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摘要：通過(guò)對阻燃低煙無(wú)鹵絕緣電纜及其要達到的IA級阻燃低煙無(wú)鹵絕緣電纜輻照交聯(lián)生產(chǎn)工藝的介紹．提出對一類(lèi)高層建筑以及重要的公共場(chǎng)所等防火等級高的建筑物，應按JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規范》要求使用低煙無(wú)鹵輻照交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜。

    JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《民規》)7．4．1條第二款第三項規定： “對一類(lèi)高層建筑以及重要的公共場(chǎng)所等防火要求高的建筑物，應采用阻燃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜、電線(xiàn)或無(wú)煙無(wú)鹵電力電纜、電線(xiàn)。”由于“阻燃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣”制造需要特殊生產(chǎn)工藝(輻照交聯(lián)工藝)．可能增加電纜成本。許多人認為要求過(guò)高，增加了線(xiàn)纜的投資。實(shí)際上早在2002年上海市就制定了DGJ 08—93—2002《民用建筑電線(xiàn)電纜防火設計規程》，其第5．1．3條規定： “當電線(xiàn)電纜成束敷設時(shí)，應采用阻燃電線(xiàn)電纜”(此條為強條)；第5．1．6條規定： “除直埋敷設的電纜和穿管敷設的電線(xiàn)電纜外，用于特級、一級場(chǎng)所的電線(xiàn)電纜應采用無(wú)鹵低煙型．用于二級場(chǎng)所的電線(xiàn)電纜宜采用無(wú)鹵低煙型” (該場(chǎng)所分級主要參照GB 50116—98《火災自動(dòng)報警系統設計規范》中火災自動(dòng)報警系統保護對象分級的規定)。上海市DGJ 08—93—2002與《民規》的要求是一致的，只是《民規》的要求更高。

    普通的交聯(lián)聚乙烯絕緣材料不含鹵素．雖然燃燒時(shí)不會(huì )產(chǎn)生大量毒氣及煙霧．但不具有阻燃性能。要增加阻燃性能．就需添加阻燃劑．目前較常用的是添加有鹵阻燃劑(如ZR—YJV型電纜、ZR—BV型電線(xiàn)等)，這種電線(xiàn)電纜燃燒時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量有毒煙霧；而添加其它阻燃劑(如氫氧化物等)．若采用非輻照的交聯(lián)工藝．會(huì )使電纜的機械及電氣性能下降．目前還只有采用輻照交聯(lián)工藝才能制造既不產(chǎn)生大量有毒煙霧。又能保證其機械及電氣性能的阻燃電力電纜、電線(xiàn)，如阻燃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電線(xiàn)電纜。

1 電氣火災
    《中國火災統計年鑒》數據顯示1993。2007年15年間．全國共發(fā)生火災152．76萬(wàn)起．其中電氣火災37．37萬(wàn)起．占火災總起數的24．5％。而2008年全國全年共發(fā)生電氣火災4．57萬(wàn)起．更是占到了火災總數的30．1％。電氣火災無(wú)論發(fā)生起數和直接經(jīng)濟損失都占據了各類(lèi)火災之首位。在電氣火災中。因火災引燃線(xiàn)纜發(fā)出的有毒氣體導致大量人員傷亡．并阻礙消防人員滅火。因此設計中正確選用電線(xiàn)電
纜，防止電線(xiàn)電纜的燃燒和降低電線(xiàn)電纜燃燒造成的危害．是非常重要的。
    正是基于有煙有毒電纜在火災時(shí)引起的危害．《民規》作出了上述“嚴格”的規定．要求采用阻燃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電線(xiàn)電纜。是非常必要的。是否因此就增加了投資呢，還需作具體分析。

2 阻燃電纜的分類(lèi)
    阻燃電纜的阻燃特性根據GB／T 19666—2005《阻燃和耐火電線(xiàn)電纜通則》分為A類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)、D類(lèi)．見(jiàn)表1。考核成束電纜的阻燃性能的試驗方法參照GB／T 18380．31．33。36—2008《電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗第3l，33～36部分》(見(jiàn)表2)．帶型的丙烷燃氣噴燈的火焰與試樣接觸，在垂直燃燒40(20)rain后熄滅火焰，試樣中測得的炭化部分應不超過(guò)噴燈底邊以上2．5 m。A類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)和D類(lèi)分別用以評定阻燃性能優(yōu)劣。

