低烟无卤阻燃电缆料的技术现状及有关电缆标准解析.doc

低烟无卤阻燃电缆料的技术现状及有关电缆标准解析 众所周知，目前我国电缆厂对低烟无卤阻燃电缆料的需求，在数量上有较大幅度的增长，在品种上也不断出现有新的要求。前几年， 只有几家规模较大的电缆厂或专业厂在一些重大工程用电缆上应用此类电缆料，到目前， 有众多规模较小的电缆厂都有让人感到惊奇的需求量，在电缆的品种上也波及到一些常规产品如BV线等。同样， 最早出现在中国市场的低烟无卤阻燃电缆料都为进口，如英国的Magalon美国联碳（现为道化学、意大利潘德那等，到九十年代后期，国内有少数电缆料厂能生产。据不完全统计， 目前有超过三十家电缆料厂在生产或即将生产低烟无卤阻燃电缆料。低烟无卤阻燃电缆料可分为热塑型交联型。 热塑型低烟无卤阻燃护套料是目前市场上最大量的品种，可用于电力电缆、控制电缆、通讯电缆等各类电缆的护套材料。 热塑型低烟无卤阻燃绝缘相对护套用量少，一般多用于小规格电线。 交联型低烟无卤阻燃电缆料目前市场上大部分为辐照交联型，多用于舰船用电缆的护套、核电用电缆的绝缘、 机车车辆线的绝缘、汽车线及电器装备用线的绝缘等。 化学交联型低烟无卤阻燃料以橡胶类居多，由于受生产电缆装备限制，一般由橡皮电缆生产基础的电缆厂自主混配生产， 用于船用电缆的绝缘及机车车辆线的绝缘。 硅烷交联型低烟无卤阻燃电缆料国内尚未开发成熟，仍依赖进口（如潘德那、AEI），价格昂贵，用量不大。以上热塑性或交联型低烟无卤阻燃电缆及电缆料的生产大多依据国际标准和国外标准，也有少量国内标准，相关的标准有IEC 92-359-1987 船用电力及通讯电缆用护套材料（该标准在1994和1999年有2个增补本）BS 7878.6-1997 通讯电缆用无卤阻燃绝缘材料BS 7878.7-19 通讯电缆用热塑性无卤阻燃护套材料EN 50290-2-26-2002 通讯电缆用热塑性无卤阻燃护套材料岭澳核电1KV 电力电缆技术要求Mil-c-24643-1994 美国军用船用电缆标准YD/T1113-2001 光缆护套用低烟无卤阻燃材料特性GB 12528.11-2003 交联聚烯烃绝缘铁路机车车辆用电缆（电线）标准 以上这些标准除YD/T1113-2001 外均为电缆标准而非电缆料标准， 也就是试验项目均取自产品电缆而非由粒料制片后测得。 正因为目前该类电缆料有越来越多的使用者及生产者， 而国内大批量使用也不过几年，人们对其认识远不如PVC电缆料那样深入人心，且国内目前相关的电缆及电缆料的标准很少 ，所以充分认识和理解这些国际或国内标准的内容无论是对电缆生产者还是电缆材料生产这无疑是有很大帮助的。 下面就谈谈对目前市场用量较大的低烟无卤阻燃电缆料品种的有关标准的认识及一些相关问题的看法。 低烟无卤阻燃电缆料（包括进口）目前仍以在聚烯烃基材中加入大量Al（OH）3和Mg（OH）2（一般60wt左右）使其达到阻燃的目的，大量无机阻燃剂的加入严重影响其物理机械性能和加工工艺性能，所以使其各项性能指标达到合适的平衡甚为重要， 这一点从以下标准的要求中就能体现。 热塑性低烟无卤阻燃护套料的物理机械性能 IEC 92359 EN50290-2-27 YD/T 1113拉伸强度MPa 9.0 9.0 10.0断裂伸长率% 125 125 150热老化 温度 100 100 110 时间 hrs 168 168 168老化后拉伸强度MPa 7.0 - 9.0拉伸强度最大变化率% 30 30 20老化后断裂伸长率% 100 100 120断裂伸长率最大变化率% 30 40 20热变形 温度 80 80 901Kg 时间hrs 4或6 4 按GB8815方法 变形率% 50 50 20热冲击试验 温度 150 130 - 时间 hrs 不开裂 不开裂 -低温性能低温卷绕（d12.5mm）-15 不开裂 不开裂 -低温拉伸（d12.5mm）-15% 20 20低温冲击-15 不开裂 不开裂 -低温冲击脆化温度室内用 - - -20室外用 - - -401、 拉伸强度、断裂伸长率及热老化* 考虑到大量无机阻燃剂的加入会损害到物理性能，故其强度、伸率、 老化的变化率较PVC料及PE料为低。* 目前国内外该类材料的强度一般为1113MPa，伸率170200%，老化后变化率在25 范围内，YD/T1113标准中老化后变化率要求是否过于苛刻。