无卤低烟隔氧层阻燃电力电缆的制造.pdf

2005年第3期 No.3 2005 电 线 电 缆 Electric Wire 2.特变电工股份有限公司新疆新缆厂,新疆 昌吉831100) 摘要:论述了无卤低烟隔氧层阻燃电力电缆的设计思路,及其在生产制造过程中遇到一些问题和解决的方法。 关键词:无卤低烟阻燃电力电缆;隔氧层;A类阻燃;设计;制造 中图分类号:TM247.1文献标识码:A文章编号:167226901(2005)0320025202 Production of LSZH Flame Retardant Power Cables with Oxygen2Barrier LU Jia2zhi , et al (Xinjiang Institute for Product Quality Supervision and Inspection , Wulumuqi 830017 , China ) Abstract: This paper discusses the design concept for LSZH flame retardant power cables with oxygen2barrier , problems occurred during the manufacturing process and solutions. Key words: LSZHflame retardant power cables; oxygen2barrier; class A flame retardancy; design; production 收稿日期:2004210215 作者简介:吕家治(1955 - ) ,男,山东蓬莱人,工程师. 作者地址:新疆乌鲁木齐市南湖路西巷20号[830017]. 1 引 言 前几年,新疆克拉玛依剧场着火,烧死300多 人,河南焦作一家录像厅着火烧死70多人。这些火 灾中最主要的危害因素就是有大量有毒气体和烟 雾。作为传统的阻燃电缆、 低卤低烟阻燃电缆,都广 泛地采用含卤聚合物和含卤阻燃剂组合而成的混合 物。尽管这些电缆具有良好的阻燃性能,但一旦发 生火灾,电缆燃烧后会产生大量的烟雾和有毒的腐 蚀性的气体,这不仅妨碍救火工作和人员疏散,并会 腐蚀仪器和设备。尤其对于众多人员聚集的封闭场 所,如地铁、 旅馆、 展览大厅和舰船等,及装备有昂贵 电子仪器设备的场合,这问题就显得特别重要。 对于普通的无卤低烟阻燃电缆,由于在其绝缘 或护套中渗入大量的Al (OH)3、Mg(OH)2阻燃无机 材料,虽不产生含卤的有害气体,但阻燃等级停留在 C类或B类,很难达到A类,且因大量无机材料的渗 入,使其机电性能及加工性能都变得较差,研制含有 隔氧层的阻燃电缆就是在这种背景下产生的。 为了使无卤低烟阻燃电缆的阻燃性能更加可 靠,围绕电缆燃烧三要素(温度、 可燃物和氧气)的燃 烧机理分析,提出了一种电缆隔氧层的新结构,即在 电缆绝缘层与护套层之间,增加一层由特殊的隔氧 材料组成隔氧层。当电缆遇明火燃烧时,隔氧材料 能析出大量水分以降低环境温度,并形成一个不熔 不燃的氧化铝硬壳,以隔绝绝缘有机物与外界空气 的接触,最终使电缆达到自熄的目的,从而大大提高 了阻燃的级别,可达A级阻燃水平。其次采用隔氧 层结构的电缆其绝缘可采用普通型的绝缘材料,即 避免了因加入无机的阻燃剂、 消烟剂而引起的不良 的影响。这就是试制交联聚乙烯绝缘无卤低烟护套 隔氧层阻燃电力电缆的设计思路。 由于本产品尚未有相应的国家标准,所以根据 以下有关产品标准及其试验标准编制了企业标准, 其中包括:G B 12706—2002《额定电压35 kV及以下 铜芯、 铝芯塑料绝缘电力电缆》, G BΠT 18380—2001 《电缆在火焰条件下的燃烧试验》, G BΠT 17651— 1998《电缆或光缆在特定条件下燃烧时烟密度测定》 和G BΠT 17650—1998《电缆或光缆特定条件下燃烧 时释出气体的试验方法》,G A 306—2001《阻燃及耐 火电缆:塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求》 。 2 产品的结构与材料的选择 电缆的绝缘采用硅烷交联聚乙烯(XLPE) ;护套 采用意大利潘得那公司生产的无卤低烟聚烯烃阻燃 护套料;成缆后的缆芯外绕包一层隔氧层,它主要由 含有Al(OH)3和Mg(OH)2并经特殊工艺加工处理 的绕包带,当其受热后释放出结晶水并形成不熔不 燃的硬壳,起着降温与隔离的作用;成缆时要绞入无 尘岩棉阻燃填充绳,以便使缆芯圆整,它是由江苏新 奇特电缆材料厂生产的无卤低烟矿物材料受热后也 可分解出结晶水,降低温度、 保护绝缘。