低烟无卤阻燃电缆的工艺特点

1、低烟无卤阻燃电缆的工艺特点文罗森伯格亚太电子有限公司陈凤霞1 前言我们先来看一组数据，据统计，2009 年 全国共发生火灾 12.7 万起（指统计，不含 森林、草原、军队、矿井地下部分火灾，下 同），死亡 1076 人。从引发火灾的直接原因看， 因电线短路、过负荷及电气设备故障等电气 原因引起的火灾共 38770 起，占火灾总数的 30.5% ；分析火灾造成人员死亡的主要原因， 窒息、中毒导致 608 人死亡，合计占火灾死 亡总数的 56.5%。可见，电线电缆引起的火灾不容忽视， 尤其电缆燃烧时产生的大量有毒有害气体， 是造成人员死亡、设备受损及由于烟雾严重 而使人员不能及时撤离的主要原因。具

2、有良 好的阻燃性能、一旦燃烧所产生的气体中无 卤酸（有害气体）并且发烟量低的低烟无卤（简 称 LSZH，下同）阻燃电缆，被越来越多的 应用于轨道、电站、化工厂、船舰、高层建筑、表 1 燃性能级别及技术要求信息产业等重点工程和人员、设备密集场所 的水平布线上。2 LSZH 电缆材料的特点在 2001 年，公安部已经颁布了相应的阻 燃电缆标准阻燃耐火电缆分级标准 ：第一 部分阻燃电缆（GA 306.1-2001），表 1 是 标准中的阻燃电缆分级规定。标准通信电源用阻燃耐火电缆（YD/ T1173-2001） 要求在采用 取自电缆或光 缆的材料燃烧时释出气体的实验方法第 2 部 分 ：用测量 PH

3、 值和电导率来测定气体的 酸 度 GB/T 17650.2 要 求 的 测 试 方 法 下 ： pH 4.3、 导 电 率 10µs/mm、 氧 指 数 30。为满足标准要求的低烟、阻燃、无毒性能， 就需要选择的材料具有理想的阻燃特性，并 在燃烧时不产生有毒有害气体。因此，LSZH项目阻燃级别炭化高度烟气毒性（浓度） mg/L烟密度（最小透光率 %）试验条件技术指标 m试样非金属量受火温度供火时间 Min阻燃一级I A7.0 81540 2.5 12.4 80I B3.5I C1.520阻燃二级II A7.040 60II B3.5II C1.520阻燃三级III A7.040 6.

4、15 20III B3.5III C1.520阻燃四级IV A7.540-IV B3.5IV C1.520注 ：IV A、IV B 、IV C 也可以表示为 A、B、C。Intelligent Building & City Information 2010 4 No.161 43C布线全攻略abling Encyclopedia是目前比较理想的选择。LSZH 电缆料采用金属氢氧化物（氢氧化 铝、氢氧化镁）作为阻燃剂，其本身可以起 到稀释可燃材料浓度的作用，在温度升高时 通过自身吸热脱水或促使材料脱水，吸收燃 烧产生的热量，降低燃烧材料表面温度，达 到阻止材料继续燃烧的目的。和普通 P

5、VC 电缆料相比，LSZH 具有以 下优点 ：（1）不含卤素，燃烧时无有害气体及腐 蚀性气体产生。传统阻燃料多采用全氯型 基环葵烷、 有机溴化物、 氯化聚乙烯等含 卤类阻燃剂，而 LSZH 电缆料的基料为聚 烯烃类， 阻燃剂为金属氢氧化物， 在所有 原材料的成分里不含卤素类产物，这样在 燃烧时就不会出现含有卤素类有害的、腐 蚀性的气体。（2）燃烧时发烟量少。火灾时，为确保 不熟悉现场人员有逃生机会，可视距离不得 低于 15m。一般电缆燃烧发烟时的可视距离 仅为 58m，而某些环保型 LSZH 电缆该项 数据竟达到 97m。在 GA 306.1 中对阻燃二级电缆的要求是 最小透光率 60%，目前

6、 LSZH 电缆料满足 最小透光率 60%，相关产品在实验室中的 数据达到 80% 以上。（3）优良的阻燃性能。评定电缆类产品 的阻燃性能，多用氧指数的大小来判定。一 般氧指数达到 26 以上即判定产品具有阻燃 性，标准通信电源用阻燃耐火电缆（YD/T 1173-2001）要求阻燃电缆的氧指数 30。 一些 LSZH 电缆料生产厂家的企业标准中氧 指数达到 34，远高于标准要求的阻燃电缆 氧指数值。（4）不含铅等重金属，不含环境激素， 不污染土壤。（5）可以重复利用或废弃处理时不对环 境产生危害。3 LSZH 电缆加工工艺由于 LSZH 电缆料与传统的 PVC 电缆料 存在比较大的差异，生产工

