阻燃光纜的生產、敷設與應用研究

蘇榮，楊屹

中國信通院泰爾認證中心，北京，100088

0 引言

近年來,由于我國通信業務的飛速發展，人們在對光纜產品的需求不斷增加的同時，安全和健康問題也始終得到生產者與用戶的關注，并逐漸成了當今社會生產的關鍵焦點。通信光纜是國家和社會的通信命脈，也是現代信息社會的重要基石，其安全問題必然不可忽視。雖然良好的力學、傳輸性能是光纖和光纜產品的基本要求，但對于布設于高層建筑室內以及一些電力、礦用、地鐵、隧道等特殊場合使用的光纜也對阻燃性能提出了明確的要求，因此了解不同阻燃光纜的生產要素、應用特點與敷設方式對光纜生產者和用戶都具有重要意義。

阻燃光纜是一類可以延遲著火并減緩火災傳播速度的新型光纜。在阻燃光纜脫離明火影響范圍后，燃燒火焰將迅速自動熄滅，可避免進一步的火災破壞。通過近些年來的持續投入，研究者與生產者已陸續開發出各種適合于不同使用場合的光纜阻燃技術。目前阻燃光纜已大規模應用于建筑內綜合布線、電力通信業、航空業、航海業、采礦業、軌道交通業以及各種易引起火災事故的特種通信場合[2]。由于當前國內阻燃光、電纜的工程建設缺乏明確、具體和詳細的技術操作標準，實際工程往往只能靠工程師的個人工作經驗來開展，長此以往，將造成許多工程問題難以被發現與監測，阻礙工程質量的進一步提升[3]。針對此類問題，本研究根據阻燃電纜的類型和構造，著重就阻燃光纜的生產要素、應用與架設進行探討分析[1]。

1 阻燃光纜生產要素

1.1 阻燃材料

加工阻燃光纜外護套材料時，生產廠家一般會在塑料中添加適當的阻燃劑，使護套在燃燒過程中能降低其物理或化學反應的能力，從而提高護套料的阻燃性能。按照化學分子結構其可分為鹵系阻燃劑和無鹵阻燃劑，常用的阻燃劑多含有鹵素和磷、氯、溴及氫氧化鋁、氫氧化鎂等。

通常維持燃燒所需的是自由基連鎖反應，而常用的鹵系阻燃劑是以終止自由基連鎖反應機理而發揮阻燃的作用。鹵系阻燃劑通常包括溴類、氯類、磷類三大類別，優勢在于對復合材料的力學性能幾乎沒有影響，與基體樹脂相容性好，分解溫度大多在200～300℃。鹵系阻燃劑與各種高聚物的蒸發溫度與分解溫度范圍相近，所以高聚物在分解時，捕捉高分子材料分解時的自由基，阻止、延緩或抑制燃燒鏈的反應，形成氣相阻燃、凝聚相阻燃的協同效應，提高了阻燃效率，減少了阻燃劑的添加量。鹵系阻燃劑雖具有以上阻燃優點，但這些材料的分解和燃燒產物是對人類有毒害的物質，且燃燒時釋放出的氣體具有高腐蝕性，往往會誘發“二次災害”。

無鹵阻燃劑有磷氮系無鹵阻燃劑和無機阻燃劑。這兩類化合物，分解和燃燒時不揮發、不產生腐蝕性氣體，為無公害阻燃劑。目前，光纜生產中無鹵阻燃劑主要為無機阻燃劑。低煙無鹵阻燃料的基材一般以聚乙烯為主，再填充一部分阻燃劑、潤滑劑、交聯敏感劑等來降低發煙量，提高阻燃性能、擠塑性能和可交聯性等。

從目前用戶要求的阻燃等級及環保要求來看，無機阻燃劑與有機阻燃劑阻燃效果略低，添加量大造成無機阻燃劑遠大于有機阻燃劑的消費量，還需進行技術改進。

1.2 擠塑設備

擠塑設備最關鍵的部件就是螺桿，影響擠塑質量及效能的特征主要有螺桿直徑、長徑比、壓縮比、螺距、螺紋寬度、螺紋深度、螺旋角、螺桿與螺膛之間的間隙等；不同類型的塑料對螺桿有不同的要求，即擠制阻燃料時宜采用專用螺桿而非擠制普通聚乙烯或PVC塑料的普通螺桿。

