试析无卤低烟阻燃电缆性能与挤出工艺

 调查显示，由于电缆出现问题而引发的火灾每年都有发生，目前电线电缆的阻燃问题已成为世界各国关注的焦点。在很多欧美发达国家，政府已明令禁止使用非环保型电缆，这是因为普通的电缆阻燃材料中含有大剂量的卤素，一旦发生火灾，燃烧的电缆会产生大量的浓烟，人们往往会因烟雾的熏烤而窒息，给救援工作造成了一定阻碍。另外，含卤的电缆燃烧时会释放出具有腐蚀性的卤化氢气体和有毒烟雾，不仅会污染环境，腐蚀仪器表等设施，还严重威胁着人们的生命安全。因此，很多使用电缆的领域和部门对电缆的安全性能提出了更高的标准，要求电缆不仅应具备一定的阻燃性，也应该尽量减少在燃烧过程中所产生的有毒有害气体和烟雾。因此，无卤低烟阻燃电缆应运而生。无卤低烟阻燃电缆的特征是包裹电线的阻燃材料中不含卤素，且在燃烧过程中释放的烟雾量较少，使人们的安全得以保证。目前，无卤低烟阻燃电缆已广泛运用到我国的各行各业当中。
1 无卤低烟阻燃电缆的结构设计及性能特点
1.1 无卤低烟阻燃电缆的结构设计 无卤低烟阻燃电缆因其所具有的特性而得名。无卤，即覆盖电缆的材料在燃烧时不会产生任何有毒的腐蚀性气体，其酸气含量、氟含量、PH值和电导率应满足国家标准的要求；低烟，是电缆在燃烧时产生的烟雾透光率和可视度较高，决定这两者的关键是电缆阻燃的材料以及电缆的整体结构。电缆的绝缘材料通常会使用无卤阻燃聚烯烃绝缘材料，或是聚乙烯、乙丙橡胶、交联聚乙烯材料，电缆的护套、包带、填充及衬层多使用无卤阻燃材料。由于无卤低烟阻燃电缆被应用于各种不同场所，因此其结构的变化也较多，目前来看，我国无卤低烟阻燃电缆主要分为以下两类。第一，一般场所所用的无卤低烟阻燃电缆。此类电缆基本采用无卤聚烯烃绝缘材料，根据具体需要和阻燃类型的不同，可适当加上低烟无卤阻燃护套、吸烟无卤阻燃挤出式衬层、或是金属铠装等部件。第二，特殊场所常用的无卤低烟阻燃电缆。这类电缆多使用无卤阻燃聚烯烃绝缘材料或硅橡胶绝缘材料，因使用场合不同，可选择低烟无卤阻燃护套或是低烟无卤阻燃包带、衬层，这多适用于地铁、轻轨、船舰制造以及核电站等场所。
1.2 无卤低烟阻燃电缆的性能特点 根据阻燃电缆燃烧时释放的卤素气体和烟雾量不同，可分为普通型阻燃电缆、低卤低烟型阻燃电缆以及无卤低烟型阻燃电缆。其中，无卤低烟型阻燃电缆以聚烯烃作为原材料，完全不含有卤素成分，燃烧时阻燃性能稳定，产生的烟雾量和有毒气体极低。综合来说，无卤低烟阻燃电缆有以下几点性能。第一，阻燃性高。阻燃电缆可以在电缆燃烧的过程中减缓火焰的蔓延速度，为灭火争取更多的时间。第二，无卤性。在电缆的整个生产过程中，用到的包括护套、隔离层、内衬等材料都不含有卤素成分，电缆在燃烧时不会产生氯气、卤化氢、氧氯化碳以及氢溴酸等有毒或是有腐蚀性的有害气体，不会对人的健康产生威胁。第三，电气性能与机械物理性能稍差。由于加入填充剂，导致无卤低烟阻燃电缆的机械性能和加工性能受到影响，然而随着科技的进步低烟无卤阻燃电缆的电气、物理性能将逐步达到普通电缆的要求，使无卤低烟阻燃电缆在电流的传输过程中性能更加稳定。
2 无卤低烟阻燃电缆的挤制原则与挤出工艺