7、艺多采用 ：材料 预热（干燥）60 80挤出机预热模 具挤出冷却（分段冷却）的方式。在挤 出时应注意以下问题 ：（1）挤出温度控制由于 LSZH 阻燃电缆料的阻燃剂多采用 水合氧化物（金属氢氧化物），这类阻燃剂在 高温下容易分解。因此在生产过程中应严格 控制挤出机的温度，以免因生产时的高温而 引发阻燃剂提前分解，最终造成阻燃特性的 失效。一般情况下 LSZH 电缆料的挤出温度 平均比 PVC 电缆料低 10 20。生产时实际挤出温度主要取决于挤出机 的压缩比、长径比及螺杆结构等因素，因此 生产人员需根据具体的挤出设备设定挤出机 的各段温度，并应遵循温度慢慢提高的原则（每次升温幅度不大于 5），

8、以免由于快速 升温而导致料筒温度不均引起的塑化不良。 表 2 是某品牌 LSZH 料用于数据电缆护套时， 推荐的挤出机各区段挤出温度。表2 加热区1区 2区 3区 4区 5区 机头模口温度100125145150155160160165（2）挤出螺杆选择 电线电缆挤出设备的主要部件是螺杆，它关系到挤出机的应用范围和生产效率，为适应 不同塑料加工的需要，螺杆的形式有许多种。 由于 LSZH 电缆料的配方比较独特，熔 融物料的粘度比较大，当挤出螺杆的压缩比较大时，很容易造成聚合物的化学键断裂， 使成品的抗张强度和断裂伸长率等机械特性 大大下降。同时螺杆压缩比较大，挤出机速 度无法达到正常水平，致使

9、物料在机筒和螺 杆间滞留时间过长，且挤出过程中熔融物料 与机筒内壁将产生较大的摩擦，大量摩擦热 将使熔融物料在机筒内处于难以控制的高温 状态，从而引发阻燃剂的提前分解，在材料44 智能建筑与城市信息 2010年 第4期 总第161期内部产生气泡，最终造成材料的失效。因此 选用螺杆的压缩比不宜过大，一般在 1:1 1:2.5 之间比较适宜。一般电缆生产厂家在加工 LSZH 电缆产 品时，多采用专用 LSZH 螺杆，以最大化的 保持电缆料的机械、阻燃特性。（3）螺杆转速控制由于 LSZH 熔融电缆料的粘度较大（流 动性差），熔体从模口（即出料口）包覆到缆 芯上比较困难，当螺杆转速较快时，随螺杆 输

10、送的大量熔体在模具出料口迂回，使模具 受到来自熔体的压力非常大，甚至造成模具 被冲出机头的风险。因此在挤出 LSZH 电缆料时，宜设定较 低的螺杆转速进行生产，一般在同种条件下， LSZH 电缆料的螺杆转速设定为 PVC 电缆料 的 50% 左右为宜。较低的螺杆转速以及熔体 包覆困难，LSZH 电缆料的生产速度较普通 电缆料要下降很多。目前专用的低烟无卤阻燃挤出设备已经 克服了普通挤出机的这些缺点，使生产速度 大幅提高。（4）冷却方式优化与传统的电缆料相比较，LSZH 护套在 挤出时收缩更急剧，导致护套外层已经冷却 定型，而内层电缆料还处于高温未定型状态， 进而埋下应力集中的隐患，甚至最终导致

11、电 缆外护的应力开裂。为减少生产过程中引起应力集中，建议 在护套挤出过程中，采用分段冷却的方式对 电缆进行冷却。如热水冷却（循环水）温 水冷却空气冷却冷水冷却等。在电缆冷却过程中，尤其要注意的一点 是 ：从模口出来后进入水槽的电缆，必须完 全浸泡在冷却水中，否则除应力集中问题外， 还可能在电缆的表面出现一系列的小圆点， 使电缆外护套的表面出现坑坑洼洼，影响电 缆外观。另外，挤出设备需具备良好的冷却装置， 以便准确控制工艺温度。这是个不可忽视的 问题，如温度过高可能在线缆表面产生大的 气孔，温度过低又会使设备的整机电流增大， 影响设备寿命。（5）挤出模具选择LSZH 电缆料熔融状态下的熔体强度、

12、拉 伸比和粘度与其他电缆材料存在着较大的差 异，与普通电缆料相比，LSZH 电缆料的拉 伸比较小（2.5 3.2 左右），选择模具时应 充分考虑这些性能。具体选择如下 ：模芯的选择。当 LSZH 电缆材料作为绝缘 挤出时，宜选用挤压式模芯 ；而在作为护套料 挤出时，则模芯应选用半挤压式，以便获得理 想的抗拉强度、伸长率以及表面光洁度。模套的选择。采用挤压式模芯时，因材 料粘度较大，致使机头受到很大压力，当熔 体离开模芯时会有所膨胀，应选择尺寸相对 较小的模套，否则易使电缆表面不紧密，成 品挤包松动。但在生产数据电缆的护套时， 因数据电缆采用 HDPE 作为绝缘料，HDPE 与聚烯烃的熔融温度比较接近，为避免因挤 包太紧而导致的护套与绝缘芯线粘连，宜选 择尺寸稍大的模套搭配，因此这类电缆的护 套挤包比较松散、外径相对较大。另外，挤出模具的廊段也不宜太长（通 常 1mm），太长的廊段将增加熔体受到的 剪切力，过大的剪切力可能导致熔体化学键 的断裂，从而影响成品的机械性能。4 结