無(wú)鹵低煙隔氧層阻燃電力電纜的制造

    摘要：論述了無(wú)鹵低煙隔氧層阻燃電力電纜的設計思路，及其在生產(chǎn)制造過(guò)程中遇到一些問(wèn)題和解決的方法。

    關(guān)鍵詞：無(wú)鹵低煙阻燃電力電纜；隔氧層；A 類(lèi)阻燃；設計；制造

    １ 引言

    前幾年，新疆克拉瑪依劇場(chǎng)著(zhù)火，燒死３００多人，河南焦作一家錄像廳著(zhù)火燒死７０多人。這些火災中最主要的危害因素就是有大量有毒氣體和煙霧。作為傳統的阻燃電纜、低鹵低煙阻燃電纜，都廣泛地采用含鹵聚合物和含鹵阻燃劑組合而成的混合物。盡管這些電纜具有良好的阻燃性能，但一旦發(fā)生火災，電纜燃燒后會(huì )產(chǎn)生大量的煙霧和有毒的腐蝕性的氣體，這不僅妨礙救火工作和人員疏散，并會(huì )腐蝕儀器和設備。尤其對于眾多人員聚集的封閉場(chǎng)所，如地鐵、旅館、展覽大廳和艦船等，及裝備有昂貴電子儀器設備的場(chǎng)合，這問(wèn)題就顯得特別重要。

    對于普通的無(wú)鹵低煙阻燃電纜，由于在其絕緣或護套中滲入大量的Ａｌ（ＯＨ）３、Ｍｇ（ＯＨ）２阻燃無(wú)機材料，雖不產(chǎn)生含鹵的有害氣體，但阻燃等級停留在Ｃ類(lèi)或Ｂ類(lèi)，很難達到Ａ類(lèi)，且因大量無(wú)機材料的滲入，使其機電性能及加工性能都變得較差，研制含有隔氧層的阻燃電纜就是在這種背景下產(chǎn)生的。

    為了使無(wú)鹵低煙阻燃電纜的阻燃性能更加可靠，圍繞電纜燃燒三要素（溫度、可燃物和氧氣）的燃燒機理分析，提出了一種電纜隔氧層的新結構，即在電纜絕緣層與護套層之間，增加一層由特殊的隔氧材料組成隔氧層。當電纜遇明火燃燒時(shí)，隔氧材料能析出大量水分以降低環(huán)境溫度，并形成一個(gè)不熔不燃的氧化鋁硬殼，以隔絕絕緣有機物與外界空氣的接觸，最終使電纜達到自熄的目的，從而大大提高了阻燃的級別，可達Ａ級阻燃水平。其次采用隔氧層結構的電纜其絕緣可采用普通型的絕緣材料，即避免了因加入無(wú)機的阻燃劑、消煙劑而引起的不良的影響。這就是試制交聯(lián)聚乙烯絕緣無(wú)鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜的設計思路。

    由于本產(chǎn)品尚未有相應的國家標準，所以根據以下有關(guān)產(chǎn)品標準及其試驗標準編制了企業(yè)標準，其中包括：ＧＢ１２７０６—２００２《額定電壓３５ｋＶ及以下銅芯、鋁芯塑料絕緣電力電纜》，ＧＢ／Ｔ１８３８０—２００１《電纜在火焰條件下的燃燒試驗》，ＧＢ／Ｔ１７６５１—１９９８《電纜或光纜在特定條件下燃燒時(shí)煙密度測定》和ＧＢ／Ｔ１７６５０—１９９８《電纜或光纜特定條件下燃燒時(shí)釋出氣體的試驗方法》，ＧＡ３０６—２００１《阻燃及耐火電纜：塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級和要求》。

    ２產(chǎn)品的結構與材料的選擇

    電纜的絕緣采用硅烷交聯(lián)聚乙烯（ＸＬＰＥ）；護套采用意大利潘得那公司生產(chǎn)的無(wú)鹵低煙聚烯烴阻燃護套料；成纜后的纜芯外繞包一層隔氧層，它主要由含有Ａｌ（ＯＨ）３和Ｍｇ（ＯＨ）２并經(jīng)特殊工藝加工處理的繞包帶，當其受熱后釋放出結晶水并形成不熔不燃的硬殼，起著(zhù)降溫與隔離的作用；成纜時(shí)要絞入無(wú)塵巖棉阻燃填充繩，以便使纜芯圓整，它是由江蘇新奇特電纜材料廠(chǎng)生產(chǎn)的無(wú)鹵低煙礦物材料受熱后也可分解出結晶水，降低溫度、保護絕緣。試驗證明：這種結構設計和材料選用完全能滿(mǎn)足電纜阻燃性能要求，并已通過(guò)國家防火建筑材料質(zhì)量監督檢測中心的檢測。圖１為０．６／１ｋＶＸＬＰＥ絕緣無(wú)鹵低煙護套隔氧層阻燃電纜結構示意圖。

