蘇甫才

（申環(huán)電纜科技有限公司，江蘇宜興214251）

一種消防安全用防火電纜的研制

蘇甫才

（申環(huán)電纜科技有限公司，江蘇宜興214251）

介紹了一種新材料和工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的防火電纜，耐火性能能夠到達(dá)BS 63S7標(biāo)準(zhǔn)的C、W、Z的最高級(jí)別，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本較低、安裝敷設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)。

防火；耐火；低煙；無鹵；阻燃

0 引 言

電線電纜既可輸配電能、傳遞信息，又是易引起火災(zāi)的“導(dǎo)火線”。普通的電纜在實(shí)際發(fā)生火災(zāi)時(shí)一旦被燃燒就無法保障通電，許多重要場(chǎng)合萬一發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員疏散、通道的照明、防火報(bào)警裝置、自動(dòng)消防設(shè)施及其它應(yīng)急設(shè)備都要求電纜在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能保持在規(guī)定時(shí)間內(nèi)正常通電，因此，人們對(duì)防火電纜的需求越來越大。目前，市場(chǎng)上主要有剛性和柔性兩種防火電纜（如圖1所示），其主要區(qū)別是：剛性的是以氧化鎂作為絕緣的銅芯銅護(hù)套礦物絕緣電纜；柔性的是以云母帶作為絕緣的銅芯軋紋銅護(hù)套防火電纜。這兩種結(jié)構(gòu)的電纜都需要在專用的設(shè)備上進(jìn)行生產(chǎn)，設(shè)備投資較大，電纜加工工藝較復(fù)雜，且絕緣易受潮，施工、安裝不方便。

本文介紹了一種安裝敷設(shè)方便、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本較低的新型防火電纜，該電纜可以廣泛用于機(jī)場(chǎng)、賓館、體育場(chǎng)館、圖書館、高層建筑和古建筑等對(duì)防火、安全性能要求較高的場(chǎng)所。

1 電纜設(shè)計(jì)

1.1結(jié)構(gòu)介紹

圖1所示的剛性和柔性防火電纜的結(jié)構(gòu)都是以銅作為護(hù)套來達(dá)到防火的目的，剛性防火電纜采用氧化鎂作為絕緣，柔性防火電纜采用的是云母帶作為絕緣，兩種絕緣材料都具有耐高溫性能，能夠保證在1 000℃情況下線纜的完整性。所謂柔性防火電纜，其柔軟性也是相對(duì)于剛性而言，即采用焊接軋紋工藝的銅護(hù)套防火電纜的柔軟性比采用拉拔工藝的銅護(hù)套防火電纜要好。這兩種結(jié)構(gòu)的防火電纜雖然有很好的防火性能，但是成本較高，且柔軟性較差，包裝運(yùn)輸和施工安裝不方便。

圖1　剛性和柔性防火電纜結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為一種全新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的防火電纜，它采用了一種新型材料——陶瓷化硅橡膠來取代傳統(tǒng)的銅護(hù)套作為防火擋火層。在耐火絕緣層外面設(shè)計(jì)了分色保護(hù)層，這樣不僅易于線芯識(shí)別，同時(shí)也提高了電纜正常情況下的絕緣性能，解決了礦物絕緣易吸潮和處理不好時(shí)絕緣電阻偏低的問題。

電纜的導(dǎo)體設(shè)計(jì)采用符合GB/T 3956的第1種或第2種鍍金屬層或不鍍金屬層退火銅導(dǎo)體，或者第5種裸銅導(dǎo)體或鍍金屬層退火銅導(dǎo)體。絕緣層設(shè)計(jì)采用電性能好、性能穩(wěn)定的具有耐高溫1 200℃的合成云母帶作為絕緣層，絕緣層外擠包交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣作為分色保護(hù)層，使該防火電纜具有良好的電性能和線芯結(jié)構(gòu)的通用性；填充材料采用具有阻燃、耐高溫的無堿玻璃纖維繩進(jìn)行填充。成纜包帶采用低煙無鹵帶或無堿玻璃纖維帶進(jìn)行扎緊，纜芯外設(shè)計(jì)保護(hù)絕緣的綜合防護(hù)層，由陶瓷化硅橡膠材料和低煙無鹵帶或無堿玻璃纖維帶組成；外護(hù)套采用高阻燃的低煙無鹵護(hù)套材料。

