1 前言 隨著人類社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，使人類從自然界中獲得了巨大的利益和自由，同時各種事故和災(zāi)害也頻頻發(fā)生。而在眾多災(zāi)害中，電線電纜常常扮演火源和導(dǎo)火線的角色，使火災(zāi)迅速擴大蔓延，而產(chǎn)生大量煙霧和毒氣，并損壞了貴重的電子儀器和設(shè)備，嚴重影響消防救援和現(xiàn)場人員的撤離，從而擴大了災(zāi)害。為此，無鹵、低煙、低毒阻燃電力電纜需求旺盛，并廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個部門。
我國在“電線電纜產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃研究”中，“九五”計劃及2010年設(shè)想中提到：從用戶當(dāng)前的需求和今后的發(fā)展來看，關(guān)鍵是要上水平（質(zhì)量水平與技術(shù)水平），發(fā)展派生、延伸型、組合型、緊湊型的品種，以及研究一些高技術(shù)性能的品種。例如無鹵低煙低毒型橡套電纜和塑料電纜，中壓級船用電纜等。本文介紹了無鹵低煙低毒阻燃船用電纜的開發(fā)研究。 2 總體研究思路與預(yù)計需達到的要求 無鹵低煙低毒阻燃船用電纜開發(fā)研究思路，是從搜集資料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選購、配方對比試驗、工藝試驗、型式試驗及試運行試驗等各階段來達到選定技術(shù)指標(biāo)。特別是無鹵、低煙、低毒阻燃乙丙絕緣聚稀烴船用電力電纜的配方和工藝等關(guān)鍵技術(shù)。配方研制的目的是要統(tǒng)一電纜的物理機械性能、電氣性能、阻燃和燃燒性能之間的矛盾；特別是基本上摸索出了一整套生產(chǎn)經(jīng)驗。從而開發(fā)出了無鹵、低煙、低毒阻燃電力電纜。
無鹵、低煙、低毒阻燃電力電纜除了保持普通電纜的一般特性和電氣性能外，還應(yīng)具有以下特點：具有優(yōu)良的阻燃性能；電纜材料燃燒時逸出的氣體毒性較低；逸出的鹵素氣體、氣體水溶液PH值及導(dǎo)電率低，具有低腐蝕性能；電纜燃燒時生成煙霧少。
額定電壓0.6/1kV及以下 無鹵低煙低毒阻燃船用電纜的主要技術(shù)特性如下：
產(chǎn)品應(yīng)符合GB9331.1“額定電壓0.6/1kV及以下船用電力電纜和電線”標(biāo)準(zhǔn)的要求；
船用電纜用的絕緣材料，應(yīng)符合IEC18A(France)58的要求；
船用電纜用的無鹵護套材料，應(yīng)符合IEC18A(CO)81的要求；
電纜燃燒時生成氣體的試驗，應(yīng)符合IEC754-1.2的要求；
電纜小樣材料燃燒生成物毒性指數(shù)的測定，應(yīng)符合 NES713的要求；
電纜成束垂直燃燒試驗，應(yīng)符合 GB12666.5 C類或B類的要求；
燃燒煙濃度試驗，應(yīng)符合 GB12666.7的要求。 3 研制的技術(shù)關(guān)鍵及措施方案 （1） 船用無鹵低煙低毒阻燃電力電纜產(chǎn)品技術(shù)文件編制。目前國內(nèi)尚無無鹵低煙低毒阻燃電力電纜產(chǎn)品的行業(yè)或國家標(biāo)準(zhǔn)，所以只能參考國際標(biāo)準(zhǔn)制定產(chǎn)品技術(shù)文件；
（2） 無鹵阻燃絕緣材料，參考國際標(biāo)準(zhǔn)IEC18A(France)58“關(guān)于改善船用電力電纜無鹵阻燃絕緣材料性能要求” ，并且氧指數(shù)不小于25。無鹵阻燃護套材料，參考國際標(biāo)準(zhǔn) IEC18A(CO)81“船用電力電纜無鹵低煙低毒阻燃護套材料性能要求”，并且氧指數(shù)不小于40；
（3） 成品電纜的成束垂直燃燒試驗、燃燒煙濃度試驗、電纜燃燒時生成氣體的試驗及小樣材料燃燒生成物毒性指數(shù)的測定，應(yīng)配備專用檢測設(shè)備。然而設(shè)備大都進口，動用資金較多，所以利用電纜行業(yè)檢測中心和各廠配備專用檢測設(shè)備，便于加快開發(fā)進度；
（4） 配方實踐證明，材料的物理機械性能、電氣性能及特殊要求的性能是與材料組分存在一定的關(guān)系的，采用數(shù)理統(tǒng)計方法和計算機技術(shù)是研究配方設(shè)計的捷徑，因此，決定采用“中心復(fù)合正交旋轉(zhuǎn)配方設(shè)計”軟件和人工經(jīng)驗相結(jié)合的方法進行配方設(shè)計，即使這樣，配方設(shè)計工作量還是相當(dāng)大的；
