低烟无卤阻燃电缆及其性能研究

 

20世纪70年代初,国外已经开发了阻燃电缆,在阻止火灾蔓延方面取得了重大进展,但是传统的阻燃电缆主要是采用阻燃聚氯乙烯、氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯等含卤素材料作为电缆的护层来达到抑制火焰蔓延的目的。但是这些阻燃电缆在燃烧中会释放出大量的腐蚀性气体和浓烟,烟雾阻挡视线,给火灾现场逃生带来困难;毒性气体使人窒息,危及人的生命安全。这种潜在的“二次灾害”的危险性较直接燃烧的危险性更大。据统计,火灾时80%以上的人身伤亡和设备损失是由氯化氢、一氧化碳等有毒有害气体引起,氯化氢不仅有毒,而且对金属设备有强烈的腐蚀作用。随着技术的进步,一些空间密闭、人员密集的场所如地铁、高层建筑以及舰船、核电站等重要设施对安全性和可靠性的要求越来越高,因此,迫切需要开发具有低烟、无卤、阻燃性能的新一代电缆。

80年代初世界发达国家相继开始研制、生产低烟无卤阻燃材料和电缆。低烟无卤阻燃电缆得到了迅速的推广应用。随着对安全性和可靠性认识的提高,许多电线电缆用户对产品的阻燃性能提出了更高的要求,特别是高层建筑、地下铁道、核电站等重要场所。近几年来,我国不断加强低烟无卤阻燃电缆产品的研究和开发,借助于进口材料,许多电缆厂研制出低烟无卤电缆产品,如电力电缆、控制电缆、测量电缆、通信电缆及船用电缆等,产品也有一部分用于国内外重点工程项目上,如秦山核电站一期、二期、大亚湾核电站、田湾核电站、上海地铁及伊朗地铁等。在开发产品的同时,沈阳、上海、郑州等电缆厂先后建立了符合标准要求的燃烧试验室和烟浓度测试装置,完善了电线电缆燃烧性能检测手段,为低烟无卤电缆的进一步开发、完善和推广应用奠定了基础。

低烟无卤阻燃电缆的绝缘通常采用交联聚乙烯、无卤阻燃聚烯烃、无卤阻燃交联聚烯烃、乙丙橡皮、无卤阻燃乙丙橡皮、硅橡胶等;护套通常采用热固性或热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃材料。

低烟无卤阻燃电缆用绝缘和护套材料,目前一般采用水合金属氧化物作为阻燃填充剂,其原理是水合金属氧化物受热后会释放出结晶水,吸收大量的热量,从而抑制聚合物温度的上升,阻止延燃;与此同时,脱水分解反应产生的大量水蒸气可稀释可燃性气体,起到阻燃效果。

另外,为了提高阻燃效果,减少阻燃填充剂的加入量,也采用加磷系阻燃剂。磷系阻燃剂受热后的脱水反应,会在可燃聚合物表面形成聚磷酸膜,可隔绝空气,起到阻燃作用;同时又能促使聚合物脱水炭化,形成一个不可燃的保护层,达到阻燃的目的。但磷系阻燃剂的加入会增加发烟量,故采用磷系阻燃剂时必须加入消烟剂(常用钼化合物)。

阻燃电缆按其燃烧时产生的卤素气体逸出量和发烟量可分为一般型阻燃电缆、低卤低烟型阻燃电缆和低烟无卤型阻燃电缆。低烟无卤型阻燃电缆也称为AP电缆(Auti2Pollution)。AP电缆采用不含卤素的聚烯烃作为电缆材料,在燃烧状态下阻燃性好、发烟量和腐蚀性低。电缆在燃烧状态下能降低火焰的蔓延速度。对于材料通常用氧指数来考核,高分子材料的燃烧过程首先是材料由于热熔融、软化,进一步在高温下分解,发生分解的气体与空气中的氧混合,由于引火或发火而燃烧,着火或自然熄火的临界氧浓度,表示材料燃烧性的一个指数,通常叫氧指数,用OI表示,其值越大,越难于燃烧。阻燃的绝缘材料其氧指数一般为26～30,阻燃的护套材料其氧指数通常都大于30,甚至高达45以上。

低烟无卤电缆在非火灾状态下与普通电缆一样使用,因而必须具有一定的机械物理性能和电气性能,满足电缆的一般使用要求。由于低烟无卤阻燃材料是以聚烯烃为基料,添加阻燃填充剂来提高其阻燃性能,填充剂的加入必然会降低材料的机械性能和加工性能。同时,无卤低烟特性和阻燃本身就是互相制约的因素,而无卤低烟阻燃特性同良好的机械物理和电气性能又相互限制。目前的现状:低烟无卤阻燃材料的机械性能和电气性能指标略低于普通材料;随着研究的深入,低烟无卤阻燃材料的各项性能指标将进一步提高,接近并达到一般材料要求;我国自行研制的低烟无卤阻燃绝缘和护套材料(含热塑性、热固性)性能水平已接近IEC标准及国际同类产品要求。

低烟无卤阻燃电缆在燃烧状态下不仅具有阻燃性,而且还具有低发烟性和无害性(低毒性和无腐蚀性气体产生),因此,对其特殊性能的评价国际电工委员会IEC和世界许多国家都制定了专门的评价方法,以评定和检验低烟无卤阻燃电缆的性能和水平,保证其各项功能满足实际运行的需要。

 

 

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