1 前言 隨著人類社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使人類從自然界中獲得了巨大的利益和自由，同時(shí)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(kuò)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(yán)重影響消防救援和現(xiàn)場(chǎng)人員的撤離，從而擴(kuò)大了災(zāi)害。為此，無(wú)鹵、低煙、低毒阻燃電力電纜需求旺盛，并廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。
我國(guó)在“電線電纜產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃研究”中，“九五”計(jì)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(wú)鹵低煙低毒型橡套電纜和塑料電纜，中壓級(jí)船用電纜等。本文介紹了無(wú)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(jì)需達(dá)到的要求 無(wú)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(jì)、材料選購(gòu)、配方對(duì)比試驗(yàn)、工藝試驗(yàn)、型式試驗(yàn)及試運(yùn)行試驗(yàn)等各階段來達(dá)到選定技術(shù)指標(biāo)。特別是無(wú)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(jī)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(yàn)。從而開發(fā)出了無(wú)鹵、低煙、低毒阻燃電力電纜。
無(wú)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(diǎn)：具有優(yōu)良的阻燃性能；電纜材料燃燒時(shí)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(shí)生成煙霧少。
額定電壓0.6/1kV及以下 無(wú)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(wú)鹵護(hù)套材料，應(yīng)符合IEC18A(CO)81的要求；
電纜燃燒時(shí)生成氣體的試驗(yàn)，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(cè)定，應(yīng)符合 NES713的要求；
電纜成束垂直燃燒試驗(yàn)，應(yīng)符合 GB12666.5 C類或B類的要求；
燃燒煙濃度試驗(yàn)，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(wú)鹵低煙低毒阻燃電力電纜產(chǎn)品技術(shù)文件編制。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)無(wú)鹵低煙低毒阻燃電力電纜產(chǎn)品的行業(yè)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，所以只能參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定產(chǎn)品技術(shù)文件；
（2） 無(wú)鹵阻燃絕緣材料，參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC18A(France)58“關(guān)于改善船用電力電纜無(wú)鹵阻燃絕緣材料性能要求” ，并且氧指數(shù)不小于25。無(wú)鹵阻燃護(hù)套材料，參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) IEC18A(CO)81“船用電力電纜無(wú)鹵低煙低毒阻燃護(hù)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(yàn)、燃燒煙濃度試驗(yàn)、電纜燃燒時(shí)生成氣體的試驗(yàn)及小樣材料燃燒生成物毒性指數(shù)的測(cè)定，應(yīng)配備專用檢測(cè)設(shè)備。然而設(shè)備大都進(jìn)口，動(dòng)用資金較多，所以利用電纜行業(yè)檢測(cè)中心和各廠配備專用檢測(cè)設(shè)備，便于加快開發(fā)進(jìn)度；
（4） 配方實(shí)踐證明，材料的物理機(jī)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(jì)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)是研究配方設(shè)計(jì)的捷徑，因此，決定采用“中心復(fù)合正交旋轉(zhuǎn)配方設(shè)計(jì)”軟件和人工經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，即使這樣，配方設(shè)計(jì)工作量還是相當(dāng)大的；
