淺談電線電纜材料阻燃性能研究現(xiàn)狀

摘要：高分子材料因其具有的優(yōu)異的性能，低廉的價(jià)格而廣泛的應(yīng)用于電線電纜的生產(chǎn)制造領(lǐng)域，但是大多數(shù)電纜用材料屬于易燃、可燃材料，燃燒時(shí)對(duì)人們的生命安全和環(huán)境造成了巨大的危害。為提高電氣線路的整體安全水平，電纜材料的阻燃性能研究已成為電纜行業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向。本文針對(duì)阻燃電纜的分類(lèi)、阻燃材料的性能及阻燃原理等進(jìn)行了比較分析，對(duì)電線電纜的阻燃性能進(jìn)行重點(diǎn)研究。

關(guān)鍵詞：電線；電纜；阻燃性能

1.前言

電線電纜的阻燃性能的好壞在一定程度上決定了電氣線路的整體安全水平。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)速度的不斷加快，各種大型工業(yè)設(shè)施，高層商業(yè)建筑、地下建筑和居民住宅數(shù)量的逐漸增多，線纜的使用總量越來(lái)越大，且敷設(shè)的密集度也越來(lái)越高。根據(jù)消防部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)發(fā)生的火災(zāi)中，因電氣引起的火災(zāi)占一半左右。而電氣火災(zāi)中，由于電線電纜的老化和過(guò)載使用引起的火災(zāi)占較大比例，同時(shí)因火災(zāi)時(shí)引燃電線電纜中可燃絕緣和護(hù)套材料，致使火災(zāi)事故進(jìn)一步擴(kuò)大，電線電纜的安全時(shí)刻影響著我們的日常生活和社會(huì)生產(chǎn)。所以關(guān)注其阻燃性能的研究，提高電線電纜的阻燃性能至關(guān)重要。

2. 電線電纜火災(zāi)概述

電線電纜是用于傳輸電能、傳遞信號(hào)及實(shí)現(xiàn)電磁能轉(zhuǎn)換的電工產(chǎn)品。電能在傳輸過(guò)程中由于導(dǎo)體工作發(fā)熱使得電線電纜自身發(fā)熱溫度升高。一般情況下，電纜在工作溫度下長(zhǎng)期運(yùn)行不會(huì)發(fā)生事故。當(dāng)電纜長(zhǎng)期過(guò)載或某一用戶發(fā)生短路等故障，就會(huì)使通過(guò)電線電纜的電流瞬間飆升，產(chǎn)生極大的熱量引起電纜絕緣獲護(hù)套材料的燃燒。過(guò)去人們?cè)诓季€時(shí)都采取成束敷設(shè)的方式，只要其中一條線路發(fā)生燃燒那么就會(huì)造成所有線路共同失火的可能。

線纜長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致絕緣及護(hù)套性能老化因而在電場(chǎng)作用下而被電流擊穿，發(fā)生短路事故引起火災(zāi)。電纜的絕緣和護(hù)套材料的易燃性是火災(zāi)發(fā)生和蔓延的主要原因，而電纜材料在燃燒過(guò)程中釋放的大量的有毒有害氣體則嚴(yán)重危害了人們的生命安全并給人們帶來(lái)了財(cái)產(chǎn)損失。

3.阻燃電線電纜概念

阻燃電線電纜難以著火并具有阻止或延緩火焰蔓延的能力。雖被燃燒，但在撤去火源后，火焰的蔓延僅在限定范圍內(nèi)，殘焰及灼燒在限定時(shí)間內(nèi)能自行熄滅，其在火災(zāi)情況下有可能被燒壞而不能運(yùn)行，可以防止火災(zāi)的擴(kuò)大。通常阻燃電纜指的是能通過(guò)GB/T 18380.3（IEC60332.3）試驗(yàn)合格的電線電纜。

4.阻燃電線電纜種類(lèi)及性能

4.1 .普通阻燃電線電纜

普通阻燃電線電纜絕緣及護(hù)套材料一般采用的是含鹵素（或加入含鹵素阻燃劑改性）的高分子材料，最常用的是聚氯乙烯（PVC）材料。普通的PVC樹(shù)脂具有極高的電絕緣性，耐化學(xué)性，耐磨性、耐老化性能優(yōu)良，且價(jià)格低廉的特點(diǎn)而成為我國(guó)目前使用量最大的電纜材料原料，但PVC燃燒時(shí)會(huì)釋放出氯化氫、一氧化碳、二氧化碳、各種芳香烴類(lèi)、含氯化合物等有毒有害氣體。

