绝缘材料氧指数与成束阻燃特性的关系研究

童李霞，王海萍

（江西省产品质量监督检测院，江西 南昌 330052）

如今，公共设施和居住工程发展迅速，高层建筑群越来越多，建筑物内外装饰和居室的电气化使得传输电能的电线电缆遍布于整个建筑物，给人们的工作和生活带来了极大的方便，尤其是聚氯乙烯绝缘无护套阻燃电缆已广泛应用到与普通消费者直接接触的家庭装修、家用电器接线等场合，电线电缆阻燃性能的好坏也直接影响着使用和居住安全，所以电线电缆生产企业纷纷研发、生产阻燃产品，已取得很好的经济及社会效益[1]。阻燃电缆根本特性是在火灾情况下，电缆有可能被烧坏而不能正常使用，但可以阻止火势的迅速蔓延，而聚氯乙烯绝缘无护套阻燃电缆的成束燃烧试验经常发生不合格现象，这就给人身和财产安全带来很大的隐患。目前，电缆行业内普遍认为绝缘材料的氧指数越高，产品的阻燃特性越好，很多企业在生产阻燃电线电缆选用原材料时也是要求绝缘材料的氧指数越高越好，很多原材料供应商也一味追求绝缘材料的高氧指数性能。那么，氧指数值越小成束阻燃试验炭化长度越大，氧指数值越大成束阻燃试验炭化长度越小，这一经验规律是否真的可靠呢？

1 试验方法概述

电线电缆种类繁多，生产工艺多样，产品性能不同，但是性能好成本低是用户的一致要求，包括阻燃性能。聚氯乙烯绝缘无护套阻燃电缆结构简单，只有导体和绝缘，其阻燃性能取决于绝缘材料性能，包括机械强度、介电强度、热失重、热稳定、氧指数等。其中，氧指数是指在规定的试验条件下，处于室温下的材料在O2和N2混合气体中刚好维持有焰燃烧时的最小氧浓度，以体积的百分率表示。氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧。所以理论上聚氯乙烯绝缘无护套阻燃电缆的阻燃性能很大程度上就取决于绝缘材料的氧指数值大小。

目前，已经有针对电力电缆护套氧指数与电缆阻燃性能的相关研究，但没有针对绝缘材料氧指数与聚氯乙烯绝缘无护套阻燃电缆的阻燃性能的研究。现阶段生产企业对于阻燃电缆原材料的选择主要是考察材料的氧指数值。氧指数值高的材料生产出来的产品具有更好的阻燃效果，基本成为线缆行业内的共识[2]。生产企业在生产聚氯乙烯绝缘无护套阻燃电缆产品时，也是优先考虑氧指数高的绝缘材料，认为这样才能生产出合格的产品。有些较大的生产企业也在用不同氧指数绝缘材料生产的电缆样品进行成束燃烧试验，研究旨在建立两者的关系，希望能够帮助企业制定合适的原材料进货技术要求和规程，以便保证相关产品的质量，但是企业相关检验技术力量不强且各自为战，暂没有结论。同时聚氯乙烯绝缘无护套阻燃电缆的成束燃烧试验合格率又不高，给消费者人身财产安全留下了隐患，企业又不知如何改进。况且聚氯乙烯绝缘无护套阻燃电缆需要的生产设备和生产工艺简单，是大部分电线电缆生产企业都在生产的产品，一些小型企业和家庭作坊式生产企业主要生产该类产品，但该类产品既未纳入工业产品生产许可证管理，也未纳入CCC产品质量认证目录，这给产品质量安全留下了隐患，同时中小型企业由于检验设备和人员能力等相对较薄弱，所以在聚氯乙烯绝缘无护套阻燃电缆产品的阻燃性能质量控制效果方面让人担忧。

成束阻燃性能是使用者特别关心的一项电缆产品特性，采购方迫切希望验证所购买的产品是否具备相应的阻燃性能，但成束阻燃试验费用较高且需大量试验样品[2]。如果可以通过对材料性能的分析找到其与成束阻燃性能之间的关系，就可以为广大的聚氯乙烯绝缘无护套阻燃电缆生产企业的绝缘材料采购提供帮助。所以我们采用归纳统计的方法，通过不同氧指数的绝缘材料生产的聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆按照GB/T 18380.35—2008《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验 第35 部分：垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验C 类》进行成束燃烧试验，同时也对每个样品的绝缘材料按照标准GB/T 2406.1—2008《塑料用氧指数法测定燃烧行为 第1 部分：导则》和GB/T 2406.2——2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分：室温试验》进行氧指数试验，希望找出绝缘材料的氧指数与该成品成束燃烧试验结果之间的关系。如果绝缘材料的氧指数与聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆阻燃特性之间存在明显的关系，那电线电缆企业可以根据绝缘材料的氧指数值进行进货检验验证，既可以精确控制产品的成本，又可保证产品质量。

