安全环保阻燃电缆工艺、结构设计及材料选用

　　据统计，全国火灾中电气原因引发的火灾数占总数的30%左右，其中因为电线老化引发的火灾占整个电气火灾的一半以上。对电线电缆的消防安全提出了更高要求。随着科学技术不断进步及人们生活水平需求的日益提高，尤其是建筑内的安全环保性要求越来越受到重视。作为工业神经的电线电缆对安全环保的要求及对其的研究在行业内正形成一股新的热潮。

　　本文从行业内常见的三种阻燃电缆工艺结构、设计方案及其对应材料选用进行探讨，希望有助于我国安全环保电缆质量的提升，力求找到既经济实用又能满足产品设计要求及用户需求的产品生产工艺流程。

　　1、有关术语

　　1.1阻燃

　　试样在规定条件下被燃烧，在撤离火源后火焰在试样上的蔓延仅在限定范围内，具有阻止或延缓火焰发生或蔓延能力的特性。

　　1.2耐火

　　试样在规定火源和时间下被燃烧时能持续地在指定条件下运行的特性。

　　1.3无卤

　　燃烧时释放出气体的卤素（氟、氯、溴、碘）含量均小于或等于1.0mg/g的特性。

　　1.4低烟

　　燃烧时产生的烟雾浓度不会使能见度（透光率）下降到影响逃生的特性。

　　2、安全环保阻燃电缆工艺、结构设计方案概述

　　1）基本结构+包带+阻燃护套：行业内常见结构，材料比较容易找到，价格也适宜，但是部分产品的试验通过率低，试验风险较大。

　　2）基本结构+隔氧层+阻燃护套：行业内常见结构，材料性能比较高，价格相对也较高，试验通过率较高，试验效果相对较好。

　　3）基本结构+挤压式填充+阻燃护套：国外常见结构，材料性能优异，价格相对昂贵，试验通过率很高，试验效果较好。

　　3、材料选用

　　3.1金属材料

　　用于导体、屏蔽或铠装的金属材料主要有铜、铝、钢及合金材料等。有的电缆结构存在铠装，那么铠装层也可以作为阻燃结构的一部分。事实证明，铠装电缆的燃烧性能要明显好于非铠电缆，但无论钢带铠装还是钢丝铠装都不是密闭结构，燃烧过程中会透火，同样需要别的结构配合。

　　从表1可见，钢的熔点达到1500℃，耐热能力极强，远高于铜和铝，满足铠装性能的同时作为阻燃结构也是好的选择。试验结果也证明铠装结构的电缆阻燃试验通过率远高于同规格非铠装结构电缆。

　　以铜带、铝带、不锈钢带/合金金属带等为原料用氩弧焊或互锁铠装加工出无缝管，可以在燃烧过程有效的保护内护结构，但用铜管、合金带成本较高，目前只有防火电缆采用。铝管到底适不适合用于阻燃和耐火条件下，还有待进一步商榷，因为其熔点仅为660℃，而耐火试验的温度为750℃，从企业试制的情况看，铝管的作用也并不明显。

　　3.2有机材料

　　高分子材料主要用于常规电线电缆的绝缘、护套或隔离层等。众所周知，以前传统的电线电缆，无论绝缘还是护套材料，大多使用PVC，这类含卤材料组成的电缆在燃烧过程中会产生有毒气体且不会自熄，危害人类健康甚至生命。

　　随后为改变电缆易燃烧的现状，开始在塑料中加入氯化石蜡、三氧化二锑、氢氧化镁等阻燃剂，以提高阻燃性能。但含卤始终无法满足人们对电缆的安全环保的更高需求，低烟无卤材料及低烟无卤电线电缆步入线缆行业的舞台。

　　有机塑料是电缆绝缘的重要结构，常用的低烟无卤阻燃电缆的绝缘有阻燃交联聚乙烯（XLPE）、交联聚烯烃（XLPO）和内层交联聚乙烯外层交联聚烯烃双绝缘等几种。XLPE优势在于电绝缘性能，XLPO优势在于阻燃性能，假如燃烧时烧不到绝缘结构，XLPE更具有价格和性能的优势，假如燃烧时烧到绝缘结构，则XLPO和双层绝缘优势更为明显。

　　低烟无卤阻燃电缆的护套可选用低烟无卤阻燃聚烯烃、低烟无卤阻燃辐照交联聚烯烃等，材料本身也存在侧重点，有的偏向于阻燃，有的偏向于机械强度及特殊性能等。但是，此类护套材料结构中可燃物的比例仍比较大，对于严苛的阻燃要求，还需要其它结构的配合才能实现。

　　3.3无机阻燃带材

　　带材在电缆中应用较多，而对于电缆的阻燃要求，无机阻燃带材也起到至关重要的作用。以我司试制过的一根低烟无卤阻燃电缆为例，外护套内绕包1层玻纤带，其烟密度为56%，而绕包1层玻纤带+1层无卤低烟阻燃带，其烟密度可达70%以上，提升十分明显。

　　云母带一般用于耐火电缆导体外的耐火层，也多用于柔性防火电缆的绝缘层，其阻燃隔火性能突出，包括陶瓷化硅橡胶带及陶瓷化防火耐火复合带，也可以用于建筑类高阻燃电缆的结构中，只是这两种材料价格较贵，现阶段使用受到一定限制。

　　3.4无机阻燃填充

　　传统的填充材料为聚丙烯（PP）撕裂膜绳或玻璃纤维填充等。随着技术的发展，逐步采用无机金属水合氧化物（如AL(OH)3、Mg(OH)2）等代替。

　　其工作原理是：在火焰高温下AL(OH)3分解成AL2O3和H2O，水能降温，蒸汽能排氧，而残存物AL2O3又紧密地裹覆在交联绝缘芯外，成为隔堵热氧的屏障，使得防火电缆获得极高的阻燃及耐火能力。

　　此类结构对于阻燃的效果较好，但由于材料所限，生产必须注重时效性，其状况与水泥类似，3个月内便会硬化，对安装使用造成影响。

　　除此以外，还必须填充饱满、包覆紧密，以防止在燃烧过程中因为漏包造成填充散落或者因为填充缺陷影响整个试验的结果。