試析無鹵低煙阻燃電纜性能與擠出工藝

 調(diào)查顯示，由于電纜出現(xiàn)問題而引發(fā)的火災每年都有發(fā)生，目前電線電纜的阻燃問題已成為世界各國關注的焦點。在很多歐美發(fā)達國家，政府已明令禁止使用非環(huán)保型電纜，這是因為普通的電纜阻燃材料中含有大劑量的鹵素，一旦發(fā)生火災，燃燒的電纜會產(chǎn)生大量的濃煙，人們往往會因煙霧的熏烤而窒息，給救援工作造成了一定阻礙。另外，含鹵的電纜燃燒時會釋放出具有腐蝕性的鹵化氫氣體和有毒煙霧，不僅會污染環(huán)境，腐蝕儀器表等設施，還嚴重威脅著人們的生命安全。因此，很多使用電纜的領域和部門對電纜的安全性能提出了更高的標準，要求電纜不僅應具備一定的阻燃性，也應該盡量減少在燃燒過程中所產(chǎn)生的有毒有害氣體和煙霧。因此，無鹵低煙阻燃電纜應運而生。無鹵低煙阻燃電纜的特征是包裹電線的阻燃材料中不含鹵素，且在燃燒過程中釋放的煙霧量較少，使人們的安全得以保證。目前，無鹵低煙阻燃電纜已廣泛運用到我國的各行各業(yè)當中。
1 無鹵低煙阻燃電纜的結構設計及性能特點
1.1 無鹵低煙阻燃電纜的結構設計 無鹵低煙阻燃電纜因其所具有的特性而得名。無鹵，即覆蓋電纜的材料在燃燒時不會產(chǎn)生任何有毒的腐蝕性氣體，其酸氣含量、氟含量、PH值和電導率應滿足國家標準的要求；低煙，是電纜在燃燒時產(chǎn)生的煙霧透光率和可視度較高，決定這兩者的關鍵是電纜阻燃的材料以及電纜的整體結構。電纜的絕緣材料通常會使用無鹵阻燃聚烯烴絕緣材料，或是聚乙烯、乙丙橡膠、交聯(lián)聚乙烯材料，電纜的護套、包帶、填充及襯層多使用無鹵阻燃材料。由于無鹵低煙阻燃電纜被應用于各種不同場所，因此其結構的變化也較多，目前來看，我國無鹵低煙阻燃電纜主要分為以下兩類。第一，一般場所所用的無鹵低煙阻燃電纜。此類電纜基本采用無鹵聚烯烴絕緣材料，根據(jù)具體需要和阻燃類型的不同，可適當加上低煙無鹵阻燃護套、吸煙無鹵阻燃擠出式襯層、或是金屬鎧裝等部件。第二，特殊場所常用的無鹵低煙阻燃電纜。這類電纜多使用無鹵阻燃聚烯烴絕緣材料或硅橡膠絕緣材料，因使用場合不同，可選擇低煙無鹵阻燃護套或是低煙無鹵阻燃包帶、襯層，這多適用于地鐵、輕軌、船艦制造以及核電站等場所。
1.2 無鹵低煙阻燃電纜的性能特點 根據(jù)阻燃電纜燃燒時釋放的鹵素氣體和煙霧量不同，可分為普通型阻燃電纜、低鹵低煙型阻燃電纜以及無鹵低煙型阻燃電纜。其中，無鹵低煙型阻燃電纜以聚烯烴作為原材料，完全不含有鹵素成分，燃燒時阻燃性能穩(wěn)定，產(chǎn)生的煙霧量和有毒氣體極低。綜合來說，無鹵低煙阻燃電纜有以下幾點性能。第一，阻燃性高。阻燃電纜可以在電纜燃燒的過程中減緩火焰的蔓延速度，為滅火爭取更多的時間。第二，無鹵性。在電纜的整個生產(chǎn)過程中，用到的包括護套、隔離層、內(nèi)襯等材料都不含有鹵素成分，電纜在燃燒時不會產(chǎn)生氯氣、鹵化氫、氧氯化碳以及氫溴酸等有毒或是有腐蝕性的有害氣體，不會對人的健康產(chǎn)生威脅。第三，電氣性能與機械物理性能稍差。由于加入填充劑，導致無鹵低煙阻燃電纜的機械性能和加工性能受到影響，然而隨著科技的進步低煙無鹵阻燃電纜的電氣、物理性能將逐步達到普通電纜的要求，使無鹵低煙阻燃電纜在電流的傳輸過程中性能更加穩(wěn)定。
2 無鹵低煙阻燃電纜的擠制原則與擠出工藝
