影响电线电缆低烟性能的因素分析

影响电线电缆低烟性能的因素分析

林佳盛

广东华新电缆实业有限公司  523560

摘　要：电缆着火是电气火灾的主要原因，发生火灾时，燃烧的电缆会产生大量浓密的有机烟雾，导致被困人员难以离开现场。同时释放出大量有毒气体，吸入后会窒息，这种潜在的二次危险比直接烧伤更危险。如何降低火灾风险和环境保护是电缆行业最重要的目标之一。用于制造电线和电缆的原材料通常是聚氯乙烯，但其易燃性经常导致电气火灾。聚烯烃电缆通过分析聚烯烃的材料特性、生产过程控制要点和低烟性能试验表明，合理减小电缆外径可以降低生产成本，提高低烟性能，减少电缆燃烧的发烟量燃烧，从而降低火灾风险。

关键词：电线电缆；聚烯烃；低烟性能

1 引言

电缆火灾是电气火灾的主要原因，电缆燃烧时，浓浓的有机烟雾会严重损害视力，产生CO、CO2等气体，导致吸入、中毒、窒息。三分之二的火灾死亡是由电缆和电线的燃烧气体释放和吸入引起的。因此，降低电线电缆的火灾频率和死亡率，保证低烟电缆阻燃安全和环保性，是行业的重要研发方向之一。

2 低烟无卤阻燃聚烯烃材料的特性

2.1 结构设计

无卤阻燃低烟电缆根据其特性命名，无卤意味着电缆材料在燃烧时不会产生有毒或腐蚀性气体。酸性气体，氟，pH和电导率应符合国家标准。低烟意味着电缆燃烧产生的烟雾非常具有渗透性和可见性，这对于阻燃材料和电缆的整体设计至关重要。电缆绝缘层一般是聚乙烯、三乙丙橡胶、混合聚合物。各种阻燃材料投入使用，并且由于烟气含量低和广泛使用，阻燃电缆的结构进一步改变。目前，低烟无卤电缆主要分为两大类。首先，常规设备是低烟、无卤的阻燃系统，主要由无卤材料组成。根据具体要求和不同类型的阻燃剂，添加阻燃剂或无烟添加剂，适合降低烟耗；其次，低烟的阻燃电缆常用于特殊场合。这些电缆材料使用无卤阻燃聚烯烃、硅橡胶，可根据使用情况选择。

2.2 特点

根据有毒有害物质和烟雾在燃烧过程中释放的量，普通型、低卤低烟型及无卤低烟型，一般有无卤素，燃烧时具有连续阻燃能力，产生较少的烟雾和有毒气体。无卤低烟使用通常具有以下特征：首先，它是阻燃的，这减轻了火焰的蔓延，节省缩短了燃烧电缆的时间。其次，不含卤素，在电缆的整个制造过程中， 护套、绝缘层、内衬层等使用的材料是护套、绝缘层、内衬层等没有卤素。当电缆燃烧时，它不会产生有毒或有害的腐蚀性气体，如氯，氟和溴，对人体健康无害。电气性能、机械和物理性能略有降低，随着技术的发展，无卤低烟阻燃电缆的电气和物理性能满足传统电缆的要求，传输更加稳定。

3 低烟无卤阻燃材料的分析比较

目前，发展无卤阻燃电缆主要集中在基质树脂和无机阻燃剂上。无烟和无卤低烟阻燃电缆的主要部件原因是：在燃烧过程中分解成二氧化碳和H2O在燃烧过程中分解，不会产生有毒气体和蒸气，主要材料如聚乙烯，聚丙烯，聚烯烃、乙丙橡胶等。无机阻燃剂具有环保、低毒、低成本低、性能稳定等优点，包括无机金属水合物和膨胀型阻燃剂。磷化无机阻燃剂、氢化物、纳米复合材料等阻燃剂也有所不同。

由氢氧化镁和氢氧化铝组成的无机金属化合物。热分解产生的热量吸收并降低周围的温度。作为阻燃剂，烟和填料的改性剂可用于各种表面改性的物质阻燃。几种改性剂对分散特性有显著影响，并影响材料的特性。

硼化物。热分解吸收降低温度，高效低毒，熔滴，它改善了材料的可燃性能及其机械强度，尤其是在低温下。单独使用，防火性很低。配合其他结合阻燃剂一起使用，防火阻燃效果更好。

