柯宗海

(福建南平太陽電纜股份有限公司，福建南平353000)

0 引言

隨著人類文明的不斷進步，誘發(fā)火災的因素大量增多，火災發(fā)生的頻率正在加大，嚴重威脅著人們的生命和財產(chǎn)安全，火災已成為現(xiàn)代社會的“恐怖殺手”。

據(jù)2009年全國火災原因的統(tǒng)計，28%為電氣線路的電器設備故障引起，占比最高。電氣線路的阻燃性越來越受到政府、設計部門和廣大用戶的重視。對電線電纜的阻燃性提出了更高要求，很多重要場所要求電纜的阻燃等級達到A類。

交聯(lián)聚烯烴材料由于其優(yōu)異的電氣性能、機械物理性能且屬于無鹵材料，正逐步取代聚氯乙烯廣泛地用于各類電纜中。但是，交聯(lián)聚烯烴大多屬于易燃材料，要生產(chǎn)A類阻燃電纜難度較大，需要根據(jù)不同類型的電纜從產(chǎn)品結構、材料選用等方面綜合考慮才能使電纜達到A類阻燃要求。

1 阻燃試驗標準

我國電纜A類阻燃試驗采用GB/T 18380.33—2008(等同采用IEC 60332-3-22:2000)，要求電纜安裝在試驗鋼梯上，試樣含非金屬材料的總體積為7 L/m，供火時間為40 min。至少有一根導體截面超過35 mm2的電纜間隔安裝在標準鋼梯(試樣最大寬度300 mm)或寬型鋼梯上(試樣最大寬度600 mm)。導體截面均不超過35 mm2的電纜接觸安裝在標準鋼梯上，可以多層排列。合格判斷標準為:無論是在鋼梯的前面還是后面，測得的試樣最大碳化高度從噴火位置起不超過2.5 m。

2 影響電纜阻燃性能的因素

2.1 電纜結構

不同電纜產(chǎn)品有不同的結構，電纜的結構包括:導體、導體包帶、絕緣層、屏蔽層、填充、纜芯包帶、內(nèi)護層、鎧裝層、外護套。通常電纜的品種決定了電纜的主要結構，不同的電纜結構阻燃性能不同。在其他結構和材料相同的情況下鎧裝電纜阻燃性比非鎧裝好;屏蔽電纜的阻燃性比非屏蔽好;分屏蔽加總屏蔽的阻燃性能比單層屏蔽好等等。相同的電纜品種有些結構是可以選擇的，如導體采用圓形還是異形;絕緣采用單層擠出還是雙層擠出;非鎧裝電纜是否增加內(nèi)護層;纜芯采用填充繩、填充條填充還是擠壓填充;導體包帶和纜芯包帶采用單層還是多層等。圖1為阻燃電纜結構圖。

電纜中非金屬體積占比較大的結構為絕緣層、填充層、內(nèi)護層和外護層。絕緣層和外護層材料不僅要考慮阻燃性能，更重要的是要滿足有關標準中電氣性能和物理機械性能要求。因此，應主要從填充層和內(nèi)護層來提高電纜的阻燃性能。

圖1 阻燃電纜結構圖

2.2 非金屬材料綜合氧指數(shù)

氧指數(shù)(OI)是指在規(guī)定的條件下，材料在氧氮混合氣流中進行有焰燃燒所需的最低氧濃度，以氧所占的體積百分數(shù)的數(shù)值來表示。氧指數(shù)高表示材料不易燃燒，一般認為氧指數(shù)＜22屬于易燃材料，氧指數(shù)在22～27之間屬可燃材料，氧指數(shù)＞27屬難燃材料。電纜中通常還有多種非金屬材料，其氧指數(shù)的大小、單位長度所占的比例及在電纜中的位置都對電纜的阻燃性能有影響，可以用綜合氧指數(shù)來衡量。

2.3 外護層阻燃材料的附著性

低煙無鹵阻燃材料為了提高氧指數(shù)通常加入大量的氫氧化鋁或氫氧化鎂等無機填料，這些填料受熱分解，結合力大大降低，燃燒時很容易掉落，測出的氧指數(shù)存在“虛高”。與阻燃聚氯乙烯相比，相同的氧指數(shù)，在電纜上的阻燃性能相差較大。GB/T 18380.33—2008規(guī)定35 mm2及以上電纜成束燃燒要間隙排列，在燃燒過程中低煙無鹵阻燃外護套很容易掉落，因此，存在著相同結構相同材料生產(chǎn)的低煙無鹵阻燃電纜35 mm2以下A類燃燒合格，而35 mm2及以上不合格的情況。

