從材料分析來認識電纜的阻燃特性

文｜杜邦中國集團有限公司 葉俊浩

由于近年來大樓內的電纜，尤其是數據通信電纜（局域網線）的使用數量急劇上升，電纜越來越成為大樓火災的隱患。有些客戶已開始認識到電纜的阻燃特性對大樓安全的重要性。市面上很多廠家都聲稱自己的電纜是阻燃電纜，但實際并非如此。真正的阻燃電纜對電纜的材料、制造工藝和測試方法都有著嚴格的規定。一些自稱是阻燃電纜其實并沒有阻燃的能力，甚至有些使用的是助燃材料，在火災中不僅不能阻止火勢蔓延，相反會提供大火持續燃燒的燃料。所以分清楚電纜是否真正的阻燃對大樓安全是十分重要的。廠家宣傳資料上的“阻燃”只能做為一種參考，因為沒有人會說自己的電纜是不阻燃的，但如果大家掌握一些材料方面的知識，多問幾個為什么，那么大多數所謂的“阻燃”電纜就會露出馬腳。

你應該要知道自己所用的電纜是用什么材料做絕緣的？

首先，要知道不同種類，不同用途的電纜所用的材料都是不一樣的，例如：電力纜和通信纜用的材料完全不同。同一根電纜外被層（外層）和絕緣層（內層）的材料也是不一樣的。以我們今天所討論的數據通信電纜（局域網線）為例，無外乎表1所示的幾種材料。

表1中所列的電纜名稱只是因為市場上大家都這么稱呼，有些是材料名，有些是測試標準名，并不是統一的叫法，在后文里筆者會提出如何正確稱呼電纜的阻燃性能。

表1

從表1中可看出在絕緣層的材料選擇中只有聚乙烯PE和氟塑料FEP兩種，其中原因是：無論是超5類線還是6類線，甚至是更高速率的7類線，屏蔽的還是非屏蔽的線，其首要的功能是保證信號能夠在導體中有效地傳輸。對絕緣層來說，材料直接包覆在導體上，起到的作用是使電子不從導體中溢出，用宏觀的電氣指標來說就是減少信號的衰減。所以簡單的來講，電纜的電氣性能指標是由絕緣層材料來負責的。

我們再來看 PE和 FEP的分子結構圖，如圖1、圖2所示

圖1 聚乙烯PE的分子結構

圖2 氟塑料FEP的分子結構圖

大家可以發現兩者都是一種對稱的分子結構，這種對稱的結構可以保證對信號的衰減影響最小，所以在選擇絕緣層材料時，為了保證線纜的電氣特性指標，必須從PE或者FEP這種對稱結構的材料里去選擇。

同樣的道理，為了保證線纜的電氣性能，絕緣層的材料是有純度要求的，因為雜質的介入會破壞材料對稱的結構特性，從而降低材料對信號的保護能力，表現為衰減等電氣指標的惡化，從而達不到超5類、6類的電氣要求。阻燃劑相當于一類雜質，所以在絕緣層里是不能添加阻燃劑，只能是純的PE或純的FEP。

我們在電纜制造中要追求線徑的穩定、同心度的穩定、表面的光滑都是為了保證這種結構上的對稱，從而達到電纜所需要的電氣指標。

解釋完絕緣層對材料的要求后我們再來看外被層。外被層主要承擔物理保護，對電氣性能的要求相對較低，所以沒有對稱結構的要求，選擇的范圍要廣一些，也可以添加各種各樣的阻燃劑來提高線纜的阻燃能力。每個廠家提供的阻燃劑配方都不相同，所以線纜的阻燃能力也不同，這就是為什么有的低煙無鹵線纜能通過60332-3的燃燒，而有些只能通過60332-1的測試。

另外大部分阻燃劑只是在火災的初始階段起作用，其原理是利用化學反應產生一定量的水，來阻止基礎材料的燃燒，這個過程稱為“水合”作用。一旦阻燃劑消耗完，其基材仍然會燃燒，甚至會更加劇烈的燃燒，同時阻燃劑反應后的余留物質各種各樣，大多數是有毒有害的，同時會帶來環保等遺留問題。所以我們認為添加阻燃劑只是一種治標不治本的方法，真正的阻燃還是依賴于材料本身的阻燃特性。