表I 現行產(chǎn)品燃燒特性代號

注：其他代號在考慮中。


表2 GB／T 18380．31，33。36—2008試驗要求

    公共安全行業(yè)標準GA 306．1—2007《阻燃及耐火電纜塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級和要求第l部分：阻燃電纜》將阻燃級別分為四級(I。iv)，每級按阻燃試樣類(lèi)別分為A類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)。見(jiàn)表3。該標準對低煙無(wú)鹵阻燃電纜的要求進(jìn)行了細化．比國家標準GB，T 19666—2005更高、更明確。其中最小透光率≥80％為I級、≥60％為II級、≥20％為III級、<20％為IV級。I級、II級為低煙無(wú)鹵型，III級和IV級為非低煙無(wú)鹵型。在一類(lèi)高層建筑以及重要的公共場(chǎng)所等防火要求高的建筑物，應采用IA或IB級低煙無(wú)鹵阻燃電纜．其它一般場(chǎng)所可采用IIA或lib級低煙無(wú)鹵阻燃電纜。目前只有采用輻照交聯(lián)工藝的阻燃低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜．可以達到I級。


表3 阻燃級別及技術(shù)要求

3 阻燃材料的演變
    上世紀70年代許多國家開(kāi)始研制阻燃電線(xiàn)電纜．人們首先想到了用含有鹵素的材料來(lái)進(jìn)行阻燃，因為含有鹵素的材料具有很好的阻燃性。此類(lèi)材料分為兩種：一種是材料的基體樹(shù)脂含有鹵素，如聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)等；另一種是材料的基體樹(shù)脂不含鹵素．如聚乙烯(PE)等，添加溴聯(lián)苯醚(有鹵阻燃)、氯化石醋(低鹵阻燃)，但是這些阻燃電線(xiàn)電纜存在高發(fā)煙高毒性的弊端．火災時(shí)會(huì )釋放出濃重的黑煙和氯化氫(HCI)氣體．造成被困人員看不到疏散路徑．吸入有毒氣體而窒息．形成二次災害。上世紀80年代國際上開(kāi)始研制低煙無(wú)鹵阻燃材料．這種材料的優(yōu)點(diǎn)是低煙、無(wú)毒．被明火燃燒時(shí)，產(chǎn)生金屬氧化物和水蒸氣。

4 低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴
    低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴是以無(wú)鹵聚烯烴為基體．將被EVA(乙烯一醋酸乙烯酯共聚物)活化了的大量氫氧化鎂或氫氧化鋁捏合在聚乙烯基體中．利用氫氧化物燃燒受熱時(shí)。分解成金屬氧化物和水．實(shí)現阻燃的目的。其反應式如下：Mg(OH)2一MgO+H20吸熱2A!(OH)3一Al：O 3+3H：0吸熱低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴是采用吸熱和金屬氧化物隔氧的方法來(lái)阻燃的，其阻燃機理：一是電線(xiàn)電纜燃燒時(shí)．表面氫氧化物發(fā)生分解反應．該反應是吸熱反應．吸收周?chē)�空氣中的大量熱量．降低了電線(xiàn)電纜表面的溫度；二是生成的水分子．也吸收了電線(xiàn)電纜表面的大量熱量；三是產(chǎn)生的金屬氧化物結殼．阻止了氧氣與有機物的再一次接觸。

5 交聯(lián)工藝
    低煙無(wú)鹵聚烯烴由于捏合了氫氧化物(也就是堿)作為阻燃劑，堿類(lèi)物質(zhì)很容易吸收空氣中的水分而潮解。使得絕緣層的絕緣電阻系數大幅度下降(可由原來(lái)的17．6 Mn／km降至O．1 MQ／km)。為防止潮解的發(fā)生．只有改變基體——聚烯烴的分子結構．由原來(lái)的線(xiàn)性結構變成三維網(wǎng)狀結構．形成致密層．以阻止空氣中的水分子與阻燃劑氫氧化物結合形成潮解．這一改變基體的過(guò)程稱(chēng)之為交聯(lián)。交聯(lián)的方式分為化學(xué)交聯(lián)和物理交聯(lián)兩類(lèi)。
5．1 化學(xué)交聯(lián)
    化學(xué)交聯(lián)又分為干法交聯(lián)和溫水交聯(lián)兩種．干法交聯(lián)是在溫度達300。400℃的高壓氣體中．經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間使聚乙烯分子鏈交聯(lián)。由于阻燃劑——氫氧化物在此高溫中分解為金屬氧化物和水．在電纜表面會(huì )出現裂紋及水泡．破壞了電纜絕緣層的完整和絕緣．因此干法交聯(lián)不能用于低煙無(wú)鹵材料。溫水交聯(lián)是將電線(xiàn)電纜置于90℃的溫水中浸泡5．7 h．在此狀況下．阻燃劑——氫氧化物將吸收大量的水分(潮解反應)．導致絕緣電阻下降，影響電纜的綜合性能．因此溫水交聯(lián)也不能用于低煙無(wú)鹵材料．
5．2物理交聯(lián)
    物理交聯(lián)又稱(chēng)輻照交聯(lián)．是利用電子加速器產(chǎn)生的高能量電子束流．轟擊絕緣層及護套。將高分子鏈打斷．被打斷的每一個(gè)斷點(diǎn)稱(chēng)為自由基．自由基不穩定．相互之間要重新組合．重新組合后由原來(lái)的鏈狀分子結構變成三維網(wǎng)狀的分子結構形成交聯(lián)。此交聯(lián)方式無(wú)高溫、無(wú)水，既能使聚烯烴交聯(lián)。又不影響阻燃性能及電氣性能．所以低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴只能采用輻照交聯(lián)的方式。

