试论无卤低烟阻燃电缆及其性能

■刘 克 ■山东省建筑科学研究院，山东 济南 250031

在上个世纪70年代国外已经重视无卤低烟阻燃电缆对于防止火灾蔓延方向的研究，并且取得了很大的进展，，但是由于技术发展的限制，传统的阻燃电缆的保护层材料的选择主要是使用阻燃聚氯乙烯、氯磺化聚乙烯等含卤素材料来防止火灾的蔓延。然而这些阻燃电缆属于易燃材料，同时材料在燃烧中会释放出大量的有毒有害烟物和腐蚀性的气体，气体的透光差，给火灾现场逃生和救援工作制造了很多困难，而且毒性气体容易使人窒息，严重危及人的生命财产安全。随着科学技术的发展，发达国家开始进行无卤低烟阻燃电缆的研究以及生产应用，并且有了突破性的的进展，无卤低烟阻燃电缆得以在各个领域广泛的应用，随着我国开始重点建设高层建筑，发电厂，核电站，铁路等重要公共基础设施，对我国无卤低烟阻燃电缆的性能提出了更高的要求。所以近年来我国不断重视无卤低烟阻燃电缆的研究和实际应用性能的开发，产品已经在国家重点建设项目的作为重要的防火材料得以广泛的使用。

1 无卤低烟阻燃电缆的阻燃原理

低烟无卤电缆材料材质的选择主要是交联聚乙烯绝缘，阻燃交联聚烯烃，乙烯丙烯橡胶，阻燃乙烯丙烯橡胶，硅橡胶等;外层保护套普遍使用低烟无卤热固性或热塑性聚烯烃材料。低烟无卤电缆所使用的绝缘护套的材料材料选择，目前普遍使用的水合金属氧化物作为阻燃剂填料，材料的阻燃原理是材料中的水合金属氧化物的结晶水的热量被释放后，吸收了大量的热量，从而阻止聚合材料的温度升高，来达到阻燃的目的;同时，水蒸汽的脱水分解反应可以稀释燃烧产生大量的可燃性气体，达到阻燃目的。用作水合金属氧化物的无卤素阻燃剂散发出的结晶水的温度范围必须确保在该聚合物的成型温度和分解温度的混合特性之间，以便具有阻燃效果，当前我国应用的阻燃剂材料通常用于的Al(OH)3和Mg(OH)2，．除此之外，为了增强阻燃效果和降低的阻燃填料的添加量，所以在阻燃剂的选择上普遍使用的是磷系阻燃剂。磷系阻燃剂在受热后发生脱水反应，可以把空气中分离形成的易燃聚合物的表面构成一层聚合物膜，起到阻燃的目的;而促使形成脱水炭化聚合物非易燃的保护层，起到阻燃的效果。然而，添加的磷系阻燃剂会使烟雾量增加，所以抑烟剂(通常钼化合物)是必须添加的。

2 无卤低烟阻燃电缆结构性能研究

2．1 无卤低烟阻燃电缆材料性能分析

根据阻燃电缆燃烧过程中产生的气体释放量和出烟量可以讲无卤低烟阻燃电缆可分为普通型阻燃电缆，低烟低卤阻燃电缆和无卤低烟阻燃电缆三种。无卤低烟阻燃电缆也叫做AP电缆。AP电缆的材料选择是应用不含卤素的聚烯烃，在电缆燃烧的过程中阻燃效果良好，发烟量也比较低，同时腐蚀性也不强。用于制造电缆保护外层，填充物，隔离层等的有机材料选择，都不使用含卤素的材料，在电缆发生燃烧时不会产生大量的烟雾和具有腐蚀性的气体。

2．2 无卤低烟阻燃电缆阻燃性能分析

电缆在燃烧过程中可以减缓火焰的传播速度。对于材料的检验通常用氧指数来进行评估，燃烧过程的高分子材料首先在高温条件下发生热熔融，然后开始软化，然后进一步分解在更高温度环境中，混合气体的分解和空气中的氧气相互混合，由于点火或者引火导致发生火灾，火灾或发生自然熄火时所处于的临界氧气浓度，作为材料易燃性的指标，通常被称为氧指数，符号表示为OI，数值越大，越不易燃烧。阻燃绝缘材料的氧指数通常是在26至30之间，电缆护套的阻燃材料通常是氧指数会高于30，甚至达到45或更多。

2．3 无卤低烟阻燃电缆机械性能和电气性能分析

低烟无卤电缆被用在不发生火灾的情况下与普通电缆的性能是相同的，所以无卤低烟阻燃电缆必须具有相应的机械性能和电气性能，才能够达到无卤低烟阻燃的使用标准。因为低烟无卤材料的基础材料是聚烯烃，通过加入阻燃剂填料，增强材料的阻燃性能，加入填充材料不可避免地降低了材料的机械和加工性能。除此之外，低烟无卤阻燃特性和阻燃因素本身是相互制约的，所以低烟无卤材料虽然具有良好的机械性能和电气性能，相互限制。目前无卤低烟阻燃电缆机械性能和电气性能状态:无卤低烟阻燃材料机械和电气性能比普通材料略低;但是随着我国不断重视对无卤低烟阻燃电缆的研究，无卤低烟阻燃电缆的各项性能指标将会有很大程度的提高，以达到普通材料的性能标准，由中国自主研发的低烟无卤阻燃绝缘材料和护套材料(包括热塑性塑料和热固性材料)可以满足IEC标准及达到国际上同类产品的要求水平，证明我国的无卤低烟阻燃电缆研究开发工作发展迅速。

2．4 无卤低烟阻燃电缆性能评价

在发生火灾的情况下，低烟无卤电缆不仅具有阻燃性能，而且电缆在燃烧中也同时具有低烟雾量和燃烧产生的气体是无害的(毒性较低和非腐蚀性无害气体)，所以国际电工委员会(IEC)和其他拥有无卤低烟阻燃电缆先进研发技术的发达国家对于无卤低烟阻燃电缆性能评价已经开发一个专业的评估方法来评估和测试无卤低烟阻燃电缆性能标准，以确保其功能可以达到实际应用中正常运作的水平。

3 结语

随着我国社会经济的迅速发展，人们的越来越重视环境保护和生活环境的安全，所以提高无卤低烟阻燃电缆使用量能够满足人们对于环保和环境安全的需求，市场前景将十分广阔，但由于低烟无卤电缆具有良好的阻燃效果，必须加入过度的阻燃剂材料，这在很大程度影响了机械性能和电气性能。因此，在加强对于阻燃机理研究的基础上，重视开了新型阻燃性的研发工作，以减少阻燃剂对无卤低烟阻燃电缆性能的影响，提高电缆的阻燃效果，增强电缆机械和电气性能。

［1］史翔，段雪．阻燃剂的发展在塑料中的应用．塑料，2008，31(3):11－15．

［2］蒋陆肆，周开颜等．阻燃耐火系列电线电缆［A］．2009海峡两岸机械科技论坛文集［C］．2009．