宋溢民

摘要：電線電纜的生產(chǎn)原料通常采用聚氯乙烯，然而其可燃性常導(dǎo)致電氣火災(zāi)發(fā)生。文中通過(guò)分析低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜材料的特性、生產(chǎn)工藝的控制要點(diǎn)以及低煙性能試驗(yàn)，得出通過(guò)適當(dāng)減小電線電纜的外徑既可以節(jié)約生產(chǎn)成本，又可以提高低煙性能，減少電線電纜燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙霧，從而減小火災(zāi)時(shí)引起的危害。

關(guān)鍵詞：電線電纜;聚烯烴;低煙性能

An Analysis of Factors Affecting Low-smoke Performance of Wire and Cable

SONG Yi-Min

（Fujian Inspection and Research Institute Product Quality，F(xiàn)uzhou 350015，F(xiàn)ujian，China）

Abstract： The raw material for the production of wires and cables is usually polyvinyl chloride， but its flammability often leads to electrical fires. This article analyzes the characteristics of low-smoke halogen-free flame-retardant polyolefin cable materials， the control points of the production process， and the low-smoke performance test， and concludes that by appropriately reducing the outer diameter of the wire and cable can not only save production costs， but also improve low-smoke performance， reducing the smoke produced when the wire and cable burn， thereby reducing the hazards caused by the fire.

Key Words： Wire and cable;Polyolefin;Low smoke performance

1 研究低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜的

意義

目前，電線電纜的生產(chǎn)原料通常采用聚氯乙烯，雖然常規(guī)的聚氯乙烯電纜擁有較好的電氣、機(jī)械和加工性能，但是聚氯乙烯電纜料的可燃性導(dǎo)致了很多電氣火災(zāi)的發(fā)生，造成的財(cái)產(chǎn)損失位居近十年來(lái)各類火災(zāi)原因之首。按照2021年我國(guó)應(yīng)急管理部消防救援局的統(tǒng)計(jì)，在2020年各類原因引發(fā)的火災(zāi)中，由電氣原因引發(fā)的較大火災(zāi)占總數(shù)的55.4%。從電氣火災(zāi)的分類看，其中由電線電纜引發(fā)的問(wèn)題占68.9%。由此可以看出，電線電纜著火是電氣火災(zāi)最主要的原因，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，電線電纜會(huì)因燃燒而產(chǎn)生大量的有機(jī)濃煙，濃煙使被困人員的視野受阻，難以逃離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。同時(shí)還會(huì)釋放出大量有毒氣體使被困人員吸入后中毒窒息死亡。這種潛藏的“二次危害”比直接燃燒更具危險(xiǎn)性[1]。因此，該如何降低電線電纜引發(fā)火災(zāi)的可能性及其引發(fā)火災(zāi)后的危害性，做到電線電纜低煙、阻燃的安全環(huán)保效果，已成為電線電纜行業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)之一。

在經(jīng)歷2017年西安地鐵三號(hào)線“陜西奧凱電纜事件”的發(fā)酵后，各行各業(yè)對(duì)電線電纜的安全意識(shí)達(dá)到前所未有的水平，同時(shí)作為影響電線電纜安全性的重要組成部分——低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料成為人們的關(guān)注點(diǎn)：不僅電線電纜材料要符合行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求，在其成纜之后還要保證成品電纜的各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。這就要求在低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜材料的設(shè)計(jì)過(guò)程中不但要考慮電纜材料自身的機(jī)械特性，而且要對(duì)在電纜材料生產(chǎn)制造流程中的各項(xiàng)影響因素、電纜實(shí)際燃燒中的各項(xiàng)性能要求都應(yīng)加以考慮。文中結(jié)合筆者在工作中的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜材料的特性、擠出工藝的控制要點(diǎn)以及低煙性能的試驗(yàn)測(cè)試等進(jìn)行研究。