膨胀型聚磷酸铵、PER、MEL复合材料在加热过程中，表面形成炭质泡沫均匀层，阻止热量传递，隔绝和氧气的传递，防止冒烟，稀释燃料和氧气的浓度，防止燃烧时形成熔滴，稳定，不挥发，无腐蚀性气体，低毒性，防烟效果只适用于EVA材料作为阻燃剂。

无机磷酸盐、氧化磷、磷酸盐、有机磷酸盐。燃烧过程中产生磷酸和多聚磷酸，导致脱水强烈，去除聚合物和内部氧气，防止燃烧。同时，聚合物与外界热源隔离，具有多种功能，如热解衰减，阻燃塑料和阻燃化合物，主要是液体和挥发性的，释放大量烟雾，热稳定性差。

聚合物PLSN/纳米复合层状硅酸盐大大提高了材料的耐热性和阻燃性，且用量明显低于传统无机材料，所以力学和机械性能受影响较小，技术尚未成熟。

4 无卤低烟阻燃电缆的挤制原则与挤出工艺

4.1 挤制过程应遵循的原则

与传统电缆护套相比，低烟阻燃聚烯烃含烟量更少，其材料中含有更多的填料和阻燃剂。因此，该电缆具有低强度、相对差的流动性和高热敏性。摩擦后容易发热，长时间停留在 本体中会导致大量小分子挥发性化合物的形成，这些会从护套表面逸出，导致护套表面形成烧焦的颗粒。挤压过程应遵循以下原则：首先，有效选择挤出性能好、材料密度高的阻燃剂。挤压前对物料加热足够的时间，以保证物料表面的水分完全蒸发；其次，根据电缆的具体类型和尺寸，相应调整过滤网和螺杆的挤压速度，使壳体压力不超过负荷，物料挤压稳定；第三，挤出应该在护套拉伸最小的情况下进行。如有必要，可增加护套的抗拉强度，防止护套因材料变形而脱节、空洞，出模后会采用逐渐冷却，避免应力集中。

4.2 挤出的过程

在挤出温度的控制下，形成低烟阻燃剂和大量的无机物，降低了挤出过程的效率。挤出时的温度应保持在140～160℃之间，另外在螺杆结构的影响下，挤出速度和摩擦力会提高挤出温度，加强对挤出温度的控制。挤出设备的选择:电缆箱主要受螺杆运动的影响。螺栓的类型和尺寸将影响挤出机的性能和应用。这是因为螺杆直径越大，挤出时产生的容量越大，螺杆直径越大，防止回流和泄漏流的效果越好。促进塑料的混合和塑化，但直径过大时，挤出机压力会增大，阻燃材料的摩擦会变得明显。材料的分解不仅影响表面质量，还会降低阻燃性。因此，挤压过程中合适的压缩比应为1:1～1:2。螺杆长径比比为20或25。因此，挤出机必须配备有效的冷却装置，以有效控制挤出温度的工艺参数。冷却允许挤出设备和容器被控制在精确的温度。

5 低烟无卤阻燃聚烯烃电缆的生产工艺

与传统的PVC电缆料相比，低烟聚烯烃无卤阻燃电缆料由于添加了阻燃剂，对热敏感，对挤出生产中的温度控制提出了更严格的要求。其流动性减弱，容易停留在螺杆上，长时间加热后容易断裂，产生小分子物质，在电缆表面产生小气泡和碳粒。因此，对生产设备和工艺参数的控制是严格的。电线电缆生产过程的控制主要包括温度和螺杆转速控制。各种低烟阻燃电缆的最佳挤出温度不同，相对较低。在实际生产中，可以用测试线缆生产调节温度；当出现气孔时，温度应降低。粗糙表面的温度应升高；为了更好地控制挤出生产各阶段的温度，需要在挤出生产线上安装冷却电机。电缆出模具后可以采用分段冷却，即先热水冷却，再自然冷却，最后冷水冷却，以释放挤出时螺杆和材料的内应力，避免裂纹等故障。螺杆的转速也是一个关键因素。

随着安全、环保、健康、复配协同、表面改性和纳米技术的发展，阻燃剂在电线电缆应用中的毒性越来越小。更高效，更环保，为人们的生活提供更多的需求和舒适。无卤低烟阻燃电缆的使用越来越普遍，对性能的要求也越来越高。因此，必须严格控制温度和选材，不断完善阻燃机理研究，改进生产工艺，开发新型高效无烟阻燃添加剂减少，这不仅需要降低生产成本，还需要提高产品质量以满足不同的市场需求。

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