圖2　一種消防安全用電力電纜結(jié)構(gòu)示意圖

1.2耐火機(jī)理

陶瓷化防火耐火復(fù)合帶是由陶瓷化防火耐火硅橡膠和耐高溫玻纖布?jí)貉訌?fù)合而成，在350℃及以上火焰或無焰條件下開始變硬，最高可達(dá)3 000℃，隨著溫度升高，迅速被燒成陶瓷狀堅(jiān)硬的、完整殼體，燒焰時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越高，越堅(jiān)硬，燃燒后的堅(jiān)硬的殼體鎧裝對(duì)線路起到很好的保護(hù)作用，從而保證線路在火災(zāi)情況下的通暢。

電纜纜芯外防護(hù)層由無堿玻璃纖維布帶+陶瓷化防火耐火復(fù)合帶+無堿玻璃纖維布帶繞包，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)夾心式的綜合防護(hù)層，保證了陶瓷化防火復(fù)合帶在燃燒時(shí)能夠形成堅(jiān)硬的殼體，解決了電纜在耐火加沖擊時(shí)，結(jié)殼的陶瓷層易震動(dòng)脫落的問題。電纜在高溫燃燒時(shí)，陶瓷化防火耐火復(fù)合帶外的保護(hù)層能夠起到固定作用，使其能夠保持經(jīng)過一定時(shí)間的高溫燃燒后形成的致密堅(jiān)硬殼體，起到阻擋火焰和隔熱的作用；內(nèi)層的玻璃纖維帶同樣能夠起到一定的耐溫、擋火和隔熱的作用，分色層在電纜燃燒過程中也起到一定的隔熱作用，使電纜最終的絕緣層處溫度較低，合成云母帶的絕緣穩(wěn)定性得到保障，從而保證了電纜線路在火災(zāi)情況下的長(zhǎng)時(shí)間暢通，達(dá)到長(zhǎng)期耐火、防火的目的。

另外，外護(hù)套采用高阻燃的低煙無鹵阻燃聚烯烴材料，在電纜正常運(yùn)行時(shí)能夠保護(hù)電纜，不受外界機(jī)械力損傷。在燃燒的環(huán)境下，低煙無鹵阻燃聚烯烴材料迅速膨脹，形成致密的多孔碳層，燃燒時(shí)護(hù)套中的阻燃劑發(fā)生分解，吸收燃燒物表面熱量起到阻燃作用；同時(shí)阻燃劑釋放出大量水分稀釋可燃物表面的氧氣，分解生成的活性氧化鎂附著于可燃物表面，又進(jìn)一步阻止了燃燒的進(jìn)行，起到電纜阻燃作用。

1.3制造工藝

該電纜生產(chǎn)工藝流程為：拉絲（退火）→絞合（緊壓）→繞包合成云母帶→擠包XLPE絕緣分色→硫化→成纜（防火填充、低煙無鹵帶或玻纖帶繞包）→綜合防護(hù)層→擠包低煙無鹵外護(hù)套→成品檢測(cè)→合格包裝入庫。