2.1 不同惡性腫瘤疾病組血漿Hsp90α表達水平比較 各惡性腫瘤疾病組血漿Hsp90α表達水平均明顯高于健康對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見圖1。

2.4 發(fā)熱值及熱效率

垂直安裝的成束電纜在燃燒開始的幾分鐘，爐體溫度提高主要是靠供火燃料燃燒產(chǎn)生的熱量。電纜燃燒后，非金屬材料燃燒產(chǎn)生大量燃燒熱，使爐體內(nèi)部溫度上升。熱量有一部分被電纜吸收，一部分通過輻射、煙、粉塵排走。非金屬材料的發(fā)熱值及燃燒的熱效率使爐體內(nèi)溫度升高。隨著電纜往上燃燒，爐體溫度的上升主要靠電纜本身的延燃產(chǎn)生的熱量，當電纜吸收的熱量大于電纜中易燃材料的燃點時，電纜就會繼續(xù)延燃。

噴燈停止供火后，爐體測溫點溫度如果繼續(xù)上升，或下降幾分鐘后又上升，說明電纜在繼續(xù)燃燒，通常試驗結果不合格。如果噴燈停止供火后爐體測溫點溫度開始下降，或爐體最高溫度在150℃以下，通常燃燒結果為合格。爐體溫度變化趨勢見圖2，A、B樣品燃燒合格:C、D樣品燃燒不合格。

圖2 爐體溫度變化趨勢

2.5 易燃材料與難燃材料比例

絕緣材料可采用硅烷交聯(lián)聚乙烯、過氧化物交聯(lián)聚乙烯和輻照交聯(lián)聚烯烴。通常硅烷交聯(lián)和過氧化物交聯(lián)用聚乙烯都為易燃材料，輻照交聯(lián)可生產(chǎn)阻燃型交聯(lián)聚烯烴。阻燃型輻照交聯(lián)聚烯烴材料對提高電纜阻燃性很有幫助，但絕緣電阻較低且受設備限制，影響其廣泛使用。在低壓電纜中用量較多的是硅烷交聯(lián)聚乙烯。

電纜中易燃材料與難燃材料的比例影響電纜的阻燃性能，不同類型、不同規(guī)格的A類阻燃電纜要求的難燃材料與易燃材料的體積比有所不同。

3 材料燃燒特性指標

電纜常用的非金屬材料主要有:交聯(lián)聚乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、低煙無鹵阻燃聚烯烴、巖棉繩、玻璃纖維繩、聚丙烯繩、隔氧帶、玻璃纖維帶、無紡布、聚酯帶等。衡量材料燃燒特性的指標有:氧指數(shù)、燃點、比熱容、燃燒熱、分解溫度等。

燃點是指將物質在空氣中加熱時，開始并繼續(xù)燃燒的最低溫度。比熱容是指1 g物質溫度升高1℃時，所吸引的熱量。燃燒熱是指在101 kPa時，1 mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，燃燒熱是維持物質燃燒的重要因素。分解溫度是指聚合物隨著溫度升高，分子鏈明顯降解時的溫度。

4 A類阻燃電纜結構設計

(1)導體。為了減小電纜外徑，提高電纜的圓整度，多芯低壓電力電纜的導體通常采用異形結構(扇形、瓦形、半圓形等)。異形結構與圓形結構相比，阻燃填充材料用量大大減少，通過填充來提高電纜的阻燃性受到限制。