6 輻照交聯(lián)低煙霧鹵阻燃電線(xiàn)電纜的性能
6.1 電氣性能
    絕緣電阻常數(90℃)：17．6MQ／km。
6．2阻燃性能(無(wú)鹵、低煙特性)
a．電纜燃燒時(shí)氣體逸出試驗：絕緣pH值為6．74(≥4．3)，絕緣電導率為1．18(≤10)uS／mm。
b． 電纜燃燒時(shí)煙濃度試驗：透表4電纜性?xún)r(jià)比對照表
c．氧指數：38。
d．炭化高度：≤2．5 m；自熄時(shí)間：≤60 min。

    上述括號內為IA級阻燃級別技術(shù)要求。通過(guò)對比，低煙無(wú)崗輻照交聯(lián)電纜的阻燃性能優(yōu)良．高于困標IA級的要求。

6．3機械物理性能《耐高溫特性)
a．135℃、168 h空氣箱老化試驗：老化后抗張強度保留率為106％，老化后斷裂伸長(cháng)率保留率為90％。
b．熱延伸試驗(2000C、15 min)：負載下伸長(cháng)率≤175％．冷卻后永久變形率≤15％。

    輻照交聯(lián)低煙無(wú)鹵電線(xiàn)電纜達到了GA306.1-2007中的IA級阻燃級別；其允許長(cháng)期最高工作溫度達到135℃；短路溫度在280℃時(shí)，持續時(shí)間可達5min；敷射時(shí)的最小彎曲半徑，外徑小于25平方毫米及以下為7D（D為電線(xiàn)電纜外徑）、25平方毫米以上一般為10D（不同截面最小彎曲半徑略有不同，使用時(shí)需核實(shí)）；環(huán)境溫度最低-40℃。這些機械及電氣特征性?xún)?yōu)于普通交聯(lián)聚乙烯電纜。由于其優(yōu)異的阻燃絕緣性能，其90℃工作溫度下載流量比通載面的普通交聯(lián)聚乙烯電纜要大，電纜的使用壽命可達到35年，遠高于普通交聯(lián)聚乙烯電纜壽命（一般為20年）。因此采用輻照交聯(lián)低煙無(wú)鹵電線(xiàn)電纜即滿(mǎn)足了低煙無(wú)毒的高安全性要求，又具有一定的經(jīng)濟性。
    目前市場(chǎng)上還有一種低煙無(wú)鹵交聯(lián)聚乙烯的阻燃電纜，其絕緣層采用的是非阻燃絕緣材料，外層采用的是低煙無(wú)鹵阻燃聚乙烯材料，其阻燃級別最多只能達到II級，其性能與輻照交聯(lián)低煙無(wú)鹵阻燃電纜差距甚大，不能用于要求IA或IB級阻燃要求的建筑物內，其載流量與普通交聯(lián)聚乙烯電纜相當，不能稱(chēng)之為完全的底煙無(wú)鹵阻燃交聯(lián)聚乙烯阻燃電纜。在設計選型和安裝訂貨時(shí)，一定要注意這兩類(lèi)電纜的差別，避免造成不必要的損失。表4為電纜性?xún)r(jià)比對照表。

表4 電纜性?xún)r(jià)比對照表

7結束語(yǔ)
    《民規》7．4．1條第二款第三項所要求的電纜的絕緣和護套都為低煙無(wú)鹵阻燃聚乙烯．且為了保證絕緣層有可靠的機械性能和電氣性能．絕緣層必須交聯(lián)。因絕緣層中含有大量的氫氧化物阻燃劑。目前只能采用輻照交聯(lián)工藝．由于該工藝的特點(diǎn)．使電纜具有良好的機械和電氣性能．具有超長(cháng)的使用壽命．可同時(shí)滿(mǎn)足安全性和經(jīng)濟性的要求。
    以上輻照交聯(lián)低煙無(wú)鹵阻燃電線(xiàn)電纜的綜合性能參數是上海八方電T集團提供的數據．其它公司的相關(guān)產(chǎn)品的性能參數應由相關(guān)公司提供．以滿(mǎn)足工程的使用要求。

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