按照上述工藝流程試制了1#和2#兩根樣品，其主要的情況如下：

（1）導(dǎo)體。銅單絲采用無氧銅桿在13模連續(xù)退火銅大拉機(jī)LHD-450/13上拉制，退火工藝采用連拉連退的方式。通過加強(qiáng)工藝控制，銅單絲的質(zhì)量情況較好，實(shí)測(cè)20℃時(shí)導(dǎo)體單絲體積電阻率均在0.017 100Ω·mm2/m以下。試制樣品導(dǎo)體采用第2種不鍍金屬層的緊壓圓形退火銅導(dǎo)體，在JGGB630/ 1+6管絞機(jī)上絞制，通過良好的工藝控制，絞合后的導(dǎo)體表面光潔、節(jié)距均勻，無跳濱、斷線、無油污、氧化，圓整度良好，緊壓后的導(dǎo)體外徑及直流電阻符合GB/T 3956標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）絕緣。絕緣層采用厚0.17 mm的雙面合成云母帶重疊繞包，云母帶繞包層數(shù)為2層，重疊率為帶寬的（50±5）％，繞包平整服帖；絕緣層繞包在JGGB630/1+6管絞機(jī)上一次性完成，分色層采用XLPE絕緣擠包工藝，在SJ-φ70/25擠塑機(jī)上生產(chǎn)；擠包厚度滿足GB/T 12706.1—200S標(biāo)準(zhǔn)要求，半成品表面光潔，未出現(xiàn)塑化不良的僵塊及影響產(chǎn)品質(zhì)量的雜質(zhì)等。

（3）成纜。在JC-1250/1+6搖籃式成纜機(jī)上進(jìn)行成纜，該成纜機(jī)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)退扭，成纜節(jié)徑比控制在不大于33。成纜時(shí)采用高阻燃、防火無堿玻璃纖維繩填充，纜芯外繞包無堿玻璃纖維帶進(jìn)行扎緊。1#樣品的耐火防護(hù)層采用陶瓷化防火耐火復(fù)合帶以50％的重疊率進(jìn)行重疊繞包；2#樣品的耐火防護(hù)層采用陶瓷化防火耐火復(fù)合帶+無堿玻璃纖維帶的夾心耐火層，均以50％的重疊率進(jìn)行重疊繞包，繞包平整服帖，無漏包現(xiàn)象。

（4）護(hù)套。外護(hù)套的擠包在φ70擠塑機(jī)上進(jìn)行，采用橙色高阻燃低煙無鹵阻燃護(hù)套料，外護(hù)套厚度標(biāo)稱值與相同規(guī)格的YJV-0.6/1 kV電力電纜要求相同，護(hù)套表面光潔，連續(xù)，無雜質(zhì)、油污、擦傷等缺陷。

2 性能測(cè)試

試制的1#和2#樣品按照GB/T 19666和GB 12666.6標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行耐火性能檢測(cè)，兩個(gè)樣品均通過試驗(yàn)；按最高耐火等級(jí)BS 63S7標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)格的C、W、Z項(xiàng)進(jìn)行試驗(yàn)，1#樣品未通過、2#樣品通過。這兩種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的耐火性能試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果見表1。

表1　耐火性能試驗(yàn)對(duì)比

2.1單純防火試驗(yàn)C級(jí)

在成品電纜上任意取長(zhǎng)度不小于1 200 mm的試樣，兩頭各剝?nèi)?00 mm的護(hù)套和外覆蓋層后，置于電纜支架上。試樣的所有線芯均通有1 000 V額定的試驗(yàn)電壓，最大泄漏電流為3 A。在強(qiáng)制通風(fēng)的情況下，使丙烷氣體在不小于500 mm的帶狀燃燒器上產(chǎn)生一排與電纜平行，并距離電纜下部表面75 mm處，火焰溫度為（950±40）℃的火焰，持續(xù)供火3 h。要求在試驗(yàn)期間，不發(fā)生保險(xiǎn)絲燒壞或指示燈熄滅現(xiàn)象。

2.2防火防水試驗(yàn)W級(jí)

在成品電纜上任意取長(zhǎng)度不小于1 500 mm的試樣，兩頭各剝?nèi)?00 mm的護(hù)套和外覆蓋層后，置于電纜支架上。試樣的所有芯線均通有1 000 V額定的試驗(yàn)電壓，最大泄露電流為3 A。在有強(qiáng)制通風(fēng)的情況下，使丙烷氣體在不小于400 mm的帶狀燃燒器上產(chǎn)生一排與電纜平行，火焰溫度為（650± 40）℃的火焰，持續(xù)供火30min，期間前15min為單純?nèi)紵?，?5 min為燃燒和灑水同時(shí)進(jìn)行。灑水器噴頭固定在試驗(yàn)框架上，位置處于燃燒器的中心附近，水壓控制在250～350 kPa之間，水流量控制在每平方米每秒0.25～0.30 L之間。要求在試驗(yàn)期間，不發(fā)生保險(xiǎn)絲燒壞或指示燈熄滅現(xiàn)象。

