低烟无卤阻燃电缆的现状与展望

慧聪消防网讯橡胶与塑料聚合物是制造电线电缆的绝缘和护套的主要材料，它们多数是容易燃烧和延燃的。随着电线电缆用量不断增大，电气火灾事故的频繁发生，电线电缆的阻燃间题逐渐引起世界各国的重视。早在70年代，国内外相继开发了阻燃电缆，但是这些阻燃电缆几乎都是含卤的，虽然有一定的阻燃效果，但在火灾发生时，燃烧的电线电缆仍要产生有毒气体和烟雾，这不仅影响救灾工作的顺利进行，而且对生命财产造成‘第二次灾害”。鉴于不少工业部门和地铁、高层建筑等市政民用设施对安全性和可靠性的要求越来越高，迫切要求开发新一代的低烟无卤阻燃电缆。

国内外电缆阻供技术发展概况

70年代，人们从电气火灾事故中，认识到电线电缆的阻燃重要性，国际上开始对阻燃机理进行深入的研究，并生产出真有二定阻燃性能的电线电缆，逐渐制订了各种阻燃试验方法和试验规范。但是，当时开发的都是含卤阻燃电缆，燃烧时会产生烟氛毒性和腐蚀性气体，仍会造成“二次灾害”。

70年代末、80年代初，人们开始研制性能更好的“清洁，的低烟无卤阻燃电缆。在1980年国际电线电缆研讨会议上，曾展示了热塑性无卤高阻燃材料(氧指数为46-50)，这种材料在火灾中不滴流，并且释放的烟雾很少。到1980年底，国外低烟无卤阻燃通信电缆已在实际中得到使用。

我国从70年代末起，随着经济的发展和电气火灾事故频频发生，对阻燃电缆的研制和使用引起了重视。80年代，苏州电缆厂、杭州电缆厂、上海电缆厂、沈阳电缆厂、四川电缆厂、湘潭电缆厂、无锡电缆厂等率先生产出阻燃绝缘电线等产品。至今，国内中小型电线电缆厂都能生产一般的阻燃电线电缆产品。随着对安全性和可靠性认识的提高，许多电线电缆用户对产品的阻燃性能都提出了要求。例如，煤炭部明文规定在煤矿中必须使用阻燃性电缆;地铁、核电站、化工等特殊部门和场合要求使用低烟无卤阻燃电缆。

近几年来，我国不断加强对低烟无卤阻燃电缆的研究和开发，低烟无卤阻燃电缆的开发已列入《国家级电线电缆、光缆新产品开发指南》中。在无卤阻燃剂的开发和应用方面都取得了不少的进展，已研制和生产出不少无机阻燃剂，包括水合氧化铝系、氧化锑系、稠系、铂系、无机磷系，以及锌、镁等过渡金属氧化物、氢氧化物或碳酸盐等，其中

A1(OH)阻燃剂已形成SR109-SR115系列，计7个品种。一些电缆料生产厂现已研制开发出低烟无卤阻燃料。1991年，河北邢台电缆厂试制的低烟无卤阻燃电缆通过鉴定，北京电线厂则研制成功低烟无卤阻燃耐火电缆。1992年1月，上海电缆厂研制的工kV低烟无卤交联聚乙烯联锁恺装新型阻燃电缆经通过鉴定，并获国家专利;同时该厂还研制出乙丙绝缘无卤阻燃电缆。此外，像无锡电缆厂、沈阳电缆厂、成都电缆厂、四川电缆厂、天津电缆厂、郑州电缆厂、哈尔滨电缆厂等都相继进行低烟无卤电缆的研制工作。在致力于开发产品的同时，沈阳电缆厂、上海电缆厂、湘潭电缆厂、郑州电缆厂、天水电缆厂、黄石电缆厂、宝胜电缆厂等都先后建立了符合标准要求、达到先进水平的燃烧试验室和烟浓度测定装置，完善了电线电缆阻燃性能检测手段。上海电线电缆检测站于1991年被批准为IEaEE-OGB试验室，为我国低烟无卤阻燃电缆产品性能的检测和鉴定创造了条件。

低烟无卤阻燃电缆的结构及其特征

低烟无卤阻燃电缆在国外也称为“清洁，电缆。它与以防止延燃为目的的PVa电缆和普通阻燃电缆不同，系采用不含氯、氟等卤化物的聚烯烃树脂作为电缆材料，是一种阻燃性好、在燃烧环境下发烟性和毒害性(包括腐蚀性)低的新型阻燃电缆。

低烟无卤阻燃电缆应根据用途来恰当地选择其结构和所用材料。对电缆的要求为:(1)应具有与现行一般阻燃电缆同等的实用性能;(2)电缆的结构和材料与一般的电缆不同，也就是要采用阻燃隔离带或特殊的聚烯烃材料等。

低烟无卤阻燃电缆的主要特性如下:

(1)阻燃性能对材料来说，通常可判断其氧指数。绝缘材料的氧指数至少为26，并应尽可能高;护套材料的氧指数通常大于30，甚至高达47。电缆的阻燃性试验，可按GB12666.5或IEC332一进行。材料的阻燃性能，现在亦用温度指数来确定。

