對(duì)于普通的無(wú)鹵低煙阻燃電纜，由于在其絕緣或護(hù)套中滲入大量的Al(OH)3、Mg(OH)2阻燃無(wú)機(jī)材料，雖不產(chǎn)生含鹵的有害氣體，但阻燃等級(jí)停留在C類或B類，很難達(dá)到A類，且因大量無(wú)機(jī)材料的滲入，使其機(jī)電性能及加工性能都變得較差，研制含有隔氧層的阻燃電纜就是在這種背景下產(chǎn)生的。
為了使無(wú)鹵低煙阻燃電纜的阻燃性能更加可靠，圍繞電纜燃燒三要素(溫度、可燃物和氧氣)的燃燒機(jī)理分析，提出了一種電纜隔氧層的新結(jié)構(gòu)，即在電纜絕緣層與護(hù)套層之間，增加一層由特殊的隔氧材料組成隔氧層。當(dāng)電纜遇明火燃燒時(shí)，隔氧材料能析出大量水分以降低環(huán)境溫度，并形成一個(gè)不熔不燃的氧化鋁硬殼，以隔絕絕緣有機(jī)物與外界空氣的接觸，***終使電纜達(dá)到自熄的目的，從而大大提高了阻燃的級(jí)別，可達(dá)A級(jí)阻燃水平。其次采用隔氧層結(jié)構(gòu)的電纜其絕緣可采用普通型的絕緣材料，即避免了因加入無(wú)機(jī)的阻燃劑、消煙劑而引起的不良的影響。這就是試制交聯(lián)聚乙烯絕緣無(wú)鹵低煙護(hù)套隔氧層阻燃電力電纜的設(shè)計(jì)思路。
由于本產(chǎn)品尚未有相應(yīng)的******標(biāo)準(zhǔn)，所以根據(jù)以下有關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及其試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)編制了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中包括：GB12706-2002《額定電壓35kV及以下銅芯、鋁芯塑料絕緣電力電纜》，GB/T18380-2001《電纜在火焰條件下的燃燒試驗(yàn)》，GB/T17651-1998《電纜或光纜在特定條件下燃燒時(shí)煙密度測(cè)定》和GB/T17650-1998《電纜或光纜特定條件下燃燒時(shí)釋出氣體的試驗(yàn)方法》，GA306-2001《阻燃及耐火電纜：塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級(jí)和要求》。
2產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與材料的選擇
電纜的絕緣采用硅烷交聯(lián)聚乙烯(XLPE);護(hù)套采用意大利潘得那公司生產(chǎn)的無(wú)鹵低煙聚烯烴阻燃護(hù)套料;成纜后的纜芯外繞包一層隔氧層，它主要由含有Al(OH)3和Mg(OH)2并經(jīng)特殊工藝加工處理的繞包帶，當(dāng)其受熱后釋放出結(jié)晶水并形成不熔不燃的硬殼，起著降溫與隔離的作用;成纜時(shí)要絞入無(wú)塵巖棉阻燃填充繩，以便使纜芯圓整，它是由江蘇新奇特電纜材料廠生產(chǎn)的無(wú)鹵低煙礦物材料受熱后也可分解出結(jié)晶水，降低溫度、保護(hù)絕緣。試驗(yàn)證明：這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選用完全能滿足電纜阻燃性能要求，并已通過(guò)******防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心的檢測(cè)。圖1為0.6/1kVXLPE絕緣無(wú)鹵低煙護(hù)套隔氧層阻燃電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
3試制中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決的方法
3.1成纜工藝
絕緣線芯成纜用的阻燃填充繩含有Al(OH)3和Mg(OH)2等成分，它的抗拉強(qiáng)度特別低，起初選用普通的并線模，結(jié)果填充繩經(jīng)常斷裂，而且表面發(fā)粘和起毛。經(jīng)分析，其主要原因是其抗拉強(qiáng)度比較低，而且耐磨性差，再加上并線模的?？字睆捷^小，產(chǎn)生的摩擦阻力大等多種原因所造成的。若將填充繩的根數(shù)減少，適當(dāng)?shù)販p小繩的外徑，但這樣會(huì)使纜芯不圓整。***終將?？字睆竭m當(dāng)?shù)卦龃?，同時(shí)在成纜機(jī)的放線盤盤軸上安置抱閘，以便適當(dāng)?shù)亟o以一定的張力，這樣既保證了纜芯的圓整，又避免了填充繩斷裂、起毛和發(fā)粘。
3.2護(hù)套的擠出工藝