(2)導體包帶。導體包帶在電纜中占比很少，通常不會對電纜的阻燃性能產(chǎn)生影響，除單芯電纜外，可以不考慮導體包帶的阻燃性。

(3)絕緣。絕緣材料有交聯(lián)聚乙烯(硅烷交聯(lián)、過氧化物交聯(lián)、輻照交聯(lián))和阻燃交聯(lián)聚烯烴(輻照交聯(lián))。低壓電力電纜用量最大的是硅烷交聯(lián)聚乙烯，中壓交聯(lián)電纜采用過氧化物交聯(lián)聚乙烯，這兩種都屬于易燃材料。輻照交聯(lián)阻燃聚烯烴料氧指數(shù)可以做到40以上，但20℃絕緣電阻常數(shù)很難達到1013Ω·m，用在電力電纜上通常要采用雙層擠出，內(nèi)層用非阻燃交聯(lián)聚乙烯，這樣可兼顧絕緣的電氣性能和阻燃性能。如果絕緣有阻燃，電纜通過A類燃燒比較容易。若絕緣為非阻燃的硅烷交聯(lián)聚乙烯或過氧化物交聯(lián)聚乙烯，要達到A類阻燃需增加高氧指數(shù)的低煙無鹵阻燃內(nèi)護套，同時導體采用圓形結構等措施。

(4)填充。常用的填充材料有玻璃纖維繩、巖棉繩、聚丙烯繩、發(fā)泡填充條、隔氧層、棉紗、麻繩、麻膠等。生產(chǎn)A類阻燃電纜要求使用玻璃纖維繩、巖棉繩或隔氧層填充。

(5)屏蔽。金屬屏蔽結構有分屏蔽和總屏蔽，使用的材料有銅絲、銅帶、鋁塑復合帶、銅合金絲、銅合金帶等。電纜中含金屬屏蔽會較大程度提高電纜的阻燃性，雙屏蔽計算機電纜、控制電纜阻燃性達到A類可適當簡化護套結構。

(6)鎧裝。鎧裝材料主要有鍍鋅鋼絲、鍍鋅鋼帶、非磁性金屬材料等。鎧裝層可起到隔火和導熱作用，通常有鎧裝電纜更容易通過阻燃試驗。低煙無鹵阻燃電纜鎧裝層外需加包一層隔氧帶，一方面可以提高電纜的阻燃性，另一方面可減少護套開裂的幾率。

(7)內(nèi)護套。內(nèi)護套常用材料有聚乙烯、聚氯乙烯、阻燃聚氯乙烯、低煙無鹵阻燃聚烯烴等。A類阻燃電纜要求采用氧指數(shù)達到45的低煙無鹵高阻燃聚烯烴。對非鎧裝電纜也要加內(nèi)護套，并在內(nèi)護套外重疊繞包多層隔氧帶。

(8)外護套。外護套材料的阻燃性對整根電纜的阻燃最重要，但是電纜外護套不僅要阻燃性能好，還要滿足標準要求的物理機械性能和電氣性能。

5 A類阻燃電纜材料選用

(1)阻燃低壓電力電纜

A類阻燃低壓電力電纜非金屬材料選用見表1。

(2)阻燃控制電纜和阻燃計算機電纜

A類阻燃控制電纜、阻燃計算機電纜非金屬材料選用見表2。

表1 低壓電力電纜非金屬材料選用

表2 阻燃控制電纜、阻燃計算機電纜非金屬材料選用

6 結束語

影響阻燃性能的因素很多，如材料、結構、規(guī)格、試驗條件等，電纜工藝應根據(jù)具體情況制定。

(1)阻燃絕緣、阻燃填充繞包、阻燃護套電纜，容易通過A類成束燃燒試驗。

(2)若絕緣為易燃的XLPE，要達到A類阻燃推薦采用圓形導體、阻燃填充繞包、雙阻燃護套結構。

(3)PVC護套A類阻燃電纜，可以采用圓形或異形導體、阻燃填充繞包、低煙無鹵高阻燃內(nèi)護套、阻燃PVC外護套結構。

(4)雙屏蔽計算機電纜，一層阻燃護套即可通過A類成束燃燒試驗。無屏蔽(鎧裝)或只有一層屏蔽(鎧裝)推薦采用雙層阻燃護套。

(5)間隙排列的電纜，其低煙無鹵阻燃聚烯烴護套在燃燒過程中易脫落，會影響電纜通過A類阻燃試驗。

(6)采用阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣的電纜，應驗證絕緣電阻常數(shù)和體積電阻率是否能達到相關標準要求。

［1］GB/T 18380.33—2008電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗第33部分:垂直安裝的成束電線電纜火焰垂直蔓延試驗A類［S］.