絕緣材料氧指數(shù)與成束阻燃特性的關(guān)系研究

童李霞，王海萍

（江西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測院，江西 南昌 330052）

如今，公共設(shè)施和居住工程發(fā)展迅速，高層建筑群越來越多，建筑物內(nèi)外裝飾和居室的電氣化使得傳輸電能的電線電纜遍布于整個建筑物，給人們的工作和生活帶來了極大的方便，尤其是聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃電纜已廣泛應(yīng)用到與普通消費(fèi)者直接接觸的家庭裝修、家用電器接線等場合，電線電纜阻燃性能的好壞也直接影響著使用和居住安全，所以電線電纜生產(chǎn)企業(yè)紛紛研發(fā)、生產(chǎn)阻燃產(chǎn)品，已取得很好的經(jīng)濟(jì)及社會效益[1]。阻燃電纜根本特性是在火災(zāi)情況下，電纜有可能被燒壞而不能正常使用，但可以阻止火勢的迅速蔓延，而聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃電纜的成束燃燒試驗經(jīng)常發(fā)生不合格現(xiàn)象，這就給人身和財產(chǎn)安全帶來很大的隱患。目前，電纜行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為絕緣材料的氧指數(shù)越高，產(chǎn)品的阻燃特性越好，很多企業(yè)在生產(chǎn)阻燃電線電纜選用原材料時也是要求絕緣材料的氧指數(shù)越高越好，很多原材料供應(yīng)商也一味追求絕緣材料的高氧指數(shù)性能。那么，氧指數(shù)值越小成束阻燃試驗炭化長度越大，氧指數(shù)值越大成束阻燃試驗炭化長度越小，這一經(jīng)驗規(guī)律是否真的可靠呢？

1 試驗方法概述

電線電纜種類繁多，生產(chǎn)工藝多樣，產(chǎn)品性能不同，但是性能好成本低是用戶的一致要求，包括阻燃性能。聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃電纜結(jié)構(gòu)簡單，只有導(dǎo)體和絕緣，其阻燃性能取決于絕緣材料性能，包括機(jī)械強(qiáng)度、介電強(qiáng)度、熱失重、熱穩(wěn)定、氧指數(shù)等。其中，氧指數(shù)是指在規(guī)定的試驗條件下，處于室溫下的材料在O2和N2混合氣體中剛好維持有焰燃燒時的最小氧濃度，以體積的百分率表示。氧指數(shù)高表示材料不易燃燒，氧指數(shù)低表示材料容易燃燒。所以理論上聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃電纜的阻燃性能很大程度上就取決于絕緣材料的氧指數(shù)值大小。

目前，已經(jīng)有針對電力電纜護(hù)套氧指數(shù)與電纜阻燃性能的相關(guān)研究，但沒有針對絕緣材料氧指數(shù)與聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃電纜的阻燃性能的研究?，F(xiàn)階段生產(chǎn)企業(yè)對于阻燃電纜原材料的選擇主要是考察材料的氧指數(shù)值。氧指數(shù)值高的材料生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有更好的阻燃效果，基本成為線纜行業(yè)內(nèi)的共識[2]。生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃電纜產(chǎn)品時，也是優(yōu)先考慮氧指數(shù)高的絕緣材料，認(rèn)為這樣才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。有些較大的生產(chǎn)企業(yè)也在用不同氧指數(shù)絕緣材料生產(chǎn)的電纜樣品進(jìn)行成束燃燒試驗，研究旨在建立兩者的關(guān)系，希望能夠幫助企業(yè)制定合適的原材料進(jìn)貨技術(shù)要求和規(guī)程，以便保證相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量，但是企業(yè)相關(guān)檢驗技術(shù)力量不強(qiáng)且各自為戰(zhàn)，暫沒有結(jié)論。同時聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃電纜的成束燃燒試驗合格率又不高，給消費(fèi)者人身財產(chǎn)安全留下了隱患，企業(yè)又不知如何改進(jìn)。況且聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃電纜需要的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝簡單，是大部分電線電纜生產(chǎn)企業(yè)都在生產(chǎn)的產(chǎn)品，一些小型企業(yè)和家庭作坊式生產(chǎn)企業(yè)主要生產(chǎn)該類產(chǎn)品，但該類產(chǎn)品既未納入工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證管理，也未納入CCC產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證目錄，這給產(chǎn)品質(zhì)量安全留下了隱患，同時中小型企業(yè)由于檢驗設(shè)備和人員能力等相對較薄弱，所以在聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃電纜產(chǎn)品的阻燃性能質(zhì)量控制效果方面讓人擔(dān)憂。