2.1 挤制过程中应遵循的原则 无卤低烟阻燃聚烯烃护套相比普通电缆护套而言，其材料中加入了较多的填充料以及无卤阻燃剂，使得这种电缆的塑性有所降低，流动性能相对较差，热敏性强，而且经过摩擦极易产生热量，加上长时间在机身内部滞留，会产生大量低分子挥发物，从护套的表面渗出，使护套的表层出现烧焦的颗粒状物体。在挤制护套的过程中，应遵循以下几点原则。第一，应选用挤出性能良好的无卤低烟阻燃聚烯烃材料，材料的密度要适中，且在挤制前对材料进行一段时间的预热，以保证附着在材料表面的水分完全蒸发；第二，根据电缆的具体型号和尺寸对挤出滤网以及螺杆转速进行适当的调整，使机身压力不超过负荷，保证材料能够顺畅挤出；第三，挤出时应尽量较少对护套的拉伸，必要时可适当增加护套的挤出厚度，以避免因材料变形而导致的护套脱节、空洞等现象，护套出模后要对其进行分段冷却，避免护套产生内应力。
2.2 无卤低烟阻燃电缆的挤出工艺
2.2.1 挤出温度的控制 无卤低烟阻燃护套的材料中添加了大量的无机材料，这使得其挤出工艺性能降低。因此，挤出时的温度应尽量保持在160℃～170℃之间。另外，受挤出机螺杆的结构、转速、挤压摩擦等因素的影响，挤压温度也会随之上下起伏，因此，必须加强对挤出温度的控制。
2.2.2 挤出设备的选择 电缆护套的挤出设备主要依靠螺杆的运动而工作，螺杆的型号及尺寸影响着挤出机的生产效率和使用范围。螺杆的直径大，则挤出时产生的能力就大，螺杆的长径比大，就能够有效防止逆流和漏流的情况发生，有助于塑料的混合和塑化。但是如果长径比值过大，也会使挤出机的压力增大，导致阻燃护套材料产生剧烈的摩擦，使材料降解，不仅影响护套的表面质量，同时也降低了其阻燃性能。因此，在挤制时要选用合适的挤出设备，一般以压缩比为1：1～1：1.25、长径比为20或25的单纹螺杆为最佳。值得注意的是，由于挤制过程中会因摩擦产生大量的热，这种高温会在电缆的表面留下很多气孔，因此挤出设备要配有性能良好的冷却装置，才能有效控制挤制温度的工艺参数。冷却装置可以将设备及挤出的护套控制在适宜的温度内。另外，螺杆的转速也是影响无卤低烟电缆料能否成功挤出的关键，螺杆转速过快，摩擦生热量也大，会造成阻燃剂的分解，影响挤出表面质量。因此，在挤制过程中，不仅要选用适宜的挤出设备，同时也要控制螺杆的转速以及主机电流。
2.2.3 挤出模具的正确选择 无卤低烟电缆的填充材料较多，其熔融状态下的拉伸程度、熔体强度与其他普通电缆相比存在着一定差异，因此在对此种电缆的挤出方式和模套的选择上要尤为注意。无卤低烟电缆的绝缘挤出模具选用挤压式，护套挤出模具选择半挤压式，以保证材料的抗拉能力较强。在选择模套时，考虑到粘料的粘性比较大，导致机头承受的压力也较大，当材料被挤出离开模具时会有所膨胀，所以模套的尺寸要比实际尺寸略小。另外，由于无卤低烟阻燃电缆的拉伸比较小，因此在选择模具时要充分考虑到它的拉伸性能，选配的模套不宜过大。
3 结论
无卤低烟阻燃电缆的应用场合越来越多，因此对于其性能的要求也会越来越高。所以在制作无卤低烟阻燃电缆的过程中，要严格控制温度的高低和材料的选择，不断加强对阻燃机理的研究，提高生产工艺水平，开发出加入量更少的新型高效无卤阻燃剂，不仅能够降低生产成本，同时可以提高产品的质量，以适应不同的市场需求。