    ３試制中出現的問(wèn)題及解決的方法

    ３．１成纜工藝

    絕緣線(xiàn)芯成纜用的阻燃填充繩含有Ａｌ（ＯＨ）３和Ｍｇ（ＯＨ）２等成分，它的抗拉強度特別低，起初選用普通的并線(xiàn)模，結果填充繩經(jīng)常斷裂，而且表面發(fā)粘和起毛。經(jīng)分析，其主要原因是其抗拉強度比較低，而且耐磨性差，再加上并線(xiàn)模的模孔直徑較小，產(chǎn)生的摩擦阻力大等多種原因所造成的。若將填充繩的根數減少，適當地減小繩的外徑，但這樣會(huì )使纜芯不圓整。最終將模孔直徑適當地增大，同時(shí)在成纜機的放線(xiàn)盤(pán)盤(pán)軸上安置抱閘，以便適當地給以一定的張力，這樣既保證了纜芯的圓整，又避免了填充繩斷裂、起毛和發(fā)粘。

    ３．２護套的擠出工藝

    （１）擠出溫度的選擇由于熱塑性低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴護套料加入了大量的水合金屬氧化物氫氧化鋁、氫氧化鎂等無(wú)機材料，使其擠出工藝性能變得較差，其加工溫度應控制在１６０～１７０℃之間。低于這溫度將不能使物料完全塑化，擠出壓力過(guò)大，難以擠制；高于這個(gè)溫度會(huì )使其分解，一方面降低其阻燃性能，而另一方面會(huì )造成護套表面產(chǎn)生大量的氣孔。其次，應特別注意的是：由于電纜護套料中含有眾多的無(wú)機材料，在擠出過(guò)程中，擠壓摩擦會(huì )引起發(fā)熱（即摩擦生熱），從而影響了擠出溫度的控制。溫度控制的影響因素眾多，其中還包括擠出機螺桿結構及尺寸、螺桿的轉速和冷卻的方式等等。這就對擠出設備、擠出模具及其工藝提出了很高的要求。

    （２）擠出設備的選擇眾所周知，螺桿直徑越大，擠出加工能力越大；長(cháng)徑比越大，有利于塑料混合和塑化，能減小漏流和逆流，提高擠出機生產(chǎn)能力。但長(cháng)徑比過(guò)大，同樣會(huì )使塑料擠出壓力增大，尤其會(huì )使含有大量無(wú)機材料的阻燃護套料引起摩擦生熱嚴重，造成材料降解和分解，使其阻燃性能下降，材料擠出表面質(zhì)量下降；而長(cháng)徑比過(guò)小，易引起材料混煉后的塑化不良，導致其性能的下降。因此最終選用了長(cháng)徑比為２０的單紋螺桿擠出機。

    （３）冷卻裝置的選擇由于阻燃聚烯烴護套料含有大量的無(wú)機填充料，在擠出過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的摩擦生熱，這就要擠出機具有良好的冷卻裝置，為此，把原來(lái)的風(fēng)冷系統改為水冷系統。

    （４）螺桿轉速的選擇對于阻燃聚烯烴護套而言，擠出螺桿的轉速選擇也是一個(gè)不能忽視的問(wèn)題。通常在使用φ９０ｍｍ擠出機擠塑時(shí)，螺桿轉速宜控制在２０～２２ｒ／ｍｉｎ。若螺桿轉速過(guò)大，塑料會(huì )受到較大剪切應力，使物料摩擦生熱增加，導致阻燃劑的分解、護套表面毛糙。

    （５）擠出模具的選擇由于低煙無(wú)鹵聚烯烴護套料中無(wú)機填充物高達１５０％（每１００份的樹(shù)脂中所含的份數量）這就導致了其在擠出時(shí)熔融狀態(tài)下，熔體的強度、拉伸比和粘度等，均與普通型護套料存在著(zhù)較大的差異，因此，擠出模具的選配也有所不同。根據理論分析和實(shí)際經(jīng)驗，通常阻燃聚烯烴護套料可適用于擠壓式、半擠管式及擠管式模具。在使用擠壓式模具時(shí)，由于其熔體粘度大，使機頭中壓力增大，擠出成品壓得較密度，導致離模后電纜外徑會(huì )有所膨脹而增大，因此，選用的模套內徑應比成品電纜的標準直徑小５％左右；采用半擠管式或擠管式模具，要注意其拉伸比應選為２．５～３．２，比普通護套料（拉伸比為６～７）要小得多。若拉伸比過(guò)大，則會(huì )引起護套表面質(zhì)量下降，嚴重時(shí)會(huì )引起護套脫節或斷裂；若拉伸比過(guò)小，護套表面更光滑，但影響生產(chǎn)速度。最終選用擠管式模具，模具尺寸的配合為：

    模芯內徑＝繞包層外徑＋（０．６ ～ １．５）ｍｍ

    模套內徑＝電纜標稱(chēng)外徑＋（２ ～ ７）ｍｍ

    ４產(chǎn)品的性能

    交聯(lián)聚乙烯絕緣無(wú)鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜經(jīng)檢測，各項性能指標均符合標準的要求，其中，阻燃性能達到成束燃燒試驗的Ａ類(lèi)標準，炭化高度為１．５ｍ，低于ＧＡ ３０６—２００１標準中規定的不小于２．５ｍ的要求；燃燒氣體酸值（ｐＨ）合格；煙濃度指標中適光率達９０％，比ＧＡ３０６—２００１標準規定的一級Ａ類(lèi)中要求的最小透光率為８０％優(yōu)良；煙氣毒性指數按標準ＧＡ１３２—１９９６檢測為準安全級二級（ＺＡ２）。該產(chǎn)品研制成功，不僅有良好的經(jīng)濟效益，而且具有良好的社會(huì )效益。

文章標簽：無(wú)鹵低煙電纜   阻燃電力電纜