2.3防火耐沖擊試驗(yàn)Z級(jí)

在成品電纜上任意取長(zhǎng)度不小于1 200 mm的試樣，兩頭各剝?nèi)?00 mm的護(hù)套和外覆蓋層后，彎成“Z”字型，每一彎曲段的直徑大約為6D，壁式安裝于電纜支架上，試樣的所有芯線均通有1 000 V額定的試驗(yàn)電壓，最大泄露電流為3 A。沖擊裝置由一根直徑25 mm±5％、長(zhǎng)600 mm±5％的低碳鋼圓棒構(gòu)成，它可以自由圍繞與壁面平行的軸線旋轉(zhuǎn)。該壁面與板壁的上緣處于同一水平面上，前者離后者約200 mm，長(zhǎng)的一段用來沖擊板壁，鋼板每隔（30±2）s以60°的角度自由落下，以其自身重量沖擊位于中點(diǎn)的板壁頂部。在有強(qiáng)制通風(fēng)的情況下，使丙烷氣體在不小于500 mm的帶狀燃燒器上產(chǎn)生一排與電纜平行，燃燒器中心應(yīng)與電纜試樣的垂直段成一直線，火焰溫度為（950±40）℃的火焰，持續(xù)供火15 min。要求在試驗(yàn)期間，不發(fā)生保險(xiǎn)絲燒壞或指示燈熄滅現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)試制的樣品中1#樣品在進(jìn)行BS 63S7防火耐沖擊試驗(yàn)Z級(jí)時(shí)未通過，其主要原因是1#樣品的陶瓷化防火耐火復(fù)合帶材料不能夠結(jié)殼形成防護(hù)層，試驗(yàn)燃燒時(shí)還沒有完全結(jié)殼的陶瓷化硅橡膠材料在震動(dòng)過程中成粉狀物脫落。

本文通過對(duì)新型材料的應(yīng)用和電纜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，研制出了一種低煙無鹵具有高耐火特性的消防安全用防火電纜。該結(jié)構(gòu)電纜的生產(chǎn)無需新增生產(chǎn)設(shè)備投資，利用工廠現(xiàn)有力纜的生產(chǎn)設(shè)備即可生產(chǎn)。另外，該產(chǎn)品半成品線芯的生產(chǎn)通用性強(qiáng)，與常規(guī)耐火力纜線芯可以互相替代，從而減少了產(chǎn)品生產(chǎn)的半制品備庫量，節(jié)約資金。該類結(jié)構(gòu)產(chǎn)品已經(jīng)取得了國(guó)家專利和國(guó)家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心及國(guó)家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的第三方檢測(cè)報(bào)告，產(chǎn)品的防火安全等級(jí)高，具有良好的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ GB/T 19666—2005 阻燃和耐火電線電纜通則［8］.

［2］ GB 12666—1990 電線電纜燃燒試驗(yàn)方法［8］.

［3］ BS 63S7：1994 Performance requirements for cables required to maintain circuit integrity under fire conditions［8］.

［4］ 戴志峰，蘇甫才，段 勇.一種消防安全用電力電纜［P］.中國(guó)專利：201420139904.S，2014-0S-13.

Development of the Fire Retardant Cable for Fire Safety

SU Fu-cai
（Shen Huan Cable Technology Co.，Ltd.，Yixing 214251，China）

This article introduces a new material and new technology fire resistant cable，whose fire resistance characteristics can reach the highest levels of BS 63S7，C，W and Z.This kind of fire resistant cable has the advantages of simple production process，low cost and easy installation.

fire；fire resistance；low smoke；halogen free；flame retardance

TM246

B

1672-6901（2015）02-0012-03

2014-09-16

蘇甫才（19S2-），男，工程師.

作者地址：江蘇宜興市官林鎮(zhèn)新宜金公路北側(cè)（興都路西）［214251］.