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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