无卤低烟隔氧层阻燃电力电缆的制造
摘要：论述了无卤低烟隔氧层阻燃电力电缆的设计思路，及其在生产制造过程中遇到一些问题和解决的方法。
关键词：无卤低烟阻燃电力电缆；隔氧层；A 类阻燃；设计；制造
１ 引言
前几年，新疆克拉玛依剧场着火，烧死３００多人，河南焦作一家录像厅着火烧死７０多人。这些火灾中最主要的危害因素就是有大量有毒气体和烟雾。作为传统的阻燃电缆、低卤低烟阻燃电缆，都广泛地采用含卤聚合物和含卤阻燃剂组合而成的混合物。尽管这些电缆具有良好的阻燃性能，但一旦发生火灾，电缆燃烧后会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性的气体，这不仅妨碍救火工作和人员疏散，并会腐蚀仪器和设备。尤其对于众多人员聚集的封闭场所，如地铁、旅馆、展览大厅和舰船等，及装备有昂贵电子仪器设备的场合，这问题就显得特别重要。
对于普通的无卤低烟阻燃电缆，由于在其绝缘或护套中渗入大量的Ａｌ（ＯＨ）３、Ｍｇ（ＯＨ）２阻燃无机材料，虽不产生含卤的有害气体，但阻燃等级停留在Ｃ类或Ｂ类，很难达到Ａ类，且因大量无机材料的渗入，使其机电性能及加工性能都变得较差，研制含有隔氧层的阻燃电缆就是在这种背景下产生的。
为了使无卤低烟阻燃电缆的阻燃性能更加可靠，围绕电缆燃烧三要素（温度、可燃物和氧气）的燃烧机理分析，提出了一种电缆隔氧层的新结构，即在电缆绝缘层与护套层之间，增加一层由特殊的隔氧材料组成隔氧层。当电缆遇明火燃烧时，隔氧材料能析出大量水分以降低环境温度，并形成一个不熔不燃的氧化铝硬壳，以隔绝绝缘有机物与外界空气的接触，最终使电缆达到自熄的目的，从而大大提高了阻燃的级别，可达Ａ级阻燃水平。其次采用隔氧层结构的电缆其绝缘可采用普通型的绝缘材料，即避免了因加入无机的阻燃剂、消烟剂而引起的不良的影响。这就是试制交联聚乙烯绝缘无卤低烟护套隔氧层阻燃电力电缆的设计思路。
由于本产品尚未有相应的国家标准，所以根据以下有关产品标准及其试验标准编制了企业标准，其中包括：ＧＢ１２７０６—２００２《额定电压３５ｋＶ及以下铜芯、铝芯塑料绝缘电力电缆》，ＧＢ／Ｔ１８３８０—２００１《电缆在火焰条件下的燃烧试验》，ＧＢ／Ｔ１７６５１—１９９８《电缆或光缆在特定条件下燃烧时烟密度测定》和ＧＢ／Ｔ１７６５０—１９９８《电缆或光缆特定条件下燃烧时释出气体的试验方法》，ＧＡ３０６—２００１《阻燃及耐火电缆：塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求》。
２产品的结构与材料的选择
电缆的绝缘采用硅烷交联聚乙烯（ＸＬＰＥ）；护套采用意大利潘得那公司生产的无卤低烟聚烯烃阻燃护套料；成缆后的缆芯外绕包一层隔氧层，它主要由含有Ａｌ（ＯＨ）３和Ｍｇ（ＯＨ）２并经特殊工艺加工处理的绕包带，当其受热后释放出结晶水并形成不熔不燃的硬壳，起着降温与隔离的作用；成缆时要绞入无尘岩棉阻燃填充绳，以便使缆芯圆整，它是由江苏新奇特电缆材料厂生产的无卤低烟矿物材料受热后也可分解出结晶水，降低温度、保护绝缘。试验证明：这种结构设计和材料选用能满足电缆阻燃性能要求，并已通过国家防火建筑材料质量监督检测中心的检测。图１为０．６／１ｋＶＸＬＰＥ绝缘无卤低烟护套隔氧层阻燃电缆结构示意图。
３试制中出现的问题及解决的方法
３．１成缆工艺