2 试验过程及试验数据

试验总共采用27 批次样品，均为聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆（ZC-BV 450/750V 1×4）[3]，样品分别来自15 家生产企业，生产样品所用的聚氯乙烯绝缘材料来自7 家企业，其氧指数值覆盖了24.4%~32.0%。27 批次样品的成束电缆燃烧试验在同一台成束电缆燃烧试验系统设备上完成，制样和试验人员保持不变，试验条件满足标准GB/T 18380.35—2008《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验 第35 部分：垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验C 类》要求，且空气流量等设置保持相同，试验时间也集中连续，试验时环境的温湿度等条件比较接近，保证了成束燃烧试验结果的可比较性；绝缘材料氧指数检验按照标准GB/T 2406.1—2008《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第1部分：导则》和GB/T 2406.2—2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2 部分：室温试验》进行，27 批次样品的绝缘材料的氧指数试验均在同一台数显氧指数测定仪上完成，制样设备、人员和条件保持一致，试验人员保持不变，试验时间也集中连续，试验时环境的温湿度等条件比较接近，也保证了绝缘材料氧指数试验结果的可比较性。

通过绝缘材料的氧指数试验和对应成品的成束燃烧试验，推断出绝缘材料氧指数值与聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆阻燃特性的关系。具体结果见表1和图1。

表1 C 类成束燃烧及绝缘材料氧指数试验结果

3 试验数据分析

绝缘材料氧指数与试样上碳化的长度距离喷嘴底边向上的距离的关系（C 类成束燃烧试验结果与该样品绝缘材料的氧指数值的关系）如图1 所示。图1 中每个点代表一个试样。纵坐标为试样进行相应类型成束燃烧试验的最终炭化长度，横坐标为该试样绝缘材料氧指数值测定结果。通过以上实验数据发现，当绝缘材料的氧指数值小于26.0%时，用其生产的聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆在成束燃烧试验中试样上碳化的长度距离喷嘴底边向上的距离较大，而且出现成束燃烧试验不合格概率较大；当绝缘材料的氧指数值大于等于26.0%且小于28.0%时，用其生产的聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆的成束燃烧试验合格概率较大，但试样上碳化的长度距离喷嘴底边向上的距离数据波动较大，同时能看到随着氧指数值增大，试样上碳化的长度距离喷嘴底边向上的距离变短，可以说阻燃性能变好了；当绝缘材料的氧指数值大于等于28.0%时，用其生产的聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆的成束燃烧试验合格概率很大，但是绝缘材料的氧指数值继续增大对聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆在成束燃烧试验中试样上碳化的长度距离喷嘴底边向上的距离却无明显改善，即阻燃性能无实质提升。

图1 绝缘材料氧指数与试样上碳化的长度距离喷嘴底边向上的距离的关系

同时，当绝缘材料的氧指数值大于等于28.0%时，此次提供试验样品的大、中、小型电线电缆企业选用不同氧指数值的绝缘材料，在各自的设备环境生产条件下，按照各自的生产工艺生产出来的16 批次聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆的成束燃烧性能都合格，而且16 批次样品成束燃烧试验中试样上碳化的长度距离喷嘴底边向上的距离数据都很接近，可以认为只要企业产品质量控制到位，尤其是对绝缘材料进货检验及生产工艺控制到位，大、中、小型电线电缆企业生产的聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆产品的成束燃烧性能同样优异。

研究表明，绝缘材料的氧指数值与成束燃烧性能优劣有一定的联系，但是也并不完全是材料氧指数值越高阻燃效果越好，从聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆的试验数据来看，当材料氧指数值高过一定值后，其对阻燃效果的影响就基本可以忽略，所以长期以来我们认为的那条“经验曲线”其实是不完全正确的，这个结果也提示相关生产企业，完全以材料氧指数值作为阻燃产品的选材依据并不可靠。为了保证聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆产品的阻燃性能，建议企业选用氧指数值不低于28.0%的绝缘材料，但只要选用氧指数大于等于28.0%的绝缘材料即可，不需要一味要求更高氧指数的绝缘材料，如此可以降低企业的原材料成本，有助于企业产品竞争力的提升。

4 结论

对企业的建议：（1）原材料进货检验时，应加强绝缘材料氧指数值的验证；（2）合理考虑聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆的绝缘材料成本。

不足之处：（1）只选择了ZC-BV 450/750V 1×4 一种型号规格的聚氯乙烯绝缘无护套阻燃C 类电缆，试验数据和结论存在一定的局限性；（2）样本数量有限，且仅涵盖了江西省企业，只能反映江西省企业产品的质量情况。综上，希望广大原材料及电线电缆企业和检验检测同行进行更广泛的数据验证。