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無鹵低煙隔氧層阻燃電力電纜的制造
[當前欄目：阻燃電力電纜]????? [發布日期：2016-11-02]
無鹵低煙隔氧層阻燃電力電纜的制造
摘要：論述了無鹵低煙隔氧層阻燃電力電纜的設計思路，及其在生產制造過程中遇到一些問題和解決的方法。
關鍵詞：無鹵低煙阻燃電力電纜；隔氧層；A 類阻燃；設計；制造
１ 引言
前幾年，新疆克拉瑪依劇場著火，燒死３００多人，河南焦作一家錄像廳著火燒死７０多人。這些火災中最主要的危害因素就是有大量有毒氣體和煙霧。作為傳統的阻燃電纜、低鹵低煙阻燃電纜，都廣泛地采用含鹵聚合物和含鹵阻燃劑組合而成的混合物。盡管這些電纜具有良好的阻燃性能，但一旦發生火災，電纜燃燒后會產生大量的煙霧和有毒的腐蝕性的氣體，這不僅妨礙救火工作和人員疏散，并會腐蝕儀器和設備。尤其對于眾多人員聚集的封閉場所，如地鐵、旅館、展覽大廳和艦船等，及裝備有昂貴電子儀器設備的場合，這問題就顯得特別重要。
對于普通的無鹵低煙阻燃電纜，由于在其絕緣或護套中滲入大量的Ａｌ（ＯＨ）３、Ｍｇ（ＯＨ）２阻燃無機材料，雖不產生含鹵的有害氣體，但阻燃等級停留在Ｃ類或Ｂ類，很難達到Ａ類，且因大量無機材料的滲入，使其機電性能及加工性能都變得較差，研制含有隔氧層的阻燃電纜就是在這種背景下產生的。
為了使無鹵低煙阻燃電纜的阻燃性能更加可靠，圍繞電纜燃燒三要素（溫度、可燃物和氧氣）的燃燒機理分析，提出了一種電纜隔氧層的新結構，即在電纜絕緣層與護套層之間，增加一層由特殊的隔氧材料組成隔氧層。當電纜遇明火燃燒時，隔氧材料能析出大量水分以降低環境溫度，并形成一個不熔不燃的氧化鋁硬殼，以隔絕絕緣有機物與外界空氣的接觸，最終使電纜達到自熄的目的，從而大大提高了阻燃的級別，可達Ａ級阻燃水平。其次采用隔氧層結構的電纜其絕緣可采用普通型的絕緣材料，即避免了因加入無機的阻燃劑、消煙劑而引起的不良的影響。這就是試制交聯聚乙烯絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜的設計思路。
由于本產品尚未有相應的國家標準，所以根據以下有關產品標準及其試驗標準編制了企業標準，其中包括：ＧＢ１２７０６—２００２《額定電壓３５ｋＶ及以下銅芯、鋁芯塑料絕緣電力電纜》，ＧＢ／Ｔ１８３８０—２００１《電纜在火焰條件下的燃燒試驗》，ＧＢ／Ｔ１７６５１—１９９８《電纜或光纜在特定條件下燃燒時煙密度測定》和ＧＢ／Ｔ１７６５０—１９９８《電纜或光纜特定條件下燃燒時釋出氣體的試驗方法》，ＧＡ３０６—２００１《阻燃及耐火電纜：塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級和要求》。
２產品的結構與材料的選擇
電纜的絕緣采用硅烷交聯聚乙烯（ＸＬＰＥ）；護套采用意大利潘得那公司生產的無鹵低煙聚烯烴阻燃護套料；成纜后的纜芯外繞包一層隔氧層，它主要由含有Ａｌ（ＯＨ）３和Ｍｇ（ＯＨ）２并經特殊工藝加工處理的繞包帶，當其受熱后釋放出結晶水并形成不熔不燃的硬殼，起著降溫與隔離的作用；成纜時要絞入無塵巖棉阻燃填充繩，以便使纜芯圓整，它是由江蘇新奇特電纜材料廠生產的無鹵低煙礦物材料受熱后也可分解出結晶水，降低溫度、保護絕緣。試驗證明：這種結構設計和材料選用完全能滿足電纜阻燃性能要求，并已通過國家防火建筑材料質量監督檢測中心的檢測。圖１為０．６／１ｋＶＸＬＰＥ絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電纜結構示意圖。
３試制中出現的問題及解決的方法
３．１成纜工藝