* 认为IEC、EN等机构定出这些指标一定是有其道理，所以不宜套用PVC料的标准值， 提高指标要求。* 由于该材料粘度较大，制片相对PVC料来的困难，制片的好坏对实验结果影响较大，道化学就是以挤片（0.5mm厚）形式来制样测强度及伸率。2、 低温性能* 标准中所列低温试验在成品电缆上进行，而材料是制片后做低温冲击脆化试验， 试验方法不同。* 该材料一般以EVA作基材，具有良好的低温性能，低温冲击脆化可通过-40 的要求，成品电缆通过-15的低温试验不成问题。*YD/T1113 标准中把室外用护套料低温冲击脆化温度定为-40，是否过于苛刻。3、热变形* 同样，标准中所列热变形试验在成品电缆上进行（80，4 或6hrs，变形率50%），而材料是制片后以GB8815标准中的试验方法进行（120，1h，变形率3050%）。* 对于PVC料而言，只要料能通过GB8815标准中热变形试验，则用该PVC 料制得的电线电缆能通过相应的热变形试验要求。* 在将要制定的热塑性无卤料标准中怎样定热变形的要求，要进行进一步的研究。* 若以热塑型低烟无卤护套料 GB8815 标准的方法进行热变形试验， 一般变形率可达到100%，压穿。* YD/T1113标准对于热变形的考核方法是值得讨论的， 因为从国家电线电缆检测中心了解到，按此方法考核的无卤护套料的热变形都不合格。* 目前市场上有部分护套料能通过成品电缆的热变形试验，但对于在电缆直径大、 护套薄的情况下，有通不过该试验的可能。* 在IEC92359-1994标准中，对于不同的电缆的外径有不同的试验时间，大直径为6小时，而EN50290-2-27-2002标准中以不分外径大小，都为4小时。这一点说明， 国外也有上述同样情况。* 在2003年国际电线电缆学术年会（IWCS）上，道化学在一篇题为无卤阻燃电线电缆材料的新研究的文章中着重提到热变形问题，称一种新的无卤料具有优异的热变形性能。 交联型低烟无卤阻燃料的物理机械性能 IEC92359（护套） Mil-c-24643(护套) GB12528.11（绝缘）拉伸强度Mpa 9.0 9.0 9.0断裂伸长率% 125 160 125热老化 温度 120 136 158 时间hrs 168 168 168拉伸强度最大变化率% 30 -40 -20老化后断裂伸长率% - - 100断裂伸长率最大变化率% 30 -40 -40浸矿物油试验温度 100 121 100时间hrs 24 18 168拉伸强度最大变化率% 40 -50 -50断裂伸长率最大变化率% 40 -50 -50浸燃料油试验温度 - - 70时间hrs - - 168拉伸强度最大变化率% - - -55断裂伸长率最大变化率% - - -55热延伸200 15min 20N/cm载荷下的伸长率% 175 50 -永久变形% 25 - -热变形 温度 - 121 125 时间hrs - 1 -变形率% - 30 50抗撕强度N/mm - 6.1 -低温卷绕（d12.5mm） -15 不开裂 -20不开裂 -40不开裂低温拉伸(d12.5mm) -15 20% - -4020%低温冲击 -15不开裂 - -* 即便是交联型低烟无卤护套料，强度、伸率也没有定出较高的指标。* 符合Mil-c-24643美国军用船用电缆标准的护套认为105耐温等级， 其热老化条件为136，168hrs，老化的变化率要求较低。* 机车车辆线的绝缘为125耐温等级，其热老化条件为158，168 hrs，老化后伸长率变化率的要求较低。* 船用电缆的护套及机车车辆线的绝缘均有耐油要求，以机车车辆线绝缘的耐油要求最苛刻。* 由于是交联型的产品，所以即使热变形的试验温度较高，也能满足规定要求。* 对于热延伸的要求，IEC92359 Mil-c-24643标准有不同的规定值，美军标的要求较严格，该性能与辐照剂量或硫化条件有直接的关系。* Mil-c-24643标准中对护套料的抗撕性能提出了要求，这一要求较为严格， 市场上有些料较难通过。* 尽管GB12528.11标准中对电缆的低温性能要求较为严格，但目前的材料能通过-40 的试验。* 一般船用电缆的护套以辐照交联为多，机车车辆线的绝缘有辐照交联型也有化学交联型。* 目前国内有少数电缆料厂的此类产品完全能满足上述要求。