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阻燃電纜産品結構與性能

發布時間:2016/10/31 點擊量:
 
 
    對于普通的無鹵低煙阻燃電纜,由于在其絕緣或護套中滲入大量的Al(OH)3、Mg(OH)2阻燃無機材料,雖不産生含鹵的有害氣體,但阻燃等級停留在C類或B類,很難达到A類,且因大量無機材料的滲入,使其機電性能及加工性能都變得較差,研制含有隔氧層的阻燃電纜就是在这種背景下産生的。
 
  为了使無鹵低煙阻燃電纜的阻燃性能更加可靠,圍繞電纜燃燒三要素(溫度、可燃物和氧氣)的燃燒機理分析,提出了一種電纜隔氧層的新結構,即在電纜絕緣層與護套層之間,增加一層由特殊的隔氧材料組成隔氧層。當電纜遇明火燃燒時,隔氧材料能析出大量水分以降低環境溫度,并形成一個不熔不燃的氧化鋁硬殼,以隔絕絕緣有機物與外界空氣的接觸,最終使電纜达到自熄的目的,從而大大提高了阻燃的級别,可达A級阻燃水平。其次采用隔氧層結構的電纜其絕緣可采用普通型的絕緣材料,即避免了因加入無機的阻燃劑、消煙劑而引起的不良的影響。这就是試制交聯聚乙烯絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜的設計思路。
 
  由于本産品尚未有相應的國家标準,所以根據以下有關産品标準及其試验标準編制了企业标準,其中包括:GB12706-2002《額定電壓35kV及以下銅芯、鋁芯塑料絕緣電力電纜》,GB/T18380-2001《電纜在火焰條件下的燃燒試验》,GB/T17651-1998《電纜或光纜在特定條件下燃燒時煙密度測定》和GB/T17650-1998《電纜或光纜特定條件下燃燒時釋出氣體的試验方法》,GA306-2001《阻燃及耐火電纜:塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級和要求》。
 
  2産品的結構與材料的選擇
 
  電纜的絕緣采用矽烷交聯聚乙烯(XLPE);護套采用意大利潘得那公司生産的無鹵低煙聚烯烴阻燃護套料;成纜後的纜芯外繞包一層隔氧層,它主要由含有Al(OH)3和Mg(OH)2并经特殊工藝加工處理的繞包帶,當其受熱後釋放出結晶水并形成不熔不燃的硬殼,起着降溫與隔離的作用;成纜時要絞入無塵岩棉阻燃填充繩,以便使纜芯圓整,它是由江蘇新奇特電纜材料廠生産的無鹵低煙礦物材料受熱後也可分解出結晶水,降低溫度、保護絕緣。試验證明:这種結構設計和材料選用完全能滿足電纜阻燃性能要求,并已通過國家防火建築材料質量監督檢測中心的檢測。圖1为0.6/1kVXLPE絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電纜結構示意圖。
 
  3試制中出現的問題及解決的方法
 
  3.1成纜工藝
 
  絕緣線芯成纜用的阻燃填充繩含有Al(OH)3和Mg(OH)2等成分,它的抗拉強度特别低,起初選用普通的并線模,結果填充繩经常斷裂,而且表面發粘和起毛。经分析,其主要原因是其抗拉強度比較低,而且耐磨性差,再加上并線模的模孔直徑較小,産生的摩擦阻力大等多種原因所造成的。若将填充繩的根數減少,适當地減小繩的外徑,但这樣會使纜芯不圓整。最終将模孔直徑适當地增大,同時在成纜機的放線盤盤軸上安置抱閘,以便适當地給以一定的張力,这樣既保證了纜芯的圓整,又避免了填充繩斷裂、起毛和發粘。
 
