淺析護(hù)套材料的氧指數(shù)對(duì)電纜阻燃性能的影響

高紅陽(yáng)，高天磊，丁志英，秦冬利

（無(wú)錫江南電纜有限公司，江蘇 宜興 214251）

目前，根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求，對(duì)電纜可能著火蔓延導(dǎo)致嚴(yán)重事故的回路、易受外部影響波及火災(zāi)的電纜密集場(chǎng)所，可選用阻燃電纜，故現(xiàn)在越來(lái)越多的阻燃電纜被選用，對(duì)于電纜的阻燃性能，有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)行檢測(cè)，但對(duì)于電纜制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，如何選擇相應(yīng)的電纜材料，來(lái)生產(chǎn)符合阻燃性能的電纜，一直都是難題。在相應(yīng)的電纜護(hù)套材料標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)材料的阻燃性能一般采用測(cè)定氧指數(shù)的方式來(lái)判定。對(duì)于材料的氧指數(shù)和電纜成品的阻燃性能是否必然相關(guān)，行業(yè)內(nèi)一直都存在2 種不同的看法，本文針對(duì)該課題進(jìn)行了相關(guān)的比對(duì)試驗(yàn)，并做出了研究分析。

1 電纜護(hù)套材料選擇

對(duì)于護(hù)套材料的各項(xiàng)性能檢驗(yàn)項(xiàng)目，與燃燒性能相關(guān)性最近的就是氧指數(shù)，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(kāi)始燃燒所需的最小氧濃度。所以，材料的氧指數(shù)代表著該材料本身的阻燃性能。因此，本次試驗(yàn)選用的兩款不同牌號(hào)的電纜護(hù)套料，A 款材料氧指數(shù)34%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于B 款材料的氧指數(shù)30%，其余性能近乎一致，可以作為材料氧指數(shù)對(duì)電纜阻燃性的影響的試驗(yàn)樣本。

2 電纜試樣選擇

試驗(yàn)電纜考慮到每種電纜結(jié)構(gòu)的阻燃試驗(yàn)通過(guò)難度不一致，選用3 種差異較大的電纜結(jié)構(gòu)，其中10kV 電纜選擇單芯和三芯電纜各一種，同時(shí)選擇絕緣厚度更厚的35kV 電纜單芯電纜一種。確定型號(hào)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(chǎn)3 種電纜結(jié)構(gòu)，每種材料每種電纜生產(chǎn)25m。本次電纜的燃燒特性選用阻燃C 類(lèi)，其試樣非金屬材料體積為1.5L/m，供火時(shí)間為20min，試驗(yàn)方法未GB/T 18380.35，合格指標(biāo)為是試樣上的炭化范圍不應(yīng)超過(guò)噴燈底邊以上2.5m，本次比對(duì)試驗(yàn)對(duì)電纜阻燃性的優(yōu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)本次比對(duì)試驗(yàn)，電纜結(jié)構(gòu)按較為常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與行業(yè)內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)的電纜結(jié)構(gòu)差異不大。三芯電纜采用緊壓圓形銅導(dǎo)體，內(nèi)屏蔽擠包半導(dǎo)電屏蔽料，絕緣擠包交聯(lián)聚乙烯絕緣料，外屏蔽擠包半導(dǎo)電屏蔽料，銅帶屏蔽采用一層標(biāo)稱(chēng)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(wǎng)狀填充繩，以平均搭蓋率15%重疊繞包兩層無(wú)堿玻纖帶，擠包無(wú)鹵低煙阻燃聚烯烴護(hù)套料的結(jié)構(gòu)；單芯電纜采用緊壓圓形銅導(dǎo)體，內(nèi)屏蔽擠包半導(dǎo)電屏蔽料，絕緣擠包交聯(lián)聚乙烯絕緣料，外屏蔽擠包半導(dǎo)電屏蔽料，銅帶屏蔽采用一層標(biāo)稱(chēng)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(wú)堿玻纖帶，擠包無(wú)鹵低煙阻燃聚烯烴護(hù)套料的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 電纜結(jié)構(gòu)圖

可見(jiàn)，根據(jù)該電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，護(hù)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(hù)套材料為差異項(xiàng)。電纜的結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)表1。

表1 電纜結(jié)構(gòu)尺寸（單位：mm）

4 生產(chǎn)跟蹤

因主要為護(hù)套差異，本次生產(chǎn)跟蹤主要以護(hù)套擠出機(jī)為主，為消除不同設(shè)備工藝的差異性，選擇在同一臺(tái)150 擠出機(jī)進(jìn)行，設(shè)備數(shù)據(jù)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2 和表3。

表2 擠出機(jī)溫度

表3 設(shè)備參數(shù)

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)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(hù)套，B 料需要更大的螺桿轉(zhuǎn)速，即擠出性能B 料較A 料略差，應(yīng)為配方不同導(dǎo)致。

5 檢驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)本次試制電纜，我公司的測(cè)試中心對(duì)電纜的結(jié)構(gòu)尺寸、成束燃燒C 類(lèi)和煙密度進(jìn)行測(cè)試。對(duì)阻燃性能有直接相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 成品測(cè)試數(shù)據(jù)

6 成束燃燒試驗(yàn)分析

根據(jù)燃燒試驗(yàn)結(jié)果和過(guò)程，可以得到以下結(jié)論：

（1）在WDZC-YJY 8.7/15 3×120 的燃燒試驗(yàn)結(jié)果中，A 料和B 料護(hù)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(duì)A 料有所不如。

（2）在WDZC-YJY 8.7/15 1×185 的燃燒試驗(yàn)結(jié)果中，A 料和B 料護(hù)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(yàn)結(jié)果中，A 料的護(hù)套厚度略高于B 料的護(hù)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(duì)于現(xiàn)象發(fā)生的原因，分析如下。

（1）電纜燃燒過(guò)程比較復(fù)雜，一般是由火焰溫度傳遞至外護(hù)套，外護(hù)套經(jīng)過(guò)熔融、熱分解、著火、燃燒和火焰?zhèn)鞑ィ瑢崃總鬟f至無(wú)堿玻纖帶，無(wú)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(zhuǎn)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(yàn)時(shí)間內(nèi)未燃或少量燃燒，則試驗(yàn)通過(guò)；若大量燃燒，則試驗(yàn)無(wú)法通過(guò)。所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)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(shù)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(guò)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(niǎo) 料更優(yōu)可以看出，B 料在表現(xiàn)護(hù)套阻止火焰蔓延上可能沒(méi)有A 料優(yōu)秀，結(jié)殼性略差，但可能因?yàn)槠浔旧砣紵^(guò)程中釋放的熱量更小，所以傳遞進(jìn)電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的熱量更小，從而導(dǎo)致了成品電纜的成束燃燒炭化距離更低的結(jié)果發(fā)生。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)多次生產(chǎn)試制、取樣測(cè)試的大量數(shù)據(jù)分析，均能說(shuō)明電纜材料的氧指數(shù)不是決定成品電纜阻燃性能的唯一指標(biāo)，因燃燒過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，目前行業(yè)內(nèi)也沒(méi)有能完全模擬一種電纜材料在整個(gè)電纜燃燒過(guò)程中的燃燒性能指標(biāo)和試驗(yàn)，希望本文能給電纜制造企業(yè)和電纜材料制造企業(yè)一些參考和啟發(fā)。