发布时间 : 星期五 文章低烟无卤阻燃电缆的研究更新完毕开始阅读
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1.2 国内外阻燃电缆的发展状况
1.2.1 国外阻燃电缆的发展
国外于70年代初开始进行阻燃电缆开发工作。早期的阻燃电缆大都采用含卤的有机阻燃剂，同时为了提高阻燃性，还添加了Sb2O3阻燃剂，如在PVC、PE、EPR等基料中加入阻燃剂，经混合制成具有阻燃性能的绝缘护套料。由于在燃烧时这种阻燃电缆会释放出大量的烟雾和腐蚀性有害气体，造成所谓的“二次灾害”[11,12]。因此，70年代末阻燃电缆开始朝着无卤、低烟、低毒的方向发展。据资料统计，日本有关阻燃电缆的专利每年公布约50件[13]。
最近，日本藤仓电线株式会社公布了一项无卤阻燃电缆专利，其主要内容是将Al(OH)3、Mg(OH)2与聚烯烃树脂组成第一复合物，然加后入硅烷聚烯烃树脂，制成第二复合物，再进行交联，并掺入红磷阻燃剂及炭黑等制成无卤阻燃性交联化合物。该化合物具有优良的阻燃性、耐热性和成型性。除此之外，日本的宇部兴产、住友电木、昭和电工、大日本油墨、协和化学等公司均已研制出低烟、低卤或无卤阻燃聚烯烃电缆料。目前，日本已经在车辆配线、船舶、大厦内通信等场合使用无卤阻燃电缆，其中一部分已经标准化。
英国在阻燃电缆开发方面进展较快，如英国标准电话电报公司申请了一项无卤阻燃耐油电缆专利，该电缆料主要成分是EMA(乙烯-丙烯酸甲酯共聚物)70份、EVA30份、Al(OH)3150份以上及其它辅助剂。英国BICC公司生产的海上石油平台阻燃电缆有2类：
(1)HOFR电缆
HOFR1—高阻燃型，内护套和外护套均为非低烟阻燃氯磺化聚乙烯，氧指数为35。
HOFR2—低阻燃型，内护套和外护套均为低烟阻燃氯磺化聚乙烯，氧指数为32。
(2)ZH电缆
采用PEEK(聚醚醚酮)绝缘垫层作为低烟、无卤阻燃型橡胶材料，氧指数为35。同时，英国工业部门1986年开发出低烟、无卤电力电缆，其使用量正在以每年10％的速度递增[14]，目前正在中、低压电力传输、海上石油平台、地铁用电以及核电站方面逐步推广使用这种电缆。此外，法国电力公司(EDF)与法国电力公司热能及核能研究设计局(SEPTEN)合作研制出一系列可供电站使用的无卤电缆。
挪威A／S HORSK生产的一种无卤阻燃控制电缆，采用了无卤、低烟EPR内护套和低氯化氢氯磺化聚乙烯外护套结构。
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现在世界各国对无卤阻燃电缆的需求量逐年增加，特别是工业发达地区，如美国、加拿大，东南亚各国也在积极开发能满足无卤阻燃要求的电缆，同时各国正在进一步制订和完善各种无卤阻燃电缆标准。
1.2.2 国内阻燃电缆的发展
80年代初，我国电缆行业已有很多生产厂家成功地开发出一般性阻燃电缆。据统计，1987-1991年已试制出40多种阻燃电缆，基本上采用阻燃PVC护套和阻燃氯丁橡胶，这种阻燃电缆只适合于阻燃要求较低的场合，而对一些阻燃要求较高的特殊场合，如地下公共设施、高层建筑等则要求使用低烟、无卤型阻燃电缆。因此，80年代末，国内一些高等院校、研究所以及电缆专业厂都开始研制低烟、低卤、低酸、无卤阻燃电缆材料配方和产品，有的生产厂家已试制出低烟、无卤阻燃电缆料，详见表1-1：
表1-1 国内低烟、无卤阻燃电缆料试制情况