還有一點需要強調的是線纜的阻燃并不是單單依賴外被材料的阻燃能力，相反的絕緣層材料起了更多的影響，一方面是絕緣層材料無法添加阻燃劑來阻燃，而且其在線纜中的用量會大于外被層，一旦達到材料的燃燒溫度，就會燃燒。所以我們會在絕緣層材料上選擇自身具有阻燃性能的材料，例如氟塑料FEP來提高整根線纜的阻燃能力。

弄清楚手上的電纜是何種材料做的絕緣層和外被層，對選擇正確的電纜阻燃等級是有幫助的。但往往廠家不能詳細說明電纜所用的材料，這時候你需要留一個心眼，小心用到“助燃”的阻燃電纜。你可以要求廠家提供權威的燃燒測試報告，例如美國UL或歐州IEC的測試報告。注意是權威的也就是用行業里都公認的測試方法測出來的報告，而不是某個廠家自己推行的某種測試方法。因為不同的測試方法會得出不同的測試結果，有些廠家會因為突出自己的某個指標而混淆視聽。最常見的是某些低煙無鹵電纜為了突出耐火時間用60332-1的燃燒測試方法來代替60332-3的方法。結果是表面上時間是變長了，實際上60332-1是單根燃燒試驗，60332-3是成束的燃燒，光看時間并不能代表電纜的阻燃性就好。所以要用權威的測試標準來衡量電纜的阻燃能力，而不是用非標準的測試方法來追求某一個指標的優劣。

目前行業所認可的測試方法以及標準之間的對應關系，如表2所示。

所以我們建議用電纜所能通過的燃燒測試標準來稱呼電纜，而不是用材料來稱呼。例如：低煙無鹵線纜的名稱很難準確的表達電纜是60332-1級別的還是60332-3級別的，所以可以直接用60332-1電纜或60332-3級電纜來稱呼這類電纜，也可用美國標準里對應CMx線纜( 相當于60332-1)或CM線纜（相當與60332-3）來稱準確表述低煙無鹵類電纜。

大家可能已經發現：低煙無鹵類的線纜無論是60332-1線纜還是60332-3線纜都是阻燃等級較低的電纜，這是因為這類電纜的絕緣層材料和外被層的基本材料PE聚乙烯材料的本身特性所決定的。聚乙烯材料本身容易燃燒，其燃燒性能甚至超過了PVC聚氯乙烯，如圖3所示。

表2

純的PE材料其燃燒性能大致與汽油的燃燒性能相當，即使在外被層添加了阻燃劑，其燃燒性能還是幾種材料里最高的。一旦阻燃劑消耗完，一根低煙無鹵類的電纜就好比一根固體汽油在燃燒。可想而知在電纜密集的地方，例如數據中心、商業大樓等地方，集中的低煙無鹵電纜好比一個加油站，安全隱患十分突出。所以在很多場合的設計規范里都明確指出要使用真正阻燃的CMP級電纜來保證所處場地的防火安全。

2009年6月頒布的《電子信息系統機房設計規范》（GB 50174-2008）里規定：在A類機房里應使用CMP阻燃級別的電纜。在一些行業的標準里更是指明了具體的應用場合。例如在鐵道部2009年12月頒布的《高速鐵路設計規范》（TB 10621-2009）里指明了在調度中心、票務中心及調度所信息設備機房都需達到 GB 50174-2008里A類建筑的標準使用CMP等級的電纜。

隨著國內對阻燃電纜的認識加深以及標準的日益完善，真正的阻燃電纜會逐步被大家所認識，并在需要的場合里合理的使用。希望本文能幫助大家對材料有進一步的認識，從而正確地了解所購電纜的阻燃特性。

圖3 不同類型電纜材料的燃燒性能對比