（5） 無(wú)鹵阻燃護(hù)套料加工較困難。因護(hù)套料選用不含鹵素的聚稀烴和超細(xì)阻燃劑，所以混煉時(shí)粘輥，升溫快，這不但加大了混煉的勞動(dòng)強(qiáng)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(wú)鹵阻燃護(hù)套擠制較困難。由于無(wú)鹵阻燃護(hù)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(shí)生熱大，護(hù)套擠制困難。經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐，加強(qiáng)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(shí)驗(yàn)研究 船用無(wú)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(hù)套橡料。所謂阻燃橡料，是指能延緩著火、降低火焰?zhèn)鞑ニ俣龋以陔x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(jī)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(hù)套材料起火，實(shí)際都是聚合物在燃燒，研究抑制電纜燃燒機(jī)理致關(guān)重要。
評(píng)價(jià)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?dú)獾幕旌衔镏腥紵龝r(shí)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(wú)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(dá)到技術(shù)關(guān)鍵指標(biāo)，必須進(jìn)行材料的配方設(shè)計(jì)：
（1） 無(wú)鹵阻燃絕緣材料的配方設(shè)計(jì)。在三元乙丙橡膠為基的阻燃電纜料中，其硫化體系對(duì)阻燃性的影響較大。試驗(yàn)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(shí)，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(shí)，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(shí)，膠料的氧指數(shù)增大10%～15%。
無(wú)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(xì)滑石粉 30；Sb2O3 10；水合金屬氧化物若干。其性能見表1。 表1 無(wú)鹵低煙電纜絕緣料的主要性能要求 試驗(yàn)項(xiàng)目 | 技術(shù)要求 | 實(shí)測(cè)值 | | 老化前試樣 | | | | 抗張強(qiáng)度/MPa | ≥9.0 | 11.7 | | 斷裂伸長(zhǎng)率(%) | ≥120 | 220 | | 空氣箱熱老化試驗(yàn) | | | | 老化條件(135±2℃×168h) | | | | 老化后抗張強(qiáng)度變化率 | ≤±25 | +4 | | 老化后斷裂伸長(zhǎng)率變化率 | ≤±25 | -3 | | 空氣彈老化試驗(yàn) | | | | 老化條件(127±1℃×40h) | | | | 老化后抗張強(qiáng)度變化率(%) | ≤±30 | +17 | | 老化后斷裂伸長(zhǎng)率變化率(%) | ≤±30 | -8 | | 熱延伸試驗(yàn)① | | | | 載荷下伸長(zhǎng)率(%) | ≤175 | +22 | | 冷卻后永久變形(%) | ≤15 | 3 | | 耐臭氧試驗(yàn)② | 表面不開裂 | 通過 | | 氧指數(shù)（自定） | ≥25 | 27 |
① 試驗(yàn)條件：空氣溫度200±2℃，載荷時(shí)間15min，機(jī)械應(yīng)力20MPa。
② 試驗(yàn)條件：臭氧濃度(按體積)0.025%～0.030%，時(shí)間30h。 （2） 無(wú)鹵阻燃護(hù)套材料的配方設(shè)計(jì)。若使以乙烯-醋酸乙烯脂共聚物（EVA）為基料的護(hù)套材料符合低鹵低煙無(wú)毒的要求，常用無(wú)機(jī)阻燃劑填充。試驗(yàn)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(huì)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(dá)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(shí)，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(xì)（納米）粒徑的上述無(wú)機(jī)阻燃劑，這不但可以提高阻燃性，而且便于混煉加工。