燃烧性能1、 氧指数* 在国际和国外电缆的标准中，对材料的氧指数都不作规定，在EN50290-2-27 标准中提到材料的氧指数应为一合适的值以能满足用该材料制成的电缆通过相应的电缆阻燃试验要求。* 目前无卤护套料用量较大的核电、地铁、舰船、 隧道等低烟无卤阻燃电缆规定必须通过IEC332-3A类成束燃烧试验。* 在上海市工程建设规范DGJ08-93-2002民用建筑电线电缆防火设计规程中按建筑物的高度及用途对有关电线电缆的阻燃要求作出不同的规定。* 在GB12528.11标准中规定电缆需 IEC332-1单根垂直燃烧试验。* 电缆的阻燃性能除了与材料的阻燃性能有密切的关系外， 与电缆的结构同样有着密切的关系。* 尽管目前国产无卤护套料的氧指数一般较进口料（OI 40左右）低，但若电缆的结构合理，同样能通过A类成束燃烧试验。* 道化学在2003年IWCS的文章中提到一种新的无卤料，其氧指数的典型值为37。* 无卤类材料与PVC类材料，其氧指数与其燃烧行为的关系不具有可比性。* 与PVC类阻燃材料存在同样的问题，无卤材料用于小规格电线要通过A类甚至B类燃烧都较困难。可以通过按IEC332-1标准进行的单根垂直燃烧试验，但较难通过按UL标准的VW-1燃烧试验。2、 卤酸气体释出量* IEC92359 标准中规定该值5mg/g ，EN50290- 2- 27 标准中不作规定， 试验方法为IEC754-1。* 在IEC754-1标准中的范围 中有这样两句话 本试验方法不适用于卤酸释出量小于5mg/g之样品、对于卤酸的相对含量小于5mg/g的材料推荐采用IEC754-2规定的方法。可理解为该方法的测试误差已达到5mg/g，对于测试为5mg/g以下的结果是不正确的， 无意义的。在做该试验的过程中的情况亦是如此，经常会有负数产生。* 在5mg/g的范围内去比较该数值的大小以判断无卤材料的好坏是无任何意义的。* 在M-c-24643美国军用船用电缆标准中，对此类性能有不同的试验方法，以酸气含量和卤含量考核。具体指标为酸气含量：护套2%，填充2%，绝缘18%；卤含量：护套0.2%，填充0.2%。3、 ph值、电导率 * 试验方法为IEC754-2标准，该标准中有推荐值，ph值4.3，电导率10S/mm。* 一般无卤材料都能达到要求，ph值为56，电导率为12，甚至小于1，有很大的裕度。* 请注意电导率的单位，mm和cm不能搞错，因为一般电导率仪上直接读出的值为S/ cm。4、 烟* 材料烟密度试验一般采用ASTME662标准方法，该标准中没有具体的规定值； 成品电缆的透光率试验采用IEC61034标准，该标准推荐值为电缆透光率60%。* 对无卤料的选择，以用该材料制成的电缆能满足IEC61034标准的透光率要求为宜。* 一般无卤护套的最大密度Dm（1mm）有焰时为50左右，无焰时为150左右， 只要电缆中其他材料（如填充、绕包）发烟量也不大的情况下，能达到IEC61034标准推荐值60%透光率的要求。* 比较各材料Dm数据时必须注意试片的厚度及试验的燃烧方法是有焰法还是无焰法。* 在M-c-24643美国军用船用电缆标准中对电缆的发烟分别以绝缘、填充及护套的烟指数来考核，采用的试验方法NES-711，具体指标为：护套25，填充45，绝缘45。* 若在无卤材料中加入赤磷，虽对材料的最大烟密度没有影响， 但其增加材料的发烟速率，较难通过烟指数要求。5、 毒性* 在IEC92359、EN50290-2-27标准及核电、 地铁等电缆的要求中均没有对燃烧气体的毒性作规定。* 在M-c-24643美国军用船用电缆准中对电缆的绝缘、填充、护套有燃烧气体毒性指数的要求，采用的试验方法NES-713，具体指标为：护套5，填充5，绝缘1.5。* 一般，无卤材料均能满足此要求。* 在GA306阻燃及耐火电缆、塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求 标准中对阻燃一级三级电缆提出烟气毒性指标。* 曾经将常规的低烟无卤阻燃护套料以GA132方法测试，没有达到其阻燃一级标准要求。密度* 目前对于以Al（OH）3和Mg（OH）2为阻燃剂的无卤料而言， 密度与阻燃性能有密切关系。* 目前市场上无卤阻燃护套的密度以1.5g/cm3 居多， 国外进口料亦如此。 道化学在2003年IWCS的文章中提到的一种新的无卤料其密度为1.49 g/cm3 。* 以膨胀型磷氮为阻燃剂的无卤料可做到较小的密度，1.1 g/cm3