绝缘线芯成缆用的阻燃填充绳含有Ａｌ（ＯＨ）３和Ｍｇ（ＯＨ）２等成分，它的抗拉强度特别低，起初选用普通的并线模，结果填充绳经常断裂，而且表面发粘和起毛。经分析，其主要原因是其抗拉强度比较低，而且耐磨性差，再加上并线模的模孔直径较小，产生的摩擦阻力大等多种原因所造成的。若将填充绳的根数减少，适当地减小绳的外径，但这样会使缆芯不圆整。最终将模孔直径适当地增大，同时在成缆机的放线盘盘轴上安置抱闸，以便适当地给以一定的张力，这样既保证了缆芯的圆整，又避免了填充绳断裂、起毛和发粘。
３．２护套的挤出工艺
（１）挤出温度的选择由于热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃护套料加入了大量的水合金属氧化物、等无机材料，使其挤出工艺性能变得较差，其加工温度应控制在１６０～１７０℃之间。低于这温度将不能使物料塑化，挤出压力过大，难以挤制；高于这个温度会使其分解，一方面降低其阻燃性能，而另一方面会造成护套表面产生大量的气孔。其次，应特别注意的是：由于电缆护套料中含有众多的无机材料，在挤出过程中，挤压摩擦会引起发热（即摩擦生热），从而影响了挤出温度的控制。温度控制的影响因素众多，其中还包括挤出机螺杆结构及尺寸、螺杆的转速和冷却的方式等等。这就对挤出设备、挤出模具及其工艺提出了很高的要求。
（２）挤出设备的选择，螺杆直径越大，挤出加工能力越大；长径比越大，有利于塑料混合和塑化，能减小漏流和逆流，提高挤出机生产能力。但长径比过大，同样会使塑料挤出压力增大，尤其会使含有大量无机材料的阻燃护套料引起摩擦生热严重，造成材料降解和分解，使其阻燃性能下降，材料挤出表面质量下降；而长径比过小，易引起材料混炼后的塑化不良，导致其性能的下降。因此最终选用了长径比为２０的单纹螺杆挤出机。
（３）冷却装置的选择由于阻燃聚烯烃护套料含有大量的无机填充料，在挤出过程中会产生大量的摩擦生热，这就要挤出机具有良好的冷却装置，为此，把原来的风冷系统改为水冷系统。
（４）螺杆转速的选择对于阻燃聚烯烃护套而言，挤出螺杆的转速选择也是一个不能忽视的问题。通常在使用φ９０ｍｍ挤出机挤塑时，螺杆转速宜控制在２０～２２ｒ／ｍｉｎ。若螺杆转速过大，塑料会受到较大剪切应力，使物料摩擦生热增加，导致阻燃剂的分解、护套表面毛糙。
（５）挤出模具的选择由于低烟无卤聚烯烃护套料中无机填充物高达１５０％（每１００份的树脂中所含的份数量）这就导致了其在挤出时熔融状态下，熔体的强度、拉伸比和粘度等，均与普通型护套料存在着较大的差异，因此，挤出模具的选配也有所不同。根据理论分析和实际经验，通常阻燃聚烯烃护套料可适用于挤压式、半挤管式及挤管式模具。在使用挤压式模具时，由于其熔体粘度大，使机头中压力增大，挤出成品压得较密度，导致离模后电缆外径会有所膨胀而增大，因此，选用的模套内径应比成品电缆的标准直径小５％左右；采用半挤管式或挤管式模具，要注意其拉伸比应选为２．５～３．２，比普通护套料（拉伸比为６～７）要小得多。若拉伸比过大，则会引起护套表面质量下降，严重时会引起护套脱节或断裂；若拉伸比过小，护套表面更光滑，但影响生产速度。最终选用挤管式模具，模具尺寸的配合为：
模芯内径＝绕包层外径＋（０．６ ～ １．５）ｍｍ
模套内径＝电缆标称外径＋（２ ～ ７）ｍｍ
４产品的性能
交联聚乙烯绝缘无卤低烟护套隔氧层阻燃电力电缆经检测，各项性能指标均符合标准的要求，其中，阻燃性能达到成束燃烧试验的Ａ类标准，炭化高度为１．５ｍ，低于ＧＡ ３０６—２００１标准中规定的不小于２．５ｍ的要求；燃烧气体酸值（ｐＨ）合格；烟浓度指标中适光率达９０％，比ＧＡ３０６—２００１标准规定的一级Ａ类中要求的最小透光率为８０％优良；烟气毒性指数按标准ＧＡ１３２—１９９６检测为准安全级二级（ＺＡ２）。该产品研制成功，不仅有良好的经济效益，而且具有良好的社会效益。