絕緣線芯成纜用的阻燃填充繩含有Ａｌ（ＯＨ）３和Ｍｇ（ＯＨ）２等成分，它的抗拉強度特別低，起初選用普通的并線模，結果填充繩經常斷裂，而且表面發粘和起毛。經分析，其主要原因是其抗拉強度比較低，而且耐磨性差，再加上并線模的模孔直徑較小，產生的摩擦阻力大等多種原因所造成的。若將填充繩的根數減少，適當地減小繩的外徑，但這樣會使纜芯不圓整。最終將模孔直徑適當地增大，同時在成纜機的放線盤盤軸上安置抱閘，以便適當地給以一定的張力，這樣既保證了纜芯的圓整，又避免了填充繩斷裂、起毛和發粘。
３．２護套的擠出工藝
（１）擠出溫度的選擇由于熱塑性低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料加入了大量的水合金屬氧化物氫氧化鋁、氫氧化鎂等無機材料，使其擠出工藝性能變得較差，其加工溫度應控制在１６０～１７０℃之間。低于這溫度將不能使物料完全塑化，擠出壓力過大，難以擠制；高于這個溫度會使其分解，一方面降低其阻燃性能，而另一方面會造成護套表面產生大量的氣孔。其次，應特別注意的是：由于電纜護套料中含有眾多的無機材料，在擠出過程中，擠壓摩擦會引起發熱（即摩擦生熱），從而影響了擠出溫度的控制。溫度控制的影響因素眾多，其中還包括擠出機螺桿結構及尺寸、螺桿的轉速和冷卻的方式等等。這就對擠出設備、擠出模具及其工藝提出了很高的要求。
（２）擠出設備的選擇眾所周知，螺桿直徑越大，擠出加工能力越大；長徑比越大，有利于塑料混合和塑化，能減小漏流和逆流，提高擠出機生產能力。但長徑比過大，同樣會使塑料擠出壓力增大，尤其會使含有大量無機材料的阻燃護套料引起摩擦生熱嚴重，造成材料降解和分解，使其阻燃性能下降，材料擠出表面質量下降；而長徑比過小，易引起材料混煉后的塑化不良，導致其性能的下降。因此最終選用了長徑比為２０的單紋螺桿擠出機。
（３）冷卻裝置的選擇由于阻燃聚烯烴護套料含有大量的無機填充料，在擠出過程中會產生大量的摩擦生熱，這就要擠出機具有良好的冷卻裝置，為此，把原來的風冷系統改為水冷系統。
（４）螺桿轉速的選擇對于阻燃聚烯烴護套而言，擠出螺桿的轉速選擇也是一個不能忽視的問題。通常在使用φ９０ｍｍ擠出機擠塑時，螺桿轉速宜控制在２０～２２ｒ／ｍｉｎ。若螺桿轉速過大，塑料會受到較大剪切應力，使物料摩擦生熱增加，導致阻燃劑的分解、護套表面毛糙。
（５）擠出模具的選擇由于低煙無鹵聚烯烴護套料中無機填充物高達１５０％（每１００份的樹脂中所含的份數量）這就導致了其在擠出時熔融狀態下，熔體的強度、拉伸比和粘度等，均與普通型護套料存在著較大的差異，因此，擠出模具的選配也有所不同。根據理論分析和實際經驗，通常阻燃聚烯烴護套料可適用于擠壓式、半擠管式及擠管式模具。在使用擠壓式模具時，由于其熔體粘度大，使機頭中壓力增大，擠出成品壓得較密度，導致離模后電纜外徑會有所膨脹而增大，因此，選用的模套內徑應比成品電纜的標準直徑小５％左右；采用半擠管式或擠管式模具，要注意其拉伸比應選為２．５～３．２，比普通護套料（拉伸比為６～７）要小得多。若拉伸比過大，則會引起護套表面質量下降，嚴重時會引起護套脫節或斷裂；若拉伸比過小，護套表面更光滑，但影響生產速度。最終選用擠管式模具，模具尺寸的配合為：
模芯內徑＝繞包層外徑＋（０．６ ～ １．５）ｍｍ
模套內徑＝電纜標稱外徑＋（２ ～ ７）ｍｍ
４產品的性能
交聯聚乙烯絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜經檢測，各項性能指標均符合標準的要求，其中，阻燃性能達到成束燃燒試驗的Ａ類標準，炭化高度為１．５ｍ，低于ＧＡ ３０６—２００１標準中規定的不小于２．５ｍ的要求；燃燒氣體酸值（ｐＨ）合格；煙濃度指標中適光率達９０％，比ＧＡ３０６—２００１標準規定的一級Ａ類中要求的最小透光率為８０％優良；煙氣毒性指數按標準ＧＡ１３２—１９９６檢測為準安全級二級（ＺＡ２）。該產品研制成功，不僅有良好的經濟效益，而且具有良好的社會效益。
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