(1)擠出溫度的選擇由于熱塑性低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料加入了大量的水合金屬氧化物氫氧化鋁、氫氧化鎂等無(wú)機(jī)材料，使其擠出工藝性能變得較差，其加工溫度應(yīng)控制在160～170℃之間。低于這溫度將不能使物料完全塑化，擠出壓力過(guò)大，難以擠制;高于這個(gè)溫度會(huì)使其分解，一方面降低其阻燃性能，而另一方面會(huì)造成護(hù)套表面產(chǎn)生大量的氣孔。其次，應(yīng)特別注意的是：由于電纜護(hù)套料中含有眾多的無(wú)機(jī)材料，在擠出過(guò)程中，擠壓摩擦?xí)鸢l(fā)熱(即摩擦生熱)，從而影響了擠出溫度的控制。溫度控制的影響因素眾多，其中還包括擠出機(jī)螺桿結(jié)構(gòu)及尺寸、螺桿的轉(zhuǎn)速和冷卻的方式等等。這就對(duì)擠出設(shè)備、擠出模具及其工藝提出了很高的要求。
(2)擠出設(shè)備的選擇眾所周知，螺桿直徑越大，擠出加工能力越大;長(zhǎng)徑比越大，有利于塑料混合和塑化，能減小漏流和逆流，提高擠出機(jī)生產(chǎn)能力。但長(zhǎng)徑比過(guò)大，同樣會(huì)使塑料擠出壓力增大，尤其會(huì)使含有大量無(wú)機(jī)材料的阻燃護(hù)套料引起摩擦生熱嚴(yán)重，造成材料降解和分解，使其阻燃性能下降，材料擠出表面質(zhì)量下降;而長(zhǎng)徑比過(guò)小，易引起材料混煉后的塑化不良，導(dǎo)致其性能的下降。因此***終選用了長(zhǎng)徑比為20的單紋螺桿擠出機(jī)。
(3)冷卻裝置的選擇由于阻燃聚烯烴護(hù)套料含有大量的無(wú)機(jī)填充料，在擠出過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的摩擦生熱，這就要擠出機(jī)具有良好的冷卻裝置，為此，把原來(lái)的風(fēng)冷系統(tǒng)改為水冷系統(tǒng)。
(4)螺桿轉(zhuǎn)速的選擇對(duì)于阻燃聚烯烴護(hù)套而言，擠出螺桿的轉(zhuǎn)速選擇也是一個(gè)不能忽視的問(wèn)題。通常在使用φ90mm擠出機(jī)擠塑時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)速宜控制在20～22r/min。若螺桿轉(zhuǎn)速過(guò)大，塑料會(huì)受到較大剪切應(yīng)力，使物料摩擦生熱增加，導(dǎo)致阻燃劑的分解、護(hù)套表面毛糙。
(5)擠出模具的選擇由于低煙無(wú)鹵聚烯烴護(hù)套料中無(wú)機(jī)填充物高達(dá)150%(每100份的樹(shù)脂中所含的份數(shù)量)這就導(dǎo)致了其在擠出時(shí)熔融狀態(tài)下，熔體的強(qiáng)度、拉伸比和粘度等，均與普通型護(hù)套料存在著較大的差異，因此，擠出模具的選配也有所不同。根據(jù)理論分析和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，通常阻燃聚烯烴護(hù)套料可適用于擠壓式、半擠管式及擠管式模具。在使用擠壓式模具時(shí)，由于其熔體粘度大，使機(jī)頭中壓力增大，擠出成品壓得較密度，導(dǎo)致離模后電纜外徑會(huì)有所膨脹而增大，因此，選用的模套內(nèi)徑應(yīng)比成品電纜的標(biāo)準(zhǔn)直徑小5%左右;采用半擠管式或擠管式模具，要注意其拉伸比應(yīng)選為2.5～3.2，比普通護(hù)套料(拉伸比為6～7)要小得多。若拉伸比過(guò)大，則會(huì)引起護(hù)套表面質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起護(hù)套脫節(jié)或斷裂;若拉伸比過(guò)小，護(hù)套表面更光滑，但影響生產(chǎn)速度。
***終選用擠管式模具，模具尺寸的配合為：
模芯內(nèi)徑=繞包層外徑+(0.6 ～ 1.5)mm
模套內(nèi)徑=電纜標(biāo)稱外徑+(2 ～ 7)mm
4產(chǎn)品的性能
交聯(lián)聚乙烯絕緣無(wú)鹵低煙護(hù)套隔氧層阻燃電力電纜經(jīng)檢測(cè)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，其中，阻燃性能達(dá)到成束燃燒試驗(yàn)的A類標(biāo)準(zhǔn)，炭化高度為1.5m，低于GA 306-2001標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的不小于2.5m的要求;燃燒氣體酸值(pH)合格;煙濃度指標(biāo)中適光率達(dá)90%，比GA306-2001標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一級(jí)A類中要求的***小透光率為80%優(yōu)良;煙氣毒性指數(shù)按標(biāo)準(zhǔn)GA132-1996檢測(cè)為準(zhǔn)安全級(jí)二級(jí)(ZA2)。該產(chǎn)品研制成功，不僅有良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有良好的社會(huì)效益。