试验证明: 这种结构设计和材料选用完全能满足电缆阻燃性能 要求,并已通过国家防火建筑材料质量监督检测中 心的检测。图1为0. 6Π1 kV XLPE绝缘无卤低烟护 套隔氧层阻燃电缆结构示意图。 图1 0. 6Π1 kV X LPE绝缘无卤低烟护套隔氧层阻燃电力 电缆 3 试制中出现的问题及解决的方法 3.1 成缆工艺 绝缘线芯成缆用的阻燃填充绳含有Al(OH)3和 Mg(OH)2等成分,它的抗拉强度特别低 ,起初选用 普通的并线模,结果填充绳经常断裂,而且表面发粘 和起毛。经分析,其主要原因是其抗拉强度比较低, 而且耐磨性差,再加上并线模的模孔直径较小,产生 的摩擦阻力大等多种原因所造成的。若将填充绳的 根数减少,适当地减小绳的外径,但这样会使缆芯不 圆整。最终将模孔直径适当地增大,同时在成缆机 的放线盘盘轴上安置抱闸,以便适当地给以一定的 张力,这样既保证了缆芯的圆整,又避免了填充绳断 裂、 起毛和发粘。 3.2 护套的挤出工艺 (1)挤出温度的选择 由于热塑性低烟无卤阻 燃聚烯烃护套料加入了大量的水合金属氧化物氢氧 化铝、 氢氧化镁等无机材料,使其挤出工艺性能变得 较差,其加工温度应控制在160～170℃ 之间。低于 这温度将不能使物料完全塑化,挤出压力过大,难以 挤制;高于这个温度会使其分解,一方面降低其阻燃 性能,而另一方面会造成护套表面产生大量的气孔。 其次,应特别注意的是:由于电缆护套料中含有众多 的无机材料,在挤出过程中,挤压摩擦会引起发热 (即摩擦生热 ) , 从而影响了挤出温度的控制。温度 控制的影响因素众多,其中还包括挤出机螺杆结构 及尺寸、 螺杆的转速和冷却的方式等等。这就对挤 出设备、 挤出模具及其工艺提出了很高的要求。 (2)挤出设备的选择 众所周知,螺杆直径越 大,挤出加工能力越大;长径比越大,有利于塑料混 合和塑化,能减小漏流和逆流,提高挤出机生产能 力。但长径比过大,同样会使塑料挤出压力增大,尤 其会使含有大量无机材料的阻燃护套料引起摩擦生 热严重,造成材料降解和分解,使其阻燃性能下降, 材料挤出表面质量下降;而长径比过小,易引起材料 混炼后的塑化不良,导致其性能的下降。因此最终 选用了长径比为20的单纹螺杆挤出机。 (3)冷却装置的选择 由于阻燃聚烯烃护套料 含有大量的无机填充料,在挤出过程中会产生大量 的摩擦生热,这就要挤出机具有良好的冷却装置,为 此,把原来的风冷系统改为水冷系统。 (4)螺杆转速的选择 对于阻燃聚烯烃护套而 言,挤出螺杆的转速选择也是一个不能忽视的问题。 通常在使用 <90 mm挤出机挤塑时,螺杆转速宜控 制在20～22 rΠmin。若螺杆转速过大,塑料会受到较 大剪切应力,使物料摩擦生热增加,导致阻燃剂的分 解、 护套表面毛糙。 (5)挤出模具的选择 由于低烟无卤聚烯烃护 套料中无机填充物高达150 %(每100份的树脂中所 含的份数量)这就导致了其在挤出时熔融状态下,熔 体的强度、 拉伸比和粘度等,均与普通型护套料存在 着较大的差异,因此,挤出模具的选配也有所不同。 根据理论分析和实际经验,通常阻燃聚烯烃护套料 可适用于挤压式、 半挤管式及挤管式模具。在使用 挤压式模具时,由于其熔体粘度大,使机头中压力增 大,挤出成品压得较密度,导致离模后电缆外径会有 所膨胀而增大,因此,选用的模套内径应比成品电缆 的标准直径小5 %左右;采用半挤管式或挤管式模 具,要注意其拉伸比应选为2. 5～3. 2 ,比普通护套 料(拉伸比为6～ 7) 要小得多。若拉伸比过大,则会 引起护套表面质量下降,严重时会引起护套脱节或 断裂;若拉伸比过小,护套表面更光滑,但影响生产 速度。最终选用挤管式模具,模具尺寸的配合为: 模芯内径=绕包层外径+ (0.6～1.5)mm 模套内径=电缆标称外径+ (2～7)mm 4 产品的性能 交联聚乙烯绝缘无卤低烟护套隔氧层阻燃电力 电缆经检测,各项性能指标均符合标准的要求,其 中,阻燃性能达到成束燃烧试验的A类标准,炭化 高度为1. 5 m ,低于G A 306—2001标准中规定的不 小于2.5 m的要求;燃烧气体酸值(pH)合格;烟浓度 指标中适光率达90 % ,比G A306—2001标准规定的 一级A类中要求的最小透光率为80 %优良;烟气毒 性指数按标准G A132—1996检测为准安全级二级 (ZA2)。该产品研制成功,不仅有良好的经济效益, 而且具有良好的社会效益。 62 2005年第3期 No.3 2005 电 线 电 缆 Electric Wire &Cable 2005年6月 Jun. ,2005