無(wú)鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜護(hù)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(wú)鹵低煙護(hù)套料的主要性能要求 試驗(yàn)項(xiàng)目 | 技術(shù)要求 | 實(shí)測(cè)值 | | 老化前試樣 | | | | 抗張強(qiáng)度/MPa | ≥9.0 | 13.0 | | 斷裂伸長(zhǎng)率(%) | ≥125 | 180 | | 空氣箱熱老化試驗(yàn) | | | | 老化條件(120±2℃×168h) | | | | 老化后抗張強(qiáng)度變化率 | ≤±30 | +8 | | 老化后斷裂伸長(zhǎng)率變化率 | ≤±30 | -6 | | 浸油試驗(yàn) | | | | 試驗(yàn)條件(100±2℃×24h) | | | | 浸油后抗張強(qiáng)度變化率(%) | ≤±40 | +7 | | 浸油后斷裂伸長(zhǎng)率變化率(%) | ≤±40 | -6 | | 熱延伸試驗(yàn)① | | | | 載荷下伸長(zhǎng)率(%) | ≤175 | +25 | | 冷卻后永久變形(%) | ≤25 | -7 | | 氧指數(shù)（自定） | ≥40 | 47 |
① 試驗(yàn)條件：空氣溫度200±2℃，載荷時(shí)間15min，機(jī)械應(yīng)力20MPa。
注：無(wú)鹵低煙護(hù)套料的主要性能要求是參照IEC92-359 SHF2。 （3） 無(wú)鹵阻燃絕緣材料和護(hù)套材料低毒、低腐蝕性的改善。當(dāng)阻燃絕緣材料和護(hù)套材料中加入氧化銻金屬氧化物阻燃劑時(shí)，電纜燃燒受熱分解，釋放出氫鹵酸和鹵元素時(shí)，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?xì)怏w，使材料具有低毒、低腐蝕性。
（4）無(wú)鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜的產(chǎn)品試驗(yàn)。對(duì)橡膠的配合體系采用計(jì)算機(jī)配方輔助設(shè)計(jì)，以便更進(jìn)一步優(yōu)化配合材料的最佳配比，更好地提高產(chǎn)品的價(jià)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(wú)鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜樣品。該產(chǎn)品為了達(dá)到理想的阻燃效果，成纜時(shí)采用無(wú)堿玻璃布繞包后再擠制護(hù)套，并送原機(jī)械工業(yè)部上海電纜研究所測(cè)試，全部性能合格，特別是燃燒煙濃度的透光率達(dá)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(wú)鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜性能 試驗(yàn)項(xiàng)目 | 技術(shù)要求 | 實(shí)測(cè)值 | | 燃燒氣體腐蝕性試驗(yàn) | | | | 試驗(yàn)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(yàn) | | | | 20℃時(shí)體積電阻常數(shù)Ki/(MΩ·km) | ≥3670 | 9700 | | 85℃時(shí)體積電阻常數(shù)Ki/(MΩ·km) | ≥3.67 | 10.2 | | 交流電壓試驗(yàn) | | | | 3.5kV(5min) | 通過 | 通過 | | 1.8kV(4h) | 通過 | 通過 | | 電容增率試驗(yàn) | | | | △ C1(%) | ≤15 | 3.7 | | △ C2(%) | ≤5 | 1.4 | | 低溫試驗(yàn) ① | | | | 低溫卷繞試驗(yàn)(D≤12.5mm) | 表面不開裂 | 通過 | | 低溫拉伸試驗(yàn) 伸長(zhǎng)率(%) | ≥20 | 通過 | | 低溫沖擊試驗(yàn) | 表面不開裂 | 通過 | | 燃燒特性 | | | | 成束燃燒試驗(yàn) | 通過 | 通過 | | 燃燒煙濃度試驗(yàn) | 通過 | 通過 | | 氫鹵酸氣體量試驗(yàn)試驗(yàn)/(mg/g) | ≤5 | 1.8 | | 毒性指數(shù)試驗(yàn) | ≤5 | 2.1 |
① 低溫試驗(yàn)條件：將試樣放入低溫試驗(yàn)箱中，試驗(yàn)溫度調(diào)節(jié)為-15℃±2℃，放置時(shí)間為16h。 5 結(jié)束語(yǔ) （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(jī)械工業(yè)部科技成果三等獎(jiǎng)；
（2） 該電纜的應(yīng)用將大大提高船舶的安全性；
（3） 通過對(duì)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(xiàn)：
[1] 李志明．聚合物絕緣和護(hù)套電纜的阻燃化技術(shù)[J]．電線電纜，1995，（5）：6-9．
[2] 張殿榮，辛振祥．現(xiàn)代橡膠配方設(shè)計(jì)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001．305-318．
[3] 張慶虎．用于低煙無(wú)鹵阻燃電纜護(hù)套的拜耳乙華平(EVM) 橡膠[Z]．拜耳公司電線電纜技術(shù)研討會(huì)技術(shù)資料，2001．
[4] 樓南壽，高峰，凌春華．納米技術(shù)與繞組線生產(chǎn)[J]．電線電纜，2002，(2)：3-6．
|