擠制阻燃性護套首先需要將阻燃材料進行塑煉，使阻燃材料從小顆粒物質轉變為具有高可塑力的黏性流體，該工藝過程主要是在擠塑機的機膛里進行的。

大量難以熔化的金屬氫氧化物被填充入無鹵阻燃材料中，極大地提升了無鹵阻燃材料的熔融黏度，易導致高分子化學鍵斷裂，并使得護套材質的熱抗拉強度和斷裂伸長率等力學性能顯著下滑，進而出現材料外表破損等問題。在制造過程中，由于螺桿轉動時形成的剪切力比較大，因此物料分子之間、螺桿與物料、物料與螺膛之間的碰撞、擠壓與摩擦都較其他材料更為劇烈，增大了生產的剪切熱，進而造成實際生產溫度較設計環境溫度高出許多，影響擠塑的品質（出現焦料、氣孔、老化等質量問題）。因此，制造商對所采用的阻燃螺桿材質和工藝有許多特殊的要求。

1.3 擠塑模具

影響擠塑產品質量高低的因素不僅有擠塑螺桿的設計，機頭擠塑模具的設計也與產品質量有著很重要的關聯。護層擠塑用的模具主要包括擠壓式、擠管式和半擠壓式三種。三種模具的結構基本一樣，僅僅在于模芯前端有無管狀承線部分或管狀承線部分與模套的相對位置的不同。

（1）在擠壓型模具中，模芯不存在管狀承線部分。模蓋定徑區內側與模芯保持一定的空間距離，使塑料直接擠壓在纜芯上，因而出膠多，擠包在纜芯的護套層緊密，外觀平整，但當溫度或螺桿轉速有變化引起機頭壓力變動時，容易發生偏心，工藝質量不好控制。

（2）對于擠管式模具，管狀承線部分伸出模套外或平模套口。由于管狀承線部分的存在，使塑料不是直接擠壓在纜芯上，而是沿著管狀承線部分向前移動，經過拉伸再包覆在纜芯上，雖然該模具有護套層緊密性能差的缺陷，并且外形上無法達到擠壓型模具的圓整度，但是該模具擠出速率快，生產時的操作簡便，塑料厚度均勻易控制，同時塑料的力學、物理老化性能比擠壓式擠出的要好。

（3）對于半擠壓式模具，其模芯的管狀承線部分不伸出模套口，而是稍向里面些，使塑料擠出時有一個對纜芯的壓力而緊包它，半擠壓式介于擠壓式與擠管式之間，是一種過渡形式。生產時，對纜芯直徑一致性及設備收放線張力精度要求較為嚴格，否則生產時易出現“竹節”現象。

雖然護層擠塑用的模具有三種，但生產阻燃護套料時，由于塑料加工的特性，光纜生產廠家采用擠管式模具較為廣泛。

擠管式模具在設計、選配使用時需考慮：

（1）模芯的中心孔徑是通過纜芯而設計的，為了固定纜芯的位置，孔徑僅能比纜芯的直徑略大一些，如模芯孔太小，纜芯容易刮傷或護套表面起“竹節”；太大容易引起偏心，又會引起塑料倒流，致使纜芯拉斷；模芯內孔比纜芯大0.5～1.2mm。

（2）模套孔徑直接影響著產品的結構尺寸和制品的表面質量，太大了會使擠出品表面粗糙無光或表面“起筋”或“脫料”；太小了，擠出品雖然表面光滑，但粗細不均；模套孔徑比纜芯外徑大（3～4）t mm（t為護套厚度）。

（3）模芯和模套承線部分的長度。模芯承線太短，容易因磨損而被擴大，此時線芯的位置不能固定，易產生偏心現象；如果太長，則擠出壓力偏小，纜芯所受的摩擦阻力增大，可能引起斷纜；模芯承線部分長6～10mm（隨模芯尺寸大小略微變動）。

（4）模套承線部分的長短與機頭內的壓力很有關系，承線部分較長時，塑料不易流出，機頭內積累較高壓力，否則塑料隨來隨流，擠出壓力不足；模套承線部分為1～3mm（隨模套尺寸大小略微變動）。