成束阻燃性能是使用者特別關(guān)心的一項電纜產(chǎn)品特性，采購方迫切希望驗證所購買的產(chǎn)品是否具備相應(yīng)的阻燃性能，但成束阻燃試驗費(fèi)用較高且需大量試驗樣品[2]。如果可以通過對材料性能的分析找到其與成束阻燃性能之間的關(guān)系，就可以為廣大的聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃電纜生產(chǎn)企業(yè)的絕緣材料采購提供幫助。所以我們采用歸納統(tǒng)計的方法，通過不同氧指數(shù)的絕緣材料生產(chǎn)的聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜按照GB/T 18380.35—2008《電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗 第35 部分：垂直安裝的成束電線電纜火焰垂直蔓延試驗C 類》進(jìn)行成束燃燒試驗，同時也對每個樣品的絕緣材料按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2406.1—2008《塑料用氧指數(shù)法測定燃燒行為 第1 部分：導(dǎo)則》和GB/T 2406.2——2009《塑料 用氧指數(shù)法測定燃燒行為 第2部分：室溫試驗》進(jìn)行氧指數(shù)試驗，希望找出絕緣材料的氧指數(shù)與該成品成束燃燒試驗結(jié)果之間的關(guān)系。如果絕緣材料的氧指數(shù)與聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜阻燃特性之間存在明顯的關(guān)系，那電線電纜企業(yè)可以根據(jù)絕緣材料的氧指數(shù)值進(jìn)行進(jìn)貨檢驗驗證，既可以精確控制產(chǎn)品的成本，又可保證產(chǎn)品質(zhì)量。

2 試驗過程及試驗數(shù)據(jù)

試驗總共采用27 批次樣品，均為聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜（ZC-BV 450/750V 1×4）[3]，樣品分別來自15 家生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)樣品所用的聚氯乙烯絕緣材料來自7 家企業(yè)，其氧指數(shù)值覆蓋了24.4%~32.0%。27 批次樣品的成束電纜燃燒試驗在同一臺成束電纜燃燒試驗系統(tǒng)設(shè)備上完成，制樣和試驗人員保持不變，試驗條件滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18380.35—2008《電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗 第35 部分：垂直安裝的成束電線電纜火焰垂直蔓延試驗C 類》要求，且空氣流量等設(shè)置保持相同，試驗時間也集中連續(xù)，試驗時環(huán)境的溫濕度等條件比較接近，保證了成束燃燒試驗結(jié)果的可比較性；絕緣材料氧指數(shù)檢驗按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2406.1—2008《塑料 用氧指數(shù)法測定燃燒行為 第1部分：導(dǎo)則》和GB/T 2406.2—2009《塑料 用氧指數(shù)法測定燃燒行為 第2 部分：室溫試驗》進(jìn)行，27 批次樣品的絕緣材料的氧指數(shù)試驗均在同一臺數(shù)顯氧指數(shù)測定儀上完成，制樣設(shè)備、人員和條件保持一致，試驗人員保持不變，試驗時間也集中連續(xù)，試驗時環(huán)境的溫濕度等條件比較接近，也保證了絕緣材料氧指數(shù)試驗結(jié)果的可比較性。

通過絕緣材料的氧指數(shù)試驗和對應(yīng)成品的成束燃燒試驗，推斷出絕緣材料氧指數(shù)值與聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜阻燃特性的關(guān)系。具體結(jié)果見表1和圖1。