  3.2護套的擠出工藝
 
  (1)擠出溫度的選擇由于熱塑性低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料加入了大量的水合金屬氧化物氫氧化鋁、氫氧化鎂等無機材料,使其擠出工藝性能變得較差,其加工溫度應控制在160~170℃之間。低于这溫度将不能使物料完全塑化,擠出壓力過大,難以擠制;高于这個溫度會使其分解,一方面降低其阻燃性能,而另一方面會造成護套表面産生大量的氣孔。其次,應特别注意的是:由于電纜護套料中含有衆多的無機材料,在擠出過程中,擠壓摩擦會引起發熱(即摩擦生熱),從而影響了擠出溫度的控制。溫度控制的影響因素衆多,其中還包括擠出機螺杆結構及尺寸、螺杆的轉速和冷卻的方式等等。这就對擠出設備、擠出模具及其工藝提出了很高的要求。
 
  (2)擠出設備的選擇衆所周知,螺杆直徑越大,擠出加工能力越大;長徑比越大,有利于塑料混合和塑化,能減小漏流和逆流,提高擠出機生産能力。但長徑比過大,同樣會使塑料擠出壓力增大,尤其會使含有大量無機材料的阻燃護套料引起摩擦生熱嚴重,造成材料降解和分解,使其阻燃性能下降,材料擠出表面質量下降;而長徑比過小,易引起材料混煉後的塑化不良,導致其性能的下降。因此最終選用了長徑比为20的單紋螺杆擠出機。
 
  (3)冷卻裝置的選擇由于阻燃聚烯烴護套料含有大量的無機填充料,在擠出過程中會産生大量的摩擦生熱,这就要擠出機具有良好的冷卻裝置,为此,把原来的風冷系統改为水冷系統。
 
  (4)螺杆轉速的選擇對于阻燃聚烯烴護套而言,擠出螺杆的轉速選擇也是一個不能忽視的問題。通常在使用φ90mm擠出機擠塑時,螺杆轉速宜控制在20~22r/min。若螺杆轉速過大,塑料會受到較大剪切應力,使物料摩擦生熱增加,導致阻燃劑的分解、護套表面毛糙。
 
  (5)擠出模具的選擇由于低煙無鹵聚烯烴護套料中無機填充物高达150%(每100份的樹脂中所含的份數量)这就導致了其在擠出時熔融狀态下,熔體的強度、拉伸比和粘度等,均與普通型護套料存在着較大的差異,因此,擠出模具的選配也有所不同。根據理論分析和實際经验,通常阻燃聚烯烴護套料可适用于擠壓式、半擠管式及擠管式模具。在使用擠壓式模具時,由于其熔體粘度大,使機頭中壓力增大,擠出成品壓得較密度,導致離模後電纜外徑會有所膨脹而增大,因此,選用的模套内徑應比成品電纜的标準直徑小5%左右;采用半擠管式或擠管式模具,要注意其拉伸比應選为2.5~3.2,比普通護套料(拉伸比为6~7)要小得多。若拉伸比過大,則會引起護套表面質量下降,嚴重時會引起護套脫節或斷裂;若拉伸比過小,護套表面更光滑,但影響生産速度。
 
  最終選用擠管式模具,模具尺寸的配合为:
 
  模芯内徑=繞包層外徑+(0.6 ~ 1.5)mm
 
  模套内徑=電纜标稱外徑+(2 ~ 7)mm
 
  4産品的性能
 
  交聯聚乙烯絕緣無鹵低煙護套隔氧層阻燃電力電纜经檢測,各項性能指标均符合标準的要求,其中,阻燃性能达到成束燃燒試验的A類标準,炭化高度为1.5m,低于GA 306-2001标準中規定的不小于2.5m的要求;燃燒氣體酸值(pH)合格;煙濃度指标中适光率达90%,比GA306-2001标準規定的一級A類中要求的最小透光率为80%優良;煙氣毒性指數按标準GA132-1996檢測为準安全級二級(ZA2)。該産品研制成功,不僅有良好的经濟效益,而且具有良好的社會效益。