2 低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料的特性

在研究阻燃電線電纜初期，雖然通過(guò)添加鹵素類阻燃劑起到了不錯(cuò)的阻燃效果，但是由于此類電纜在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧以及危害性氣體，因此在很多場(chǎng)合被限制使用。然而，采用低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料的電線電纜在燃燒狀態(tài)下不但呈現(xiàn)出良好的阻燃性能還呈現(xiàn)出低煙性和低危害性。其中低煙性能是依據(jù)電線電纜燃燒時(shí)所檢測(cè)的最小透光率來(lái)判定，與電線電纜所用的材料以及生產(chǎn)制造工藝密切相關(guān)。目前，國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用較多的新型低煙無(wú)鹵阻燃電纜料通常會(huì)添加一些水合金屬氧化物。水合金屬氧化物在電線電纜燃燒時(shí)會(huì)吸熱脫水，從而分解出結(jié)晶水，通過(guò)脫水過(guò)程吸收大量熱量，以此來(lái)降低電纜料的溫度限制其燃燒;另外，其分解過(guò)程中生成的結(jié)晶水受熱蒸發(fā)形成水蒸氣既稀釋了有害氣體，又起到了阻燃作用。此外通過(guò)添加磷系阻燃劑也可以起到較好的效果，它不但可以通過(guò)隔絕空氣來(lái)抑制燃燒后的殘余物從而起到良好的阻燃效果，而且其具有良好的增塑功能可以使電纜料成型時(shí)的流動(dòng)性、加工性變得更好[2]。

盡管低煙無(wú)鹵阻燃電線電纜已經(jīng)被研發(fā)并生產(chǎn)制造多年，但是目前依舊只采用在一些比較特殊的場(chǎng)所，無(wú)法得到廣泛使用。其主要原因是這種電纜材料加工制造難度大而且價(jià)格昂貴，僅原材料的價(jià)格就是普通聚氯乙烯電纜的數(shù)倍。因此在保障電線電纜各項(xiàng)性能符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，如何改良生產(chǎn)工藝、降低原材料成本，使更多的場(chǎng)所可以推廣使用此類電線電纜具有重大的意義。

3 低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜的生產(chǎn)工藝

相較于常見(jiàn)的聚氯乙烯電線電纜原料，低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜料中由于添加了無(wú)鹵阻燃劑，導(dǎo)致其熱敏性增強(qiáng)，在電纜生產(chǎn)擠出時(shí)對(duì)溫度的控制要求更加嚴(yán)苛;其流動(dòng)性減弱，容易滯留在螺桿上，長(zhǎng)時(shí)間受熱易分解產(chǎn)生不良物質(zhì)，致使最終電纜內(nèi)部生成小氣泡，電纜表面出現(xiàn)焦燒顆粒。因此，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的參數(shù)以及生產(chǎn)工藝的把控要求更加嚴(yán)格[3]。

電線電纜的生產(chǎn)工藝控制主要包括溫度和螺桿的設(shè)置。不同的低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜料擠出的最佳溫度范圍不同，且該范圍很小。實(shí)際生產(chǎn)中可先試生產(chǎn)一小段，進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，如果生成氣孔應(yīng)降低溫度，如果表面粗糙應(yīng)增高溫度。為了更好地控制生產(chǎn)擠塑時(shí)各階段的溫度，電纜擠出過(guò)程中應(yīng)設(shè)有冷卻裝置。可采用分段冷卻，即通過(guò)先熱水冷卻，再自然冷卻，最后冷水冷卻的方式，來(lái)釋放擠出過(guò)程中螺桿和材料之間產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，避免開(kāi)裂等缺陷的產(chǎn)生。此外，螺桿的轉(zhuǎn)速也是一個(gè)關(guān)鍵的影響因素。一般來(lái)說(shuō)，低煙無(wú)鹵阻燃電線電纜擠出時(shí)的螺桿速度相較于普通聚氯乙烯電纜料擠出時(shí)的螺桿速度要慢很多，這是因?yàn)槁輻U速度越快，內(nèi)部應(yīng)力越強(qiáng)溫度升高越明顯，易產(chǎn)生氣孔缺陷，同時(shí)材料的黏度也會(huì)增大，增加擠塑設(shè)備的負(fù)荷，易使設(shè)備發(fā)生故障減少使用壽命。因此，生產(chǎn)擠出時(shí)應(yīng)對(duì)螺桿速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，不能太快并且要保持電纜料勻速、平穩(wěn)地?cái)D出。

4 電纜低煙性能試驗(yàn)