（5）在拉管式模具生產時，模芯與模套的端面一般相平，當需要對管壁內徑的大小進行微調時，可前后移動模芯位置，如模芯前伸凸出，則管壁內徑變大，而管壁厚度變薄。

（6）另外，在生產過程中要進行抽真空，提高擠包塑料層與纜芯表面緊密程度。抽真空不良，易使護套表面“起筋”或起“竹節”。

2 阻燃光纜的應用

阻燃光纜使用范圍很廣，在人口密度較高的公共區域，應該盡可能選擇采用低煙無鹵的阻燃光纜。對于人口密度較小的工業生產區，通常采用低煙低鹵阻燃光纜。與低鹵阻燃光纜相比，無鹵阻燃光纜具有腐蝕性低和產煙量少的優勢，但其熱力學性能和電性能都明顯下降。因此，在進行鋪設設計時，應使低煙無鹵阻燃光纜的彎曲半徑更高[2]。此外，不宜將非阻燃光纜與阻燃纜并行鋪設，也不能并行鋪設不同類別的阻燃光纜。

供電通信中，除了主用特種線纜以外，還會使用具有防雷特性、防止電腐蝕及保障終端安全的全介質阻燃光纜，并主要利用吊線鉤掛架空和管道敷設光纜。若與其他光纜同溝鋪設，則要充分考慮該光纜的阻燃效果和等級條件。而另外一個應用方向就是用作特種光纖的引入光纜，這也是目前電力通信中的最常見使用形式。

地鐵、軌道等通信系統并非獨立的子系統，而是幾個單獨的子系統的綜合。它以數據傳輸系統為核心，與各子系統配合進行話音和數據連接互通，同時還有無線通信、視訊、乘客信息等服務。因此，地鐵、輕軌系統對通信光纜的需求更加關注阻燃和振動特性[5]。

在煤礦井路中通過光纖實現視頻數據的傳輸。由于光纜傳送距離很長，有利于實現與井底監控中心、礦井安全監控指導管理中心和省局監測指導管理中心的網絡連接，使煤礦安全管理方面的工作不斷向規范性、科學性和數字化的方向上發展，進一步提升了煤礦生產作業安全水平[3]。

阻燃光纜的應用領域還遠不止這些，其他如室內綜合布線、飛機和船舶集束線、計算機中心、油井平臺等都會涉及阻燃光纜的使用。

3 阻燃光纜的敷設

3.1 管道敷設

對于部分類型的阻燃光纜，其纜芯內部不存在金屬加強芯和金屬護層，因此其鋪設中承受的極限拉力低于普通的通信光纜，且抗側壓性能也低于常見的各類金屬套光纜。這類阻燃光纜在通過管道鋪設時，需要依靠機器和人力結合的牽引方法進行布放。根據電纜鋪設地區的空間開闊程度，機器和人力結合的牽引方法也可分成兩類。一類為中間人工輔助的牽引法：在光纜鋪設區域內的開闊處，將機械牽引機布置于光纜布放的最終端位置作為主要牽引力來源，并根據光纜的穿放難度在中間各處分段進行人力牽拉，沿線的各處盡可能設置專人進行井下的接力。另一類為終端人力輔助牽引法：在鋪設區域的地形開闊度不足時，先在線路的中心部位安裝機械牽引機，在光纜的開始端通過人力將光纜拖曳至牽引機位，然后在每隔3～4個井洞的位置由人力在機器曳引的協助下進行牽拉。此類方法可提高每次牽拉的長度，從而降低了人力在進行牽拉中的“蛙跳”頻次[4]。

在管道鋪設阻燃光纜的過程中，施工有以下四個注意要點：（1）在鋪設光纜前應先徒步勘測途經管線，并對經過管線的孔位的落差點、轉彎口以及進出人孔點位等進行完善的記錄，從而便于設置專人在施工管理中著重看護。（2）當以繞“8”字的方式敷設光纜時,圈繞內徑的最小值為2m，且為了避免“8”字翻轉不良引起的扭折，放纜過程中應逆著“8”字的方位解開。（3）在將光纜牽拉至人孔時，在每8～10個孔位的間距中應留出8～12m的纜線；如需將光纜牽引出人孔，則應當詳細考慮所放光纜與人孔壁面相互之間的摩擦，避免因光纜過度受力而產生的損壞。（4）應緊貼人孔壁進行人孔內光纜的布放，并應用扎帶對人孔走線架上的光纜進行緊固，還需加掛標有光纜型號、線路方向與所屬單位的標志牌。