表1 C 類成束燃燒及絕緣材料氧指數(shù)試驗結(jié)果

3 試驗數(shù)據(jù)分析

絕緣材料氧指數(shù)與試樣上碳化的長度距離噴嘴底邊向上的距離的關(guān)系（C 類成束燃燒試驗結(jié)果與該樣品絕緣材料的氧指數(shù)值的關(guān)系）如圖1 所示。圖1 中每個點代表一個試樣?？v坐標(biāo)為試樣進(jìn)行相應(yīng)類型成束燃燒試驗的最終炭化長度，橫坐標(biāo)為該試樣絕緣材料氧指數(shù)值測定結(jié)果。通過以上實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)絕緣材料的氧指數(shù)值小于26.0%時，用其生產(chǎn)的聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜在成束燃燒試驗中試樣上碳化的長度距離噴嘴底邊向上的距離較大，而且出現(xiàn)成束燃燒試驗不合格概率較大；當(dāng)絕緣材料的氧指數(shù)值大于等于26.0%且小于28.0%時，用其生產(chǎn)的聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜的成束燃燒試驗合格概率較大，但試樣上碳化的長度距離噴嘴底邊向上的距離數(shù)據(jù)波動較大，同時能看到隨著氧指數(shù)值增大，試樣上碳化的長度距離噴嘴底邊向上的距離變短，可以說阻燃性能變好了；當(dāng)絕緣材料的氧指數(shù)值大于等于28.0%時，用其生產(chǎn)的聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜的成束燃燒試驗合格概率很大，但是絕緣材料的氧指數(shù)值繼續(xù)增大對聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜在成束燃燒試驗中試樣上碳化的長度距離噴嘴底邊向上的距離卻無明顯改善，即阻燃性能無實質(zhì)提升。

圖1 絕緣材料氧指數(shù)與試樣上碳化的長度距離噴嘴底邊向上的距離的關(guān)系

同時，當(dāng)絕緣材料的氧指數(shù)值大于等于28.0%時，此次提供試驗樣品的大、中、小型電線電纜企業(yè)選用不同氧指數(shù)值的絕緣材料，在各自的設(shè)備環(huán)境生產(chǎn)條件下，按照各自的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出來的16 批次聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜的成束燃燒性能都合格，而且16 批次樣品成束燃燒試驗中試樣上碳化的長度距離噴嘴底邊向上的距離數(shù)據(jù)都很接近，可以認(rèn)為只要企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制到位，尤其是對絕緣材料進(jìn)貨檢驗及生產(chǎn)工藝控制到位，大、中、小型電線電纜企業(yè)生產(chǎn)的聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜產(chǎn)品的成束燃燒性能同樣優(yōu)異。

研究表明，絕緣材料的氧指數(shù)值與成束燃燒性能優(yōu)劣有一定的聯(lián)系，但是也并不完全是材料氧指數(shù)值越高阻燃效果越好，從聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜的試驗數(shù)據(jù)來看，當(dāng)材料氧指數(shù)值高過一定值后，其對阻燃效果的影響就基本可以忽略，所以長期以來我們認(rèn)為的那條“經(jīng)驗曲線”其實是不完全正確的，這個結(jié)果也提示相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)，完全以材料氧指數(shù)值作為阻燃產(chǎn)品的選材依據(jù)并不可靠。為了保證聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜產(chǎn)品的阻燃性能，建議企業(yè)選用氧指數(shù)值不低于28.0%的絕緣材料，但只要選用氧指數(shù)大于等于28.0%的絕緣材料即可，不需要一味要求更高氧指數(shù)的絕緣材料，如此可以降低企業(yè)的原材料成本，有助于企業(yè)產(chǎn)品競爭力的提升。

4 結(jié)論

對企業(yè)的建議：（1）原材料進(jìn)貨檢驗時，應(yīng)加強(qiáng)絕緣材料氧指數(shù)值的驗證；（2）合理考慮聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜的絕緣材料成本。

不足之處：（1）只選擇了ZC-BV 450/750V 1×4 一種型號規(guī)格的聚氯乙烯絕緣無護(hù)套阻燃C 類電纜，試驗數(shù)據(jù)和結(jié)論存在一定的局限性；（2）樣本數(shù)量有限，且僅涵蓋了江西省企業(yè)，只能反映江西省企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量情況。綜上，希望廣大原材料及電線電纜企業(yè)和檢驗檢測同行進(jìn)行更廣泛的數(shù)據(jù)驗證。