去年我國(guó)發(fā)布了最新的電線電纜燃燒性能執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 19666-2019《阻燃和耐火電線電纜或光纜通則》，該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)低煙性能的要求如表1所示。

本次試驗(yàn)選用一捆WDZB-BYJ 450/750V 1×2.5（外徑3.7mm）的低煙無(wú)鹵阻燃交聯(lián)聚烯烴電線。根據(jù)表格公式可知根數(shù)N=（45/3/3.7）×7取整得28根。在該捆電纜上截取84根，每根長(zhǎng)約1米。分別在每根電纜段中間相互垂直的位置上進(jìn)行測(cè)量，取兩個(gè)測(cè)量值的平均值作為該電纜段的外徑值。（修約至小數(shù)點(diǎn)后兩位）如表2所示。

將表2中所得到的84個(gè)平均外徑值，從小到大依次排列，取排列后的第1～28根作為第一組（總平均外徑值3.66mm），第29～56根作為第二組（總平均外徑值3.71mm），第57～84組作為第三組（總平均外徑值3.76mm）。

另外選取一捆BYJ 450/750V 1×2.5（外徑3.70mm）的普通交聯(lián)聚烯烴電線作為本次試驗(yàn)的對(duì)照組，同樣截取28段作為第四組進(jìn)行試驗(yàn)。

將每組樣品制成4個(gè)電纜束。每一束由7根電纜絞合在一起構(gòu)成，絞合節(jié)距約為25倍外徑值，然后用線徑約為0.5mm的金屬線從中心部位開(kāi)始每隔100mm繞兩圈扎緊[4]，如圖1所示。

將樣品在環(huán)境溫度為25℃的條件下放置24小時(shí)后，配置標(biāo)準(zhǔn)火源（乙醇：90%;甲醇：4%;水：6%），使用福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院設(shè)備電纜燃燒煙密度光測(cè)系統(tǒng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)程序和要求進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果如圖2、表3所示。

從表3的前三組試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電線電纜燃燒煙密度試驗(yàn)的透光率最小值隨著樣品外徑的增大而減小。即適當(dāng)?shù)販p小電線電纜的外徑值可減少電線電纜在燃燒時(shí)的發(fā)煙量，提高低煙性能。另外，第四組實(shí)驗(yàn)中因試驗(yàn)樣品并非是使用低煙無(wú)鹵阻燃材料的電線電纜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的透光率最小值僅有14.01%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電線電纜。

5 結(jié)語(yǔ)

從上個(gè)世紀(jì)八十年代起，全球各個(gè)國(guó)家都陸續(xù)開(kāi)始進(jìn)行低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料和電線電纜的研發(fā)與生產(chǎn)制造。然而在近年來(lái)發(fā)生的重大火災(zāi)中，電線電纜的燃燒依舊引起了巨大危害。生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)安全責(zé)任意識(shí)，在生產(chǎn)低煙無(wú)鹵阻燃電線電纜時(shí)應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)電纜材料的采購(gòu)渠道，嚴(yán)格控制生產(chǎn)擠出工藝。通過(guò)文中可以得出，在保證電線電纜結(jié)構(gòu)尺寸符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，適當(dāng)?shù)販p小電線電纜的外徑既可以節(jié)約生產(chǎn)成本，又可以提高低煙性能，在一定程度上減少電線電纜燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙霧，進(jìn)而減小火災(zāi)時(shí)引起的危害。

參考文獻(xiàn)

[1]葉文，陳濤，胡爽，等.無(wú)鹵膨脹型阻燃電纜料的研究進(jìn)展[J].塑料助劑.2015（11）： 11-17.

[2]劉玲.LLDPE/LDPE/（E/VAC）/Mg（OH）2無(wú)鹵阻燃電纜料的研制[J].工程塑料應(yīng)用，2002，30（4）：15-18.

[3]陳鳳霞.低煙無(wú)鹵阻燃電纜的工藝特點(diǎn)[J].智能建筑與城市信息，2010（4）：43-45.

[4]電纜或光纜在特定條件下燃燒的煙密度測(cè)定第2部分：試驗(yàn)程序和要求：GB/T 17651.2-2021[S].