4.2. 低煙型阻燃電線電纜

低煙型阻燃電線電纜可在絕緣及護(hù)套材料中加入氫氧化鋁、氫氧化鎂等無(wú)機(jī)氫氧化物阻燃劑。其阻燃原理為凝聚相阻燃原理：氫氧化鋁、氫氧化鎂受熱分解釋放水分，同時(shí)吸收熱量降低絕緣及護(hù)套材料的實(shí)際溫度，抑制材料的分解和釋放可燃性氣體。生成的金屬氧化物又是耐火材料，覆蓋于材料表面能提高絕緣及護(hù)套抵抗火焰的能力，起到隔絕空氣阻止燃燒的目的。氫氧化鋁、氫氧化鎂作為阻燃劑優(yōu)點(diǎn)如下：無(wú)毒、不揮發(fā)、價(jià)廉、阻燃、消煙。但與基體樹(shù)脂相容性差，作為阻燃劑時(shí)必須大量添加才能達(dá)到一定的阻燃級(jí)別，大量添加易導(dǎo)致材料成型加工性、力學(xué)性能降低。

低煙型阻燃線纜也可在材料中加入銻系化合物。銻系化合物本身不是阻燃劑，而是一種阻燃協(xié)同劑，常與鹵化物配合使用，在高溫下三氧化二銻與鹵化物反應(yīng)生成三鹵化銻或鹵氧化銻，其阻燃原理為氣相阻燃原理：三鹵化銻蒸汽能較長(zhǎng)時(shí)間停留在燃燒區(qū)，可稀釋可燃性氣體，三鹵化銻蒸汽密度大，覆蓋在聚合物表面，可起到隔熱隔氧的作用，這對(duì)抑制材料的燃燒是非常有效的；鹵氧化銻的分解為吸熱反應(yīng)，可有效降低被阻燃材料的溫度和分解速率；液態(tài)及固態(tài)三鹵化銻微粒的表面效應(yīng)可降低火焰能量；三鹵化銻能促進(jìn)凝聚相的成炭反應(yīng)，相對(duì)延緩生成可燃?xì)怏w的材料的熱分解和氧化分解，且生成的炭層可阻止可燃?xì)庖萑牖鹧鎱^(qū)，并保護(hù)下層材料免遭破壞。

4.3. 低煙無(wú)鹵型阻燃電線電纜

低煙無(wú)鹵型阻燃電線電纜的絕緣及護(hù)套材料多為熱塑性彈性體材料，材料中不含有氟氯溴碘等鹵族元素，在制作過(guò)程中排除了汞、鉻、鎘、鉛等對(duì)環(huán)境有較大污染的重金屬元素，經(jīng)常采用的材料有聚酰胺。這種線纜的阻燃機(jī)理為中斷交換阻燃機(jī)理。中斷交換阻燃是指將阻燃材料燃燒時(shí)產(chǎn)生的部分熱量帶走，致使材料不能維持熱分解溫度，因而不能持續(xù)產(chǎn)生可燃?xì)怏w，于是燃燒自熄。例如，當(dāng)阻燃材料受強(qiáng)熱或燃燒時(shí)可熔化，而熔融材料滴落時(shí)，可將大部分熱量帶走，致使燃燒延緩，最后可能終止燃燒。這類(lèi)線纜由于燃燒后對(duì)設(shè)備和建筑物腐蝕性極小，因而能最大限度的降低經(jīng)濟(jì)損失，具有很高的安全性能。但滴落的灼熱液滴可引燃其他物質(zhì)，增加了火災(zāi)的危險(xiǎn)性，因此選用阻燃劑時(shí)要考慮防熔滴。

4.4. 氟塑料型阻燃電線電纜

氟塑料型阻燃電線電纜由于其材料的特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)而使自身帶有阻燃性。這種材料無(wú)需改性或作阻燃處理，具有耐高溫、抗氧化、不易燃、氧指數(shù)高、能自熄等特點(diǎn)，是光纖通信電纜的理想用線。但該類(lèi)阻燃電線電纜成本超過(guò)以上三種線纜，在大眾市場(chǎng)上沒(méi)有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，因此目前只應(yīng)用于國(guó)家安全性工程中。

5. 總結(jié)：

我國(guó)快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)電線電纜的需求量越來(lái)越大，普通電線電纜無(wú)法避免潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)性，已經(jīng)逐漸不適宜經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求了。阻燃電線電纜因其優(yōu)秀的控制火災(zāi)危險(xiǎn)的能力越來(lái)越受重視，加強(qiáng)對(duì)阻燃性電線電纜的研究，開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良價(jià)格低廉的阻燃材料，滿足當(dāng)前幾年和未來(lái)的社會(huì)需求，是我們必須肩負(fù)的責(zé)任。

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作者簡(jiǎn)介：戚歡（1984.1），女，漢族，廣西南寧人，助理工程師，碩士，單位：特變電工（德陽(yáng)）電纜股份有限公司，研究方向：電線電纜材料。