(2)不含卤素制造电缆的所有材料，包括绝缘、护套、填充及隔离层等都不含卤素。

(3)生成烟雾少电缆材料在燃烧时生成的烟雾极少，一般只有QV电缆的四分之一。

(4)一机械特性满足一般电缆标准所要求的机械强度(抗张强度几伸长率等指标)，制成的电缆应柔软。

(6)电气特性所选用的材料以及成品电缆的电气特征(如介电强度、绝缘电阻)应同一般电缆一样。

(6)工艺性能所用材料应能在普通的混料设备和挤出机上进行加工，毋需特制的加工设备和工装模具。

(7)其他性能应根据耐油、耐化学腐蚀(耐海水)、耐辐射等不同的使用场合，采用不同的电缆结构和加工工艺来满足相应的特殊要求。

电缆低烟无卤阻燃的主要途径

制造低烟无卤阻燃电缆常用聚烯烃作为绝缘和护套材料。聚烯烃是无卤材料，系纯淡氢化合物，燃烧时分解出水和二氧化碳，不产生明显的烟雾和有害气体。乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶和乙烃包括聚酸乙烯共聚物等。它们本身并不阻燃，为此需添加阻徽填充剂，方能制成实用的低烟无卤阻燃材料.

1.无卤阻燃荆的阻燃原理

低烟无卤阻燃电缆，目前一般采用水合金属氧化物作为阻燃填充剂。其原理是，水合金属氧化物受热后会释放出结晶水，吸收大量的热量，从而抑制聚合物温度上升，阻止延燃，与此同时，脱水分解反应会产生大量水蒸气，它可以稀释可嫩性气体，亦起到阻燃效果。

另外，有时为了提高阻燃效果，减少阻燃填充剂的加入量，也采用加入磷系阻燃剂。磷系阻燃剂受热后的脱水反应，会在可燃聚合物表面形成聚磷酸膜，它可隔绝空气，从而起到阻燃作用;同时它又能促使聚合物脱水碳化，形成一个不可燃的保护层，达到阻燃目的。但磷系阻燃剂的加入会增加发烟量，故采用磷系阻燃剂时必须加入消烟剂，常用的是钥化合物。

2.阻供剂的性能比较、选择和使用

用作无卤阻燃剂的水合金属氧化物有其特点，即它释放结晶水时的温度必须在被加入聚合物的混合成形温度和分解温度之间，这样才能有阻燃效果。目前通常使用的这类阻燃剂是氢氧化铝和氢氧化镁。

氢氧化铝和氢氧化镁加热时，都产生脱水反应，但它们的吸热量是不同的，氢氧化铝(粒径1}xm)在200--300℃之间约为2kJ/g,氢氧化镁在340--490℃之间约为0.77kJ/g。

由于金属水合物脱水例而勺吸热性，所以含有它的材料在加热时所产生的放热量和表面温度会降低，该吸热反应是在聚合物从固相变为液相之间产生，故对抑制早期材料温度的上升能发挥有效的作用。氢氧化镁需在更高的温度下才起脱水反应，而在接近300度时没有效果，且吸热量较小，因而抑制温度上升的效果没有氢氧化铝好。

但是，对阻燃性能的衡量，不能仅从吸热量大小考虑，一般认为氢氧化镁对炭化有触媒作用(目前对这机理尚未清楚)，故氢氧化铝和氢氧化镁两种阻燃剂并用是有利的。

经实践验证，证实氢氧化铝和氢氧化镁并用的效果对放热量的影响很小，几乎与单独使用氢氧化铝时相同，但对着火性和阻燃性的改善和提高则非常有效。氢氧化铝和氢氧化镁阻燃性能效果比较

添加水合金属氧化物和磷系阻燃剂的无卤阻燃护套材料，已在电缆生产实际中获得应用，但是由于含有磷系阻燃剂，因此发烟量高。解决的办法是，同时添加含铂的化合物，主要有三氧化铂、八钥酸按和以二钥酸按、相酸锌、相酸钙为基础的钥化物。

3.水合金属氛化物的粒度对阻燃效果的影晌

水合金属氧化物除其本身纯度直接影响阻燃效果外，还与其制造方法和粒度大小有关。.通常，氧指数是随着粒径的减小而上升。例如氢氧化铝粒径为12um时，其阻燃聚合物氧指数为27;而粒径为1um时，则制得的阻然聚合物氧指数为33。因此，国外各生产制造公司在进行表面技术处理的同时，还十分注意到粒体工程，力求细化。其中，以超细级产品作为开发新品种的主要趋势。

表面处理主要是用酸酯和硅烷偶联剂，进行表面处理的目的在于改善其在树脂中的分散性以及与树脂的粘结性。

4.低烟无卤电缆制造工艺

用交联聚乙烯、乙丙胶和EVA作绝缘和护套的低烟无卤阻燃电缆，所使用的高效阻燃填料主要是氢氧化铝。由于氢氧化铝在200℃以上便会分解，因此在电缆制造过程中不能用普通的硫化和交联方法，因为普通的硫化和交联温度一般均在200℃以上。如水蒸气交联为205℃;氮气交联为275℃;硅油交联为200℃;加压融盐交联为250℃。

硅烷交联法和电子辐照交联法是制造低烟无卤阻燃电缆最合适的方法，因为这两种方法的交联温度不高。硅烷交联仅650C，也可以在常温下自然交联;辐照交联温度为常温奋在这两种交联方法中，氢氧化物不会分解，阻燃效果不会降低，是生产中、低电压级低烟无卤阻燃电缆的最好方法。