（5） 無鹵阻燃護套料加工較困難。因護套料選用不含鹵素的聚稀烴和超細阻燃劑，所以混煉時粘輥，升溫快，這不但加大了混煉的勞動強度，也容易造成設(shè)備和人身事故。為此，必須反復(fù)調(diào)整配方的加工工藝；
（6） 無鹵阻燃護套擠制較困難。由于無鹵阻燃護套料中含有較多的水合氧化鋁和水合氧化鎂填充劑，導(dǎo)致膠料硬度高，擠橡時生熱大，護套擠制困難。經(jīng)過生產(chǎn)實踐，加強溫度控制或采用熱喂料，可以消除擠出脫節(jié)和外徑不均的現(xiàn)象。 4 主要實驗研究 船用無鹵低煙低毒阻燃電力電纜開發(fā)，關(guān)鍵技術(shù)是研制阻燃絕緣和護套橡料。所謂阻燃橡料，是指能延緩著火、降低火焰?zhèn)鞑ニ俣�，且在離開外部火焰后，其自身燃燒火焰能迅速自行熄滅的橡料。作為電纜的基料，都是含有碳和氫的高分子有機化合物，因而，電纜不論是由于過載和短路造成絕緣過熱起火，還是外部火災(zāi)引燃電纜護套材料起火，實際都是聚合物在燃燒，研究抑制電纜燃燒機理致關(guān)重要。
評價聚合物可燃性，最常用的方法是氧指數(shù)法。氧指數(shù)表示試樣在氧氣和氮氣的混合物中燃燒時所需的最低含氧量。氧指數(shù)越大，表示聚合物可燃性越小，阻燃性能越好。船用無鹵低煙低毒阻燃電力電纜采用的主體材料是乙丙橡膠和聚稀烴，其本身氧指數(shù)約為20，要想達到技術(shù)關(guān)鍵指標(biāo)，必須進行材料的配方設(shè)計：
（1） 無鹵阻燃絕緣材料的配方設(shè)計。在三元乙丙橡膠為基的阻燃電纜料中，其硫化體系對阻燃性的影響較大。試驗結(jié)果表明：硫化劑DCP用量增加，膠料的交聯(lián)度和氧指數(shù)（OI）增大，但DCP用量過大時，可能導(dǎo)致可燃性物質(zhì)增加。因而DCP用量一般以3.0重量份為宜；共硫化劑TAIC的用量為0.5～2.0重量份時，膠料的氧指數(shù)顯著增大；共硫化劑TAIC/HVA-2的并用比為 1.0/0.5時，膠料的氧指數(shù)增大10%～15%。
無鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜絕緣料配方（重量份）：三元乙丙膠 100；氧化鋅 10；硬脂酸 2；防老劑 2；石蠟油 10；TAIC 2.0；HVA-2 1.0；DCP 3.0；煅燒陶土 30；超細滑石粉 30；Sb2O3 10；水合金屬氧化物若干。其性能見表1。 表1 無鹵低煙電纜絕緣料的主要性能要求 試驗項目 | 技術(shù)要求 | 實測值 | | 老化前試樣 | | | | 抗張強度/MPa | ≥9.0 | 11.7 | | 斷裂伸長率(%) | ≥120 | 220 | | 空氣箱熱老化試驗 | | | | 老化條件(135±2℃×168h) | | | | 老化后抗張強度變化率 | ≤±25 | +4 | | 老化后斷裂伸長率變化率 | ≤±25 | -3 | | 空氣彈老化試驗 | | | | 老化條件(127±1℃×40h) | | | | 老化后抗張強度變化率(%) | ≤±30 | +17 | | 老化后斷裂伸長率變化率(%) | ≤±30 | -8 | | 熱延伸試驗① | | | | 載荷下伸長率(%) | ≤175 | +22 | | 冷卻后永久變形(%) | ≤15 | 3 | | 耐臭氧試驗② | 表面不開裂 | 通過 | | 氧指數(shù)（自定） | ≥25 | 27 |
① 試驗條件：空氣溫度200±2℃，載荷時間15min，機械應(yīng)力20MPa。
② 試驗條件：臭氧濃度(按體積)0.025%～0.030%，時間30h。 （2） 無鹵阻燃護套材料的配方設(shè)計。若使以乙烯-醋酸乙烯脂共聚物（EVA）為基料的護套材料符合低鹵低煙無毒的要求，常用無機阻燃劑填充。試驗表明，采用氫氧化鋁、氫氧化鎂等效果顯著。橡料在受熱后，氫氧化鋁、氫氧化鎂會脫水分解，釋放結(jié)晶水，并吸收大量熱量，從而降低聚合物表面溫度，阻止燃燒蔓延以達到阻燃目的。當(dāng)氫氧化鋁與沉淀法白炭黑、陶土、MgCO3, 滑石粉共混時，橡料更具有良好的阻燃性，尤以加了MgCO3效果最好。最好選用改性處理和超細（納米）粒徑的上述無機阻燃劑，這不但可以提高阻燃性，而且便于混煉加工。
無鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜護套配方（重量份）：乙華平 100；氧化鋅 10；硬脂酸 2；防老劑X 2；石蠟油 10；TAIC 1.0；HVA-2 0.5；DCP 3.0；Sb2O3 10；炭黑 2.0；MgCO3 15；水合金屬氧化物若干。其性能見表2。 表2 無鹵低煙護套料的主要性能要求 試驗項目 | 技術(shù)要求 | 實測值 | | 老化前試樣 | | | | 抗張強度/MPa | ≥9.0 | 13.0 | | 斷裂伸長率(%) | ≥125 | 180 | | 空氣箱熱老化試驗 | | | | 老化條件(120±2℃×168h) | | | | 老化后抗張強度變化率 | ≤±30 | +8 | | 老化后斷裂伸長率變化率 | ≤±30 | -6 | | 浸油試驗 | | | | 試驗條件(100±2℃×24h) | | | | 浸油后抗張強度變化率(%) | ≤±40 | +7 | | 浸油后斷裂伸長率變化率(%) | ≤±40 | -6 | | 熱延伸試驗① | | | | 載荷下伸長率(%) | ≤175 | +25 | | 冷卻后永久變形(%) | ≤25 | -7 | | 氧指數(shù)（自定） | ≥40 | 47 |
① 試驗條件：空氣溫度200±2℃，載荷時間15min，機械應(yīng)力20MPa。
注：無鹵低煙護套料的主要性能要求是參照IEC92-359 SHF2。 （3） 無鹵阻燃絕緣材料和護套材料低毒、低腐蝕性的改善。當(dāng)阻燃絕緣材料和護套材料中加入氧化銻金屬氧化物阻燃劑時，電纜燃燒受熱分解，釋放出氫鹵酸和鹵元素時，它們與氧化銻反應(yīng)，生成三鹵化銻、氧化鹵銻和水，從而稀釋可燃氣體，使材料具有低毒、低腐蝕性。
（4）無鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜的產(chǎn)品試驗。對橡膠的配合體系采用計算機配方輔助設(shè)計，以便更進一步優(yōu)化配合材料的最佳配比，更好地提高產(chǎn)品的價值比。為此通過與某船舶研究院聯(lián)系，試制了兩種規(guī)格無鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜樣品。該產(chǎn)品為了達到理想的阻燃效果，成纜時采用無堿玻璃布繞包后再擠制護套，并送原機械工業(yè)部上海電纜研究所測試，全部性能合格，特別是燃燒煙濃度的透光率達89%，產(chǎn)品已經(jīng)用戶使用，性能優(yōu)越。產(chǎn)品性能見表3。 表3 無鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜性能 試驗項目 | 技術(shù)要求 | 實測值 | | 燃燒氣體腐蝕性試驗 | | | | 試驗條件(750～800℃×0.5h) | | | | 水溶液的PH值 | ≥4.3 | 6.2 | | 水溶液的電導(dǎo)率/(μS/mm) | ≤10 | 3.8 | | 毒性指數(shù)(絕緣材料) | ≤5 | 1.0 | | 絕緣電阻試驗 | | | | 20℃時體積電阻常數(shù)Ki/(MΩ·km) | ≥3670 | 9700 | | 85℃時體積電阻常數(shù)Ki/(MΩ·km) | ≥3.67 | 10.2 | | 交流電壓試驗 | | | | 3.5kV(5min) | 通過 | 通過 | | 1.8kV(4h) | 通過 | 通過 | | 電容增率試驗 | | | | △ C1(%) | ≤15 | 3.7 | | △ C2(%) | ≤5 | 1.4 | | 低溫試驗 ① | | | | 低溫卷繞試驗(D≤12.5mm) | 表面不開裂 | 通過 | | 低溫拉伸試驗 伸長率(%) | ≥20 | 通過 | | 低溫沖擊試驗 | 表面不開裂 | 通過 | | 燃燒特性 | | | | 成束燃燒試驗 | 通過 | 通過 | | 燃燒煙濃度試驗 | 通過 | 通過 | | 氫鹵酸氣體量試驗試驗/(mg/g) | ≤5 | 1.8 | | 毒性指數(shù)試驗 | ≤5 | 2.1 |
① 低溫試驗條件：將試樣放入低溫試驗箱中，試驗溫度調(diào)節(jié)為-15℃±2℃，放置時間為16h。 5 結(jié)束語 （1） 該產(chǎn)品已通過上海電纜研究所組織的專家鑒定，且榮獲原機械工業(yè)部科技成果三等獎；
（2） 該電纜的應(yīng)用將大大提高船舶的安全性；
（3） 通過對該電纜的成本分析，該電纜的材料及制造成本略高于普通阻燃型的船用電纜。 參考文獻：
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