淺析護套材料的氧指數對電纜阻燃性能的影響

高紅陽，高天磊，丁志英，秦冬利

（無錫江南電纜有限公司，江蘇 宜興 214251）

目前，根據國家相關標準設計要求，對電纜可能著火蔓延導致嚴重事故的回路、易受外部影響波及火災的電纜密集場所，可選用阻燃電纜，故現在越來越多的阻燃電纜被選用，對于電纜的阻燃性能，有相關的標準可以進行檢測，但對于電纜制造企業來說，如何選擇相應的電纜材料，來生產符合阻燃性能的電纜，一直都是難題。在相應的電纜護套材料標準中，對材料的阻燃性能一般采用測定氧指數的方式來判定。對于材料的氧指數和電纜成品的阻燃性能是否必然相關，行業內一直都存在2 種不同的看法，本文針對該課題進行了相關的比對試驗，并做出了研究分析。

1 電纜護套材料選擇

對于護套材料的各項性能檢驗項目，與燃燒性能相關性最近的就是氧指數，它代表著在通入23℃±2℃的氧、氮混合氣體的條件下，剛好維持材料燃燒的最小氧濃度，即材料開始燃燒所需的最小氧濃度。所以，材料的氧指數代表著該材料本身的阻燃性能。因此，本次試驗選用的兩款不同牌號的電纜護套料，A 款材料氧指數34%，遠遠大于B 款材料的氧指數30%，其余性能近乎一致，可以作為材料氧指數對電纜阻燃性的影響的試驗樣本。

2 電纜試樣選擇

試驗電纜考慮到每種電纜結構的阻燃試驗通過難度不一致，選用3 種差異較大的電纜結構，其中10kV 電纜選擇單芯和三芯電纜各一種，同時選擇絕緣厚度更厚的35kV 電纜單芯電纜一種。確定型號分別為WDZC-YJY 8.7/15 3×120、WDZC-YJY 8.7/15 1×185 和WDZC-YJY 26/35 1×95，A 款材料和B 款材料分別生產3 種電纜結構，每種材料每種電纜生產25m。本次電纜的燃燒特性選用阻燃C 類，其試樣非金屬材料體積為1.5L/m，供火時間為20min，試驗方法未GB/T 18380.35，合格指標為是試樣上的炭化范圍不應超過噴燈底邊以上2.5m，本次比對試驗對電纜阻燃性的優劣，以炭化距離衡量，炭化距離約小，則電纜的阻燃性能越好。

3 電纜結構設計

針對本次比對試驗，電纜結構按較為常規的結構設計，與行業內實際生產的電纜結構差異不大。三芯電纜采用緊壓圓形銅導體，內屏蔽擠包半導電屏蔽料，絕緣擠包交聯聚乙烯絕緣料，外屏蔽擠包半導電屏蔽料，銅帶屏蔽采用一層標稱厚度為0.10mm 的銅帶以平均搭蓋率15%重疊繞包，成纜填充采用聚丙烯撕裂網狀填充繩，以平均搭蓋率15%重疊繞包兩層無堿玻纖帶，擠包無鹵低煙阻燃聚烯烴護套料的結構；單芯電纜采用緊壓圓形銅導體，內屏蔽擠包半導電屏蔽料，絕緣擠包交聯聚乙烯絕緣料，外屏蔽擠包半導電屏蔽料，銅帶屏蔽采用一層標稱厚度為0.12mm 的銅帶以平均搭蓋率15%重疊繞包，以平均搭蓋率15%重疊繞包兩層無堿玻纖帶，擠包無鹵低煙阻燃聚烯烴護套料的結構見圖1。

圖1 電纜結構圖

可見，根據該電纜結構設計，護套材料為保證成品電纜阻燃性能的主要材料，且僅有電纜護套材料為差異項。電纜的結構尺寸見表1。

表1 電纜結構尺寸（單位：mm）

4 生產跟蹤

因主要為護套差異，本次生產跟蹤主要以護套擠出機為主，為消除不同設備工藝的差異性，選擇在同一臺150 擠出機進行，設備數據及生產數據見表2 和表3。

表2 擠出機溫度

表3 設備參數

根據實際生產數據可以看出，A 料和B 料的料溫控制基本一致，但如需擠出相同厚度的護套，B 料需要更大的螺桿轉速，即擠出性能B 料較A 料略差，應為配方不同導致。

5 檢驗結果

針對本次試制電纜，我公司的測試中心對電纜的結構尺寸、成束燃燒C 類和煙密度進行測試。對阻燃性能有直接相關的測試數據見表4。

表4 成品測試數據

6 成束燃燒試驗分析

根據燃燒試驗結果和過程，可以得到以下結論：

（1）在WDZC-YJY 8.7/15 3×120 的燃燒試驗結果中，A 料和B 料護套厚度基本一致，但炭化高度A 料為1.0m，B 料為0.8m；外屏炭化距離上，B 料比A 料更小，但透光率B 料相對A 料有所不如。

（2）在WDZC-YJY 8.7/15 1×185 的燃燒試驗結果中，A 料和B 料護套厚度基本一致，炭化高度均為0.7m，透光率A 料比B 料略好。

（3）在WDZC-YJY 26/35 1×95 的燃燒試驗結果中，A 料的護套厚度略高于B 料的護套厚度，而炭化距離上B 料反而低于A 料；然而，燃燒后A 料的電纜外屏和絕緣完好，B 料的電纜卻有10cm 絕緣線芯燒光。

對于現象發生的原因，分析如下。

（1）電纜燃燒過程比較復雜，一般是由火焰溫度傳遞至外護套，外護套經過熔融、熱分解、著火、燃燒和火焰傳播，將熱量傳遞至無堿玻纖帶，無堿玻纖帶吸收部分熱量，將其余熱量傳遞至填充和銅帶屏蔽線芯，銅帶吸收大量熱量，并傳遞至絕緣線芯，絕緣材料受熱膨脹，外屏由軟化、炭化轉化為完全燃燒，傳遞至絕緣，絕緣燃燒易滴落、易燃燒，若絕緣在試驗時間內未燃或少量燃燒，則試驗通過；若大量燃燒，則試驗無法通過。所以結構設計的重點是在將熱量擋在絕緣之前，不讓絕緣接受大量熱量。

（2）材料的氧指數僅能反映該材料的起始燃燒所需氧濃度，可能不算反饋到成品電纜阻燃性能的最主要因素。通過WDZC-YJY 26/35 1×95 中，B 料的電纜有10cm 絕緣線芯燒光，A 料外屏和絕緣保持完好，但炭化距離反而B 料更優可以看出，B 料在表現護套阻止火焰蔓延上可能沒有A 料優秀，結殼性略差，但可能因為其本身燃燒過程中釋放的熱量更小，所以傳遞進電纜內部結構的熱量更小，從而導致了成品電纜的成束燃燒炭化距離更低的結果發生。

7 結語

通過多次生產試制、取樣測試的大量數據分析，均能說明電纜材料的氧指數不是決定成品電纜阻燃性能的唯一指標，因燃燒過程過于復雜，目前行業內也沒有能完全模擬一種電纜材料在整個電纜燃燒過程中的燃燒性能指標和試驗，希望本文能給電纜制造企業和電纜材料制造企業一些參考和啟發。