3.2 架空敷設

與常規通信光纜比較，阻燃光纜具有自身重量低、纜徑較細與柔韌度高等優點，因此特別適合于架空線路鋪設。其中，采用鋼絞線支承進行架空是施工中較為普遍的光纜吊掛鋪設方法。目前，阻燃光纜一般通過下列三種吊掛方法來實現架設。

（1）為滑輪牽引法。首先在光纜鋪設線路上的兩端點桿各設置一條導向鋼絲索和引導滑輪，并再各設置一個具有較大直徑的定向滑輪從而實現光纜的引上和引下功能。之后，在光纜所懸掛鋼絞吊線上的各20～30m間隔處分別設置引導滑輪。完成以上一切準備工作后，將光纜按順序穿進端點引導滑輪、大直徑滑輪和各段引導滑輪之間，并將其與牽引端頭相連接，最后便可以通過人力方法對光纜進行分段牽引。

（2）桿下拖曳法。當光纜途經線路中的障礙物較少時，可首先沿架設路線將光纜布置在桿路下方。在完成初始鋪設工作后，架設工人的工作可大大簡化。安裝工人可使用滑車安裝掛鉤，同時將光纜也鉤掛在吊線上，高效地完成鋪設。在吊設光纜的過程中，還需額外注意端頭的處理工作和光纜接口的預留尺寸。

（3）預掛鉤式牽引法。在設置桿路時，可提前在鋼絞掛線上安裝一部分掛鉤，接著再將各個引導滑輪和導向索安裝好。在之后鋪設光纜時，便可以把牽引繩分別穿過預先設定的掛鉤，并連接光纜的牽引端頭。在牽拉完畢后，需要分別調節掛鉤的距離，補足掛線上缺失的掛鉤，并做好桿上的伸縮彎。

3.3 站局敷設

只能通過人工布放的方法進行站局內阻燃電纜的鋪設。布放人必須在統一帶領下進行牽引，且為了避免發生死扣或打小圈的問題，每個拐彎口和上下梯處均須配備專人進行監控。對于大型站局，為防止與其他光纜發生重疊相交的問題，建議沿槽道水平地鋪設光纜。對于槽道轉彎口，為避免光纜的轉彎半徑被牽引后過小，建議采用綁帶進行捆扎。某些中小型站局沒有設置爬梯和槽道，因此在布放光纜之前需要在線路穿過的墻面上設置一部分倒“U”型的支架，從而對進站的光纜實現固定[5]。

鋪設進入站局的阻燃光纜時，有三點需要注意的因素。首先，沿上線敷設光纜時需要使用扎帶固定光纜，使其保持在上線的橫檔位置上，從而保證站局內光纜的整齊度；若線路經過轉彎點或走線架，需要在該位置前后捆扎光纜，且捆扎點的間隔距離最大為30cm；若線路經過爬墻或上下梯并在該處進行了光纜捆扎，還需要添加額外的保護膠管，且其厚度一般不少于1.5mm，從而減輕光纜長時間所受側壓力的影響。其次，當光纜的線路存在樓層或墻壁穿越的情況時，需要將有套帶護口的塑料管添加在光纜的外護套上，并使用防火阻燃黏結劑對管口進行堵塞處理；若光纜線路還存在垂直樓層穿越的情況，需要在每兩層間隔內對光纜分別進行固定，并綜合考慮其對安全性的影響。最后，光纜線路通過管孔敷設進入站局人井時，應將額外膠皮加墊在人井余留的光纜上，之后分散捆綁光纜至每檔的托板或托架上，并在標志牌上注明光纜類型與線路走向。

4 結語

對于阻燃光纜的生產要素，本文進行了詳細介紹與歸納，并討論了阻燃材料、擠塑設備和模具的選取；在此基礎上，介紹了阻燃光纜不同應用場景與注意事項；最后，結合工程需求，重點對阻燃光纜敷設進行了探討。希望本文對阻燃光纜的生產、應用與敷設具有一定的指導價值。