学位论文_无卤低烟阻燃电缆设计.docVIP

无卤低烟阻燃电缆设计 阻燃电缆在过去20多年的实践过程中，多采用氯丁胶和聚氯乙烯PVC作为护套材料，一旦受热和烧着，其燃烧释放出的烟雾量非常大，用IEC61034或GB/T17651-1998测量出的透光率在10%以下，而且其释放出的氯化氢（HCL）气体含量很多，用IEC60754或GB/T17650-1998测量的HCL含量达到200~300mg/g。如此浓的烟雾再加上如HCL、H2S和CO等毒性气体对人的呼吸系统的刺激和血液中毒，受灾的人员根本无法逃离火灾现场。据国外消防白皮书记载，这种在“二次灾害”中伤亡的人员占整个火灾伤亡人数的70%~80%，在我国煤矿火灾事故的伤亡人数中，受害于“二次灾害”的人数比例也是非常可观。为此，含卤阻燃如PVC电缆又到了一个必须更新的重要阶段，研制和应用无卤阻燃或低烟低毒（卤）阻燃电缆是非常必要的，也是阻燃电缆发展的必然趋势。 图 不同的塑料燃烧产生烟雾浓度差异 为了说明高聚物材料对电缆燃烧烟浓度的影响，选择了如martinswerk的PVC-P和EVA无卤低烟阻燃料的试片的烟密度曲线图和中国电工技术学会年会建筑线缆论文集P145的图，有关无卤低烟阻燃电缆、低卤低烟阻燃电缆、普通PVC阻燃电缆等几种类型电缆，按照GB12666.7-90《电线电缆燃烧烟浓度试验方法》的规定测定其在燃烧过程中的最低透光率。最低透光率越小，则电缆燃烧烟浓度就越大；反之则电缆燃烧烟浓度就越小，试验结果如图所示。 视野清晰 视野模糊 无视野 图 燃烧不同的电缆透光率变化曲线 1-无卤低烟阻燃船用电力电缆 2-无卤低烟阻燃控制电缆 3-低卤低烟阻燃PVC护套XLPE绝缘电力电缆 4-低卤低烟阻燃PVC绝缘及护套电力电缆 5-普通阻燃PVC绝缘及护套电力电缆 6-普通阻燃PVC绝缘及护套控制电缆 由图所知，无卤低烟阻燃电缆燃烧时发烟量小，其最低透光率一般在80%以上（视野清晰）；低卤低烟阻燃电缆发烟量居中，其最低透光率约在45%~50%之间（视野模糊）；普通PVC阻燃电缆的发烟量最大，其最低透光率约在10%~20%左右（无视野）。就发烟量而言，无卤低烟阻燃电缆比其它类型的阻燃电缆具有低发烟性能，因而广泛应用于人员密集活动场所如宾馆、娱乐场所、学校、办公楼、商场、轨道交通、船舶、海上石油钻井平台、核电站、机房等空间有限的地方和关键场所。 表 电缆常用部分高聚物材料的烟密度 序号 材料名称 试验方法ASTM E662 Dm 无焰法 NF 有焰法F 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 乙丙胶 交联聚乙烯绝缘料 70℃PVC绝缘料 70℃阻燃PVC护套料 低卤低烟阻燃PVC绝缘料 低卤低烟阻燃PVC护套料 低卤低烟阻燃聚烯烃护套料 无卤低烟阻燃乙丙绝缘胶料 无卤低烟阻燃EVA护套料 无卤低烟阻燃护套料（进口） 无卤低烟阻燃护套料（进口） 121 160 483 511 308 634 57 332 236 171 226 170 134 563 795 620 543 276 90 81 61 64 表中的数据使用1mm厚度的试片测得的。 聚乙烯等树脂燃烧时，生成了促进燃烧反应的OH游离基。含卤素聚合物和阻燃剂（图中是含氯阻燃剂），由于材料燃烧而分解，生成氯化氢。氯化氢能捕捉OH游离基，产生稳定作用，自身抑制了燃烧反应。这样的卤素类聚合物，加少量就能得到高的阻燃性。可问题是在燃烧时产生了对人体有害的卤化氢气体。近年来环境意识加强，采用无卤电线产品的要求，迅速增加。 图 含卤阻燃剂的阻燃机理 不含卤素的阻燃剂代表，是金属氢氧化物阻燃剂和含磷阻燃剂。有代表性的是金属氢氧化物阻燃剂，如氢氧化铝（ATH）和氢氧化镁（MDH）。它们的阻燃机理，通常认为是由于其热分解时吸热，降低了燃烧物的温度所致，与卤素阻燃剂相比，阻燃效果差。可它在燃烧时没有HCL之类毒性气体发生，所以在必须开发无卤阻燃电缆的阻燃剂时，就有必要研究金属氢氧化物体系阻燃剂。 ATH及MDH阻燃作用的原理是吸热分解反应，生产氧化铝，氧化镁和水。分解产品都是无毒且无腐蚀性的。在ATH及MDH分解时，能吸收有机聚合物的混合物，在燃烧过程中释放的大量热能。 ATH的反应过程 2AI（OH）3 Al2O3+3H2O MW 78 每分解一克氢氧化铝耗1.05l焦耳热量 MDH也是经过这样的反应过程而产生氧化镁。 Mg（OH）2 MgO+H2O MW 58 每分解一克氢氧化镁需热量1.316焦耳。 聚合物塑料能因此避免迅速被热分解，而可燃衍生物的产生也可被抑制，同时裂解中产生的水气能排挤空气（氧气）并在物体表面形成保护膜层，另外一种含有碳化物、氧化铝及氧化镁的耐温炭渣会在塑料表面形成进一步阻止火势蔓延，它也能通过吸附一些燃烧衍生物而大大的降低烟雾产生。