安全環(huán)保阻燃耐火防火電纜的制造工藝及材料的選用

據統(tǒng)計，電氣火災引起的火災約占全國火災總數的約三分之一，其中電線老化引起的火災占整個電氣火災的一半以上，這對電線電纜的防火安全提出了更高的要求。隨著科學技術的不斷進步和人們生活水平的要求不斷提高，特別是建筑物對安全和環(huán)保的要求越來越受到重視。電線電纜作為工業(yè)神經，對安全和環(huán)保的要求及其研究正在行業(yè)中掀起新的浪潮。本文討論了業(yè)內三種常見阻燃電纜防火電纜樣品的工藝結構，設計方案以及相應的材料選擇，以期幫助提高我國安全環(huán)保電纜的質量，努力尋找既經濟實用又能滿足產品設計要求及用戶需求的產品生產工藝流程。

1、有關術語

1.1、阻燃

試樣在規(guī)定條件下被燃燒，在撤離火源后火焰在試樣上的蔓延僅在限定范圍內，具有阻止或延緩火焰發(fā)生或蔓延能力的特性。

1.2、耐火

試樣在規(guī)定火源和時間下被燃燒時能持續(xù)地在指定條件下運行的特性。

1.3、無鹵

燃燒時釋放出氣體的鹵素(氟、氯、溴、碘)含量均小于或等于1.0mg/g的特性。

1.4、低煙

燃燒時產生的煙霧濃度不會使能見度(透光率)下降到影響逃生的特性。

2、結構設計

2.1、基本結構+包帶+阻燃護套：行業(yè)內常見結構，材料比較容易找到，價格也適宜，但是部分產品的試驗通過率低，試驗風險較大。

2.2、基本結構+隔氧層+阻燃護套：行業(yè)內常見結構，材料性能比較高，價格相對也較高，試驗通過率較高，試驗效果相對較好。

2.3、基本結構+擠壓式填充+阻燃護套：國外常見結構，材料性能優(yōu)異，價格相對昂貴，試驗通過率很高，試驗效果較好。

3、材料選用

3.1、金屬材料

用于導體、屏蔽或鎧裝的金屬材料主要有銅、鋁、鋼及合金材料等。有的電纜結構存在鎧裝，那么鎧裝層也可以作為阻燃結構的一部分。事實證明，鎧裝電纜的燃燒性能要明顯好于非鎧電纜，但無論鋼帶鎧裝還是鋼絲鎧裝都不是密閉結構，燃燒過程中會透火，同樣需要別的結構配合。

從表1可見，鋼的熔點達到1500℃，耐熱能力極強，遠高于銅和鋁，滿足鎧裝性能的同時作為阻燃結構也是好的選擇。試驗結果也證明鎧裝結構的電纜阻燃試驗通過率遠高于同規(guī)格非鎧裝結構電纜。以銅帶、鋁帶、不銹鋼帶/合金金屬帶等為原料用氬弧焊或互鎖鎧裝加工出無縫管，可以在燃燒過程有效的保護內護結構，但用銅管、合金帶成本較高，目前只有防火電纜采用。鋁管到底適不適合用于阻燃和耐火條件下，還有待進一步商榷，因為其熔點僅為660℃，而耐火試驗的溫度為750℃，從企業(yè)試制的情況看，鋁管的作用也并不明顯。

3.2、有機材料

高分子材料主要用于常規(guī)電線電纜的絕緣、護套或隔離層等。眾所周知，以前傳統(tǒng)的電線電纜，無論絕緣還是護套材料，大多使用PVC，這類含鹵材料組成的電纜在燃燒過程中會產生有毒氣體且不會自熄，危害人類健康甚至生命。

隨后為改變電纜易燃燒的現(xiàn)狀，開始在塑料中加人氯化石蠟、三氧化二銳、氫氧化鎂等阻燃劑，以提高阻燃性能。但含鹵始終無法滿足人們對電纜的安全環(huán)保的更高需求，低煙無鹵材料及低煙無鹵電線電纜步入線纜行業(yè)的舞臺。

有機塑料是電纜絕緣的重要結構，常用的低煙無鹵阻燃電纜的絕緣有阻燃交聯(lián)聚乙烯(XLPE)、交聯(lián)聚烯烴(XLPO)和內層交聯(lián)聚乙烯外層交聯(lián)聚烯烴雙絕緣等幾種。XLPE優(yōu)勢在于電絕緣性能，XLPO優(yōu)勢在于阻燃性能，假如燃燒時燒不到絕緣結構，XLPE更具有價格和性能的優(yōu)勢，假如燃燒時燒到絕緣結構，則XLPO和雙層絕緣優(yōu)勢更為明顯。

低煙無鹵阻燃電纜的護套可選用低煙無鹵阻燃聚烯烴、低煙無鹵阻燃輻照交聯(lián)聚烯烴等，材料本身也存在側重點，有的偏向于阻燃，有的偏向于機械強度及特殊性能等。但是，此類護套材料結構中可燃物的比例仍比較大，對于嚴苛的阻燃要求，還需要其它結構的配合才能實現(xiàn)。

3.3、無機阻燃帶材

帶材在電纜中應用較多，而對于電纜的阻燃要求，無機阻燃帶材也起到至關重要的作用。以我司試制過的一根低煙無鹵阻燃電纜為例，外護套內繞包1層玻纖帶，其煙密度為56%，而繞包1層玻纖帶+1層無鹵低煙阻燃帶，其煙密度可達70%以上，提升十分明顯。

云母帶一般用于耐火電纜導體外的耐火層，也多用于柔性防火電纜的絕緣層，其阻燃隔火性能突出，包括陶瓷化硅橡膠帶及陶瓷化防火耐火復合帶，也可以用于建筑類高阻燃電纜的結構中，只是這兩種材料價格較貴，現(xiàn)階段使用受到一定限制。

3.4、無機阻燃填充

傳統(tǒng)的填充材料為聚丙烯(PP)撕裂膜繩或玻璃纖維填充等。隨著技術的發(fā)展，逐步采用無機金屬水合氧化物(如AL(OH)3、Mg(OH)2)等代替。其化學反應式為：

2AL(OH)3→AL2O3+3H2O↑ (隔絕氧氣、降低溫度、抑制可燃物)

其工作原理是：在火焰高溫下AL(OH)3，分解成AL2O3，和H2O，水能降溫，蒸汽能排氧，而殘存物AL2O3，又緊密地裹覆在交聯(lián)絕緣芯外，成為隔堵熱氧的屏障，使得防火電纜獲得極高的阻燃及耐火能力。此類結構對于阻燃的效果較好，但由于材料所限，生產必須注重時效性，其狀況與水泥類似，3個月內便會硬化，對安裝使用造成影響。

除此以外，還必須填充飽滿、包覆緊密，以防止在燃燒過程中因為漏包造成填充散落或者因為填充缺陷影響整個試驗的結果。

材料廠家開發(fā)了陶瓷化防火耐火填充繩和陶瓷化防火耐火硅橡膠，阻燃效果明顯，其中，陶瓷化防火耐火硅橡膠材料可以用于擠包填充，阻燃效果更優(yōu)。

4、結束語

通過電纜的結構設計的不斷優(yōu)化，實現(xiàn)阻燃性能的提升。在設計結構穩(wěn)定后，材料的選用就顯得特別重要。下一步應設計出持續(xù)穩(wěn)定的阻燃電纜結構工藝，同時要確保成本**，并不斷開發(fā)使用新的高阻燃材料，滿足客戶及市場對電纜安全環(huán)保及高阻燃性能的要求。