低煙無鹵高阻燃耐油船用電力電纜的改進與試制

摘 要：為提高船用電力電纜的阻燃性能，改進電纜內襯層的結構，從產品的設計思想、結構設計、生產工藝及試制要點進行了介紹，研制低煙無鹵高阻燃耐油船用電力電纜。

關鍵詞：低煙無鹵隔氧層；交聯度；PP隔離帶

引言

船用電力電纜絕緣采用交聯聚乙烯絕緣居多，因其優異的電氣性能、物理機械性能而得到廣泛應用，而交聯聚乙烯絕緣材料，氧指數OI≤22%，在空氣中就能夠點燃。根據以往成束燃燒試驗數據顯示，內襯層常規方式是采用繞包結構，該結構存在以下問題：①繞包帶與纜芯間不能緊密的結合在一起；②繞包帶搭蓋處留有空隙燃燒試驗時空氣很容易通過包帶的孔隙進入纜芯，引燃絕緣材料，加速電纜的整體燃燒，A類成束燃燒試驗比較接近臨界值，如材料阻燃性能有波動，燃燒試驗通不過。如果內襯層擠包低煙無鹵隔氧層來替代繞包結構，在不增加電纜外徑的基礎上，可提高電纜的阻燃性能，通過對護套材料的選取而保證電纜低煙、無鹵、耐油等在特殊場合下使用時應滿足的各方面要求。本文正是從電纜原材料選擇、結構設計及關鍵工藝控制這三方面進行了全面分析，研制了低煙無鹵高阻燃耐油船用電力電纜。

3 產品設計思想

4 產品結構設計

4.1 導體結構設計

由于船用電纜只用作固定敷設，導體一般采用符合IEC60228規定的2類或5類鍍錫導體， 而同等截面的2類導體與5類導體相比，2類導體具有以下優點：①導體直流電阻小，同等截面通過額定電流就大②機械性能好，抗拉強度大。

4.2 絕緣結構設計

4.3 內襯層結構設計

如果采用繞包常采用厚度0.2雙層玻璃纖維帶繞包，包帶后的直徑是包帶前直徑加6倍的包帶厚度，引起電纜直徑的增加量為1.2mm， 標準[1]給出電纜內襯層的近似厚度，考慮到加工性能，內襯層厚度取0.5mm，引起電纜直徑的增加量為1.0mm，與繞包結構相比而已，電纜直徑基本等效。

4.4 護套結構設計

電纜綜合性能的實現很大程度上取決于電纜的護套，護套材料選用是本產品研制的關鍵。在產品研制階段，考慮到產品需要阻燃耐油、低煙無鹵，在護套材料的選擇方面應突出阻燃性并兼顧低煙、無鹵、耐油等性能，內容包括：①優先考慮外護套氧指數OI≥34%；②腐蝕性氣體（無鹵）：pH值≥4.3，電導率≤10μS/mm；③機械物理、耐油性能如表1序號1～4中的指標值。

4.5 鎧裝結構設計

采用0.3mm鍍錫銅絲編織，編織密度≥82%。

5 生產工藝及試制要點

5.1 薄型內襯層擠出工藝

由于內襯層直接擠包在電纜的纜芯上，纜芯與內襯層之間沒有隔離，擠出后主要存在如下問題：（1）線芯與護套粘結，如是印字線芯，交聯聚乙烯與油墨吸附性相當差，會把字體去。（2）線芯與護套之間附著力大，難以剝離，造成安裝困難。通過現場觀察并結合實踐進行分析，我們從下兩方面著手解決了以上問題：a.擠包護套時縱放PP隔離帶，纜芯與護套之間形成隔離保護層。b.PP隔離帶上均勻連續涂抹滑石粉，防止絕緣印字與其粘連，保證字跡清晰。

5.2 輻照交聯過程控制

汪景璞等人研究表明交聯高聚物在溶劑中，發生有限溶脹。小分子通過滲透進入網型結構，由于小分子的滲透使網狀結構逐漸拉長，發生高彈變形，即產生應力，阻止溶劑分子的繼續進入。當滲透壓力等于網的應力時溶脹停止進而達到平衡狀態，平衡時高聚物的溶脹體積與網絡結構的交聯度有關。對交聯型低煙無鹵材料來說，材料及耐油試驗條件一定，電纜護套耐油性能取決于輻照后的交聯度。

電纜交聯度的大小是通過輻照加工工藝控制來實現，而實際上電纜材料交聯則引起分子量增加，交聯至一定程度前能改善聚合物的物理機械性能和耐熱性，但隨著分子之間交聯增加，生成網絡，聚合物轉變成硬、脆、不溶不熔產物，引起材料的老化。在交聯度增加，耐油性能提高的同時，老化性能逐漸下降。因此在輻照工藝控制過程中應注意兩者之間的交互作用。試制前采用不同輻照劑量對小段樣品1#、2#、3#進行輻照，抓住護套熱延伸（衡量材料的交聯度，交聯度高，熱延伸小）變化而引起護套熱老化性能、耐油性能變化的試驗數據進行對比，并從3組數據中尋找最佳結合點。具體數據如下表1中序號1-4，從表中可以分析出控制電纜護套熱延伸合適范圍為20%-30%。

7 結束語

成品電纜按參考文獻中標準的要求進行性能試驗，從表1中電纜燃燒試驗結果進行對比，改進前后電纜阻燃性能得到很大的提高，而電纜燃燒后煙密度變化甚??；例行試驗性能滿足要求，工藝性能穩定，符合船用電纜的使用要求。

參考文獻

[1]IEC60092-353.額定電壓為1kV及3kV的單芯及多芯擠包實心絕緣、均勻場的電力電纜.

[2]IEC60811.第1-1部分：厚度和外形尺寸的測量 機械性能測定試驗方法.

[3]IEC60811.第1-2部分：熱老化試驗方法.

[4]IEC60811.第2-1部分：耐臭氧試驗-熱延伸試驗-浸油試驗.

[5] IEC60332-3-22.第3-22部分：垂直安裝的成束電線或電纜的火焰垂直傳播試驗：A.

作者簡介：黃偉峰（1977-），男，江蘇溧陽人，安徽華菱電纜集團有限公司技術工程師。