2.1 擠制過程中應遵循的原則 無鹵低煙阻燃聚烯烴護套相比普通電纜護套而言，其材料中加入了較多的填充料以及無鹵阻燃劑，使得這種電纜的塑性有所降低，流動性能相對較差，熱敏性強，而且經(jīng)過摩擦極易產(chǎn)生熱量，加上長時間在機身內(nèi)部滯留，會產(chǎn)生大量低分子揮發(fā)物，從護套的表面滲出，使護套的表層出現(xiàn)燒焦的顆粒狀物體。在擠制護套的過程中，應遵循以下幾點原則。第一，應選用擠出性能良好的無鹵低煙阻燃聚烯烴材料，材料的密度要適中，且在擠制前對材料進行一段時間的預熱，以保證附著在材料表面的水分完全蒸發(fā)；第二，根據(jù)電纜的具體型號和尺寸對擠出濾網(wǎng)以及螺桿轉速進行適當?shù)恼{(diào)整，使機身壓力不超過負荷，保證材料能夠順暢擠出；第三，擠出時應盡量較少對護套的拉伸，必要時可適當增加護套的擠出厚度，以避免因材料變形而導致的護套脫節(jié)、空洞等現(xiàn)象，護套出模后要對其進行分段冷卻，避免護套產(chǎn)生內(nèi)應力。
2.2 無鹵低煙阻燃電纜的擠出工藝
2.2.1 擠出溫度的控制 無鹵低煙阻燃護套的材料中添加了大量的無機材料，這使得其擠出工藝性能降低。因此，擠出時的溫度應盡量保持在160℃～170℃之間。另外，受擠出機螺桿的結構、轉速、擠壓摩擦等因素的影響，擠壓溫度也會隨之上下起伏，因此，必須加強對擠出溫度的控制。
2.2.2 擠出設備的選擇 電纜護套的擠出設備主要依靠螺桿的運動而工作，螺桿的型號及尺寸影響著擠出機的生產(chǎn)效率和使用范圍。螺桿的直徑大，則擠出時產(chǎn)生的能力就大，螺桿的長徑比大，就能夠有效防止逆流和漏流的情況發(fā)生，有助于塑料的混合和塑化。但是如果長徑比值過大，也會使擠出機的壓力增大，導致阻燃護套材料產(chǎn)生劇烈的摩擦，使材料降解，不僅影響護套的表面質(zhì)量，同時也降低了其阻燃性能。因此，在擠制時要選用合適的擠出設備，一般以壓縮比為1：1～1：1.25、長徑比為20或25的單紋螺桿為最佳。值得注意的是，由于擠制過程中會因摩擦產(chǎn)生大量的熱，這種高溫會在電纜的表面留下很多氣孔，因此擠出設備要配有性能良好的冷卻裝置，才能有效控制擠制溫度的工藝參數(shù)。冷卻裝置可以將設備及擠出的護套控制在適宜的溫度內(nèi)。另外，螺桿的轉速也是影響無鹵低煙電纜料能否成功擠出的關鍵，螺桿轉速過快，摩擦生熱量也大，會造成阻燃劑的分解，影響擠出表面質(zhì)量。因此，在擠制過程中，不僅要選用適宜的擠出設備，同時也要控制螺桿的轉速以及主機電流。
2.2.3 擠出模具的正確選擇 無鹵低煙電纜的填充材料較多，其熔融狀態(tài)下的拉伸程度、熔體強度與其他普通電纜相比存在著一定差異，因此在對此種電纜的擠出方式和模套的選擇上要尤為注意。無鹵低煙電纜的絕緣擠出模具選用擠壓式，護套擠出模具選擇半擠壓式，以保證材料的抗拉能力較強。在選擇模套時，考慮到粘料的粘性比較大，導致機頭承受的壓力也較大，當材料被擠出離開模具時會有所膨脹，所以模套的尺寸要比實際尺寸略小。另外，由于無鹵低煙阻燃電纜的拉伸比較小，因此在選擇模具時要充分考慮到它的拉伸性能，選配的模套不宜過大。
3 結論
無鹵低煙阻燃電纜的應用場合越來越多，因此對于其性能的要求也會越來越高。所以在制作無鹵低煙阻燃電纜的過程中，要嚴格控制溫度的高低和材料的選擇，不斷加強對阻燃機理的研究，提高生產(chǎn)工藝水平，開發(fā)出加入量更少的新型高效無鹵阻燃劑，不僅能夠降低生產(chǎn)成本，同時可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，以適應不同的市場需求。