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無鹵低煙隔氧層阻燃電力電纜的制造
[當(dāng)前欄目：阻燃電力電纜]????? [發(fā)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(shè)計(jì)思路，及其在生產(chǎn)制造過程中遇到一些問題和解決的方法。
關(guān)鍵詞：無鹵低煙阻燃電力電纜；隔氧層；A 類阻燃；設(shè)計(jì)；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(zāi)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(tǒng)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(fā)生火災(zāi)，電纜燃燒后會產(chǎn)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(shè)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(shè)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(hù)套中滲入大量的Ａｌ（ＯＨ）３、Ｍｇ（ＯＨ）２阻燃無機(jī)材料，雖不產(chǎn)生含鹵的有害氣體，但阻燃等級停留在Ｃ類或Ｂ類，很難達(dá)到Ａ類，且因大量無機(jī)材料的滲入，使其機(jī)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(chǎn)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(jī)理分析，提出了一種電纜隔氧層的新結(jié)構(gòu)，即在電纜絕緣層與護(hù)套層之間，增加一層由特殊的隔氧材料組成隔氧層。當(dāng)電纜遇明火燃燒時，隔氧材料能析出大量水分以降低環(huán)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(jī)物與外界空氣的接觸，最終使電纜達(dá)到自熄的目的，從而大大提高了阻燃的級別，可達(dá)Ａ級阻燃水平。其次采用隔氧層結(jié)構(gòu)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(jī)的阻燃劑、消煙劑而引起的不良的影響。這就是試制交聯(lián)聚乙烯絕緣無鹵低煙護(hù)套隔氧層阻燃電力電纜的設(shè)計(jì)思路。
由于本產(chǎn)品尚未有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，所以根據(jù)以下有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及其試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)編制了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，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(yàn)》，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(yàn)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(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與材料的選擇
電纜的絕緣采用硅烷交聯(lián)聚乙烯（ＸＬＰＥ）；護(hù)套采用意大利潘得那公司生產(chǎn)的無鹵低煙聚烯烴阻燃護(hù)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(jīng)特殊工藝加工處理的繞包帶，當(dāng)其受熱后釋放出結(jié)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(chǎn)的無鹵低煙礦物材料受熱后也可分解出結(jié)晶水，降低溫度、保護(hù)絕緣。試驗(yàn)證明：這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(zhì)量監(jiān)督檢測中心的檢測。圖１為０．６／１ｋＶＸＬＰＥ絕緣無鹵低煙護(hù)套隔氧層阻燃電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
３試制中出現(xiàn)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(qiáng)度特別低，起初選用普通的并線模，結(jié)果填充繩經(jīng)常斷裂，而且表面發(fā)粘和起毛。經(jīng)分析，其主要原因是其抗拉強(qiáng)度比較低，而且耐磨性差，再加上并線模的模孔直徑較小，產(chǎn)生的摩擦阻力大等多種原因所造成的。若將填充繩的根數(shù)減少，適當(dāng)?shù)販p小繩的外徑，但這樣會使纜芯不圓整。最終將模孔直徑適當(dāng)?shù)卦龃螅瑫r在成纜機(jī)的放線盤盤軸上安置抱閘，以便適當(dāng)?shù)亟o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(fā)粘。
３．２護(hù)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(hù)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(jī)材料，使其擠出工藝性能變得較差，其加工溫度應(yīng)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(hù)套表面產(chǎn)生大量的氣孔。其次，應(yīng)特別注意的是：由于電纜護(hù)套料中含有眾多的無機(jī)材料，在擠出過程中，擠壓摩擦?xí)鸢l(fā)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(jī)螺桿結(jié)構(gòu)及尺寸、螺桿的轉(zhuǎn)速和冷卻的方式等等。這就對擠出設(shè)備、擠出模具及其工藝提出了很高的要求。
（２）擠出設(shè)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(jī)生產(chǎn)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(jī)材料的阻燃護(hù)套料引起摩擦生熱嚴(yán)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(zhì)量下降；而長徑比過小，易引起材料混煉后的塑化不良，導(dǎo)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(jī)。
（３）冷卻裝置的選擇由于阻燃聚烯烴護(hù)套料含有大量的無機(jī)填充料，在擠出過程中會產(chǎn)生大量的摩擦生熱，這就要擠出機(jī)具有良好的冷卻裝置，為此，把原來的風(fēng)冷系統(tǒng)改為水冷系統(tǒng)。
（４）螺桿轉(zhuǎn)速的選擇對于阻燃聚烯烴護(hù)套而言，擠出螺桿的轉(zhuǎn)速選擇也是一個不能忽視的問題。通常在使用φ９０ｍｍ擠出機(jī)擠塑時，螺桿轉(zhuǎn)速宜控制在２０～２２ｒ／ｍｉｎ。若螺桿轉(zhuǎn)速過大，塑料會受到較大剪切應(yīng)力，使物料摩擦生熱增加，導(dǎo)致阻燃劑的分解、護(hù)套表面毛糙。
（５）擠出模具的選擇由于低煙無鹵聚烯烴護(hù)套料中無機(jī)填充物高達(dá)１５０％（每１００份的樹脂中所含的份數(shù)量）這就導(dǎo)致了其在擠出時熔融狀態(tài)下，熔體的強(qiáng)度、拉伸比和粘度等，均與普通型護(hù)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(jù)理論分析和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，通常阻燃聚烯烴護(hù)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(jī)頭中壓力增大，擠出成品壓得較密度，導(dǎo)致離模后電纜外徑會有所膨脹而增大，因此，選用的模套內(nèi)徑應(yīng)比成品電纜的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)選為２．５～３．２，比普通護(hù)套料（拉伸比為６～７）要小得多。若拉伸比過大，則會引起護(hù)套表面質(zhì)量下降，嚴(yán)重時會引起護(hù)套脫節(jié)或斷裂；若拉伸比過小，護(hù)套表面更光滑，但影響生產(chǎn)速度。最終選用擠管式模具，模具尺寸的配合為：
模芯內(nèi)徑＝繞包層外徑＋（０．６ ～ １．５）ｍｍ
模套內(nèi)徑＝電纜標(biāo)稱外徑＋（２ ～ ７）ｍｍ
４產(chǎn)品的性能
交聯(lián)聚乙烯絕緣無鹵低煙護(hù)套隔氧層阻燃電力電纜經(jīng)檢測，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，其中，阻燃性能達(dá)到成束燃燒試驗(yàn)的Ａ類標(biāo)準(zhǔn)，炭化高度為１．５ｍ，低于ＧＡ ３０６—２００１標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的不小于２．５ｍ的要求；燃燒氣體酸值（ｐＨ）合格；煙濃度指標(biāo)中適光率達(dá)９０％，比ＧＡ３０６—２００１標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一級Ａ類中要求的最小透光率為８０％優(yōu)良；煙氣毒性指數(shù)按標(biāo)準(zhǔn)ＧＡ１３２—１９９６檢測為準(zhǔn)安全級二級（ＺＡ２）。該產(chǎn)品研制成功，不僅有良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有良好的社會效益。
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