīng)，但它們的吸熱量是不同的，氫氧化鋁(粒徑1}xm)在200--300℃之間約為2kJ/g,氫氧化鎂在340--490℃之間約為0.77kJ/g。
由于金屬水合物脫水例而勺吸熱性，所以含有它的材料在加熱時所產(chǎn)生的放熱量和表面溫度會降低，該吸熱反應(yīng)是在聚合物從固相變?yōu)橐合嘀g產(chǎn)生，故對抑制早期材料溫度的上升能發(fā)揮有效的作用。氫氧化鎂需在更高的溫度下才起脫水反應(yīng)，而在接近300度時沒有效果，且吸熱量較小，因而抑制溫度上升的效果沒有氫氧化鋁好。
但是，對阻燃性能的衡量，不能僅從吸熱量大小考慮，一般認為氫氧化鎂對炭化有觸媒作用(目前對這機理尚未清楚)，故氫氧化鋁和氫氧化鎂兩種阻燃劑并用是有利的。
經(jīng)實踐驗證，證實氫氧化鋁和氫氧化鎂并用的效果對放熱量的影響很小，幾乎與單獨使用氫氧化鋁時相同，但對著火性和阻燃性的改善和提高則非常有效。氫氧化鋁和氫氧化鎂阻燃性能效果比較
添加水合金屬氧化物和磷系阻燃劑的無鹵阻燃護套材料，已在電纜生產(chǎn)實際中獲得應(yīng)用，但是由于含有磷系阻燃劑，因此發(fā)煙量高。解決的辦法是，同時添加含鉑的化合物，主要有三氧化鉑、八鑰酸按和以二鑰酸按、相酸鋅、相酸鈣為基礎(chǔ)的鑰化物。
3.水合金屬氛化物的粒度對阻燃效果的影晌
水合金屬氧化物除其本身純度直接影響阻燃效果外，還與其制造方法和粒度大小有關(guān)。.通常，氧指數(shù)是隨著粒徑的減小而上升。例如氫氧化鋁粒徑為12um時，其阻燃聚合物氧指數(shù)為27;而粒徑為1um時，則制得的阻然聚合物氧指數(shù)為33。因此，國外各生產(chǎn)制造公司在進行表面技術(shù)處理的同時，還十分注意到粒體工程，力求細化。其中，以超細級產(chǎn)品作為開發(fā)新品種的主要趨勢。
表面處理主要是用酸酯和硅烷偶聯(lián)劑，進行表面處理的目的在于改善其在樹脂中的分散性以及與樹脂的粘結(jié)性。
4.低煙無鹵電纜制造工藝
用交聯(lián)聚乙烯、乙丙膠和EVA作絕緣和護套的低煙無鹵阻燃電纜，所使用的高效阻燃填料主要是氫氧化鋁。由于氫氧化鋁在200℃以上便會分解，因此在電纜制造過程中不能用普通的硫化和交聯(lián)方法，因為普通的硫化和交聯(lián)溫度一般均在200℃以上。如水蒸氣交聯(lián)為205℃;氮氣交聯(lián)為275℃;硅油交聯(lián)為200℃;加壓融鹽交聯(lián)為250℃。
硅烷交聯(lián)法和電子輻照交聯(lián)法是制造低煙無鹵阻燃電纜最合適的方法，因為這兩種方法的交聯(lián)溫度不高。硅烷交聯(lián)僅650C，也可以在常溫下自然交聯(lián);輻照交聯(lián)溫度為常溫奮在這兩種交聯(lián)方法中，氫氧化物不會分解，阻燃效果不會降低，是生產(chǎn)中、低電壓級低煙無鹵阻燃電纜的最好方法。
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