序号 1 2 3 4 5 6 电缆名称 低烟、无卤交联聚乙烯铠装型阻燃电缆 低烟、无卤阻燃电缆 低烟、无卤阻燃船用电缆 低烟、无卤阻燃电缆 聚氯乙烯绝缘低卤阻燃电缆 低烟、低卤低酸电缆料 生产厂家 上海电缆厂 邢台电缆厂 湘潭电缆厂 海宁电缆厂 沈阳电缆厂 上海电缆所 然而，国内大部分产品都存在机械性能和加工性能较差等问题。近几年来，我国不断加强对低烟、无卤阻燃电缆产品的研究和开发，借助于进口材料，许多电缆厂研制出低烟、无卤电缆产品，如电力电缆、控制电缆、测量电缆、通信电缆及船用电缆等，产品也有一部分用于国内外重点工程项目上，如秦山核电站一期、二期、大亚湾核电站、田湾核电站、上海地铁及伊朗地铁等。在开发产品的同时，沈阳、上海、郑州等电缆厂先后建立了符合标准要求的燃烧试验室和烟浓度测试装置，完善了电线电缆燃烧性能检测手段，为低烟、无卤电缆的进一步开发、完善和推广应用奠定了基础。国内虽在无卤阻燃电缆料研究方面获得了可喜的进展，但目前所使用的无卤阻燃电缆料在一定程度上还是依赖进口，且产品价格很高，大约是国内价格的1.5-2.0倍，因而国内在无卤阻燃电缆料的研究方面需加大开发力度。
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第2章 阻燃电缆的阻燃机理
2.1 高聚物的燃烧过程与机理
燃烧是可燃物与氧气之间的一种快速氧化反应，是一个复杂的物理—化学过程，且通常伴随有放热及发光等现象，并生成气态和凝聚态产物。
作为电缆的绝缘和护套用料的聚合物，基本上是含有碳和氢的有机高聚物。这些高聚物在空气中受热时，可分解产生挥发性可燃物，当可燃物浓度和物系温度足够高时，即可发生燃烧，所以聚合物的燃烧可分为热氧降解和正常燃烧两个过程，涉及传热、聚合物在凝聚相的热氧降解，分解产物在固相及气相中的扩散、与空气混合形成氧化反应场及气相中的链式燃烧反应等一系列环节。图2-1表示聚合物正常燃烧过程的要素状态模型。
图2-1 聚合物正常燃烧过程的要素状态模型
显然，使聚合物受热的热源(点热源)的热量，应足以使聚合物分解，且分解产生的可燃物的浓度应达到燃烧极限，同时物系应被加热到点燃温度，燃烧才能发生。而已被点燃的聚合物在点燃源移走后能否继续维持燃烧，则取决于燃烧过程中的热量平衡。当燃烧产生的热量等于或大于燃烧过程各阶段所需的总热量(包括损失热)时，聚合物的燃烧将继续进行，否则将中止或熄灭。
图2-2表示聚合物点燃后维持燃烧的热量转换模型。
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图2-2 聚合物点燃后维持燃烧的热量转换模型
QH为聚合物达到裂解温度TP所需热；
QP为裂解产生的可燃气体浓度达到燃烧极限浓度CI时的分解热； QI为可燃气体达到点燃温度TI所需热； QC为燃烧热； QD为损失热。
当QC≥QH+QP+QI+QD时，聚合物的燃烧火焰将会蔓延。聚合物的比热、导热系数、分解温度、分解热、燃点、闪点等因素都会影响燃烧过程。聚合物的燃烧产物与其形状、性质和供氧量有关。通常形态下的聚合物燃烧时，常常因缺氧而使燃烧产物中含有一氧化碳和炭化粒子，后者是导致燃烧物周围形成烟雾及能见度降低的主要原因之一。
聚合物一旦发生燃烧，火焰可沿着电缆蔓延，这时电缆即为火焰通道，如不断扩大即形成火灾。发火后聚合物能否持续燃烧，及燃烧速度的快慢，都取决于燃烧时所发生的化学反应的热效应的多少。理论与实践都证明，热效应取决于燃烧产物以多种反应途径所产生的高能自由基HO·的多少。
HO·的多少决定于聚合物热分解产物与氧化反应产生的热量的大小，它可以决定聚合物的燃烧是否可持续下去。HO·又可立即与其它热分解产物（如CO）反应：
HO·＋CO→CO2＋H· （1） H·＋O2→HO·＋O· （2）
可以看出，在反应（1）中消耗的HO·转变成H·。而H·在反应（2）中又使HO·再生。反应（2）为强烈的放热反应（热效应为3.6KJ/mol）。显然，HO·越多，反应(1)进行得就越激烈，放热也就越多。
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