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辐照交联低烟无卤阻燃耐热电线电缆知识

摘要:针对电线电缆聚氯乙烯等阻燃绝缘材料,被明火燃烧时将释放大量的有毒气体导致人员伤亡的现状。经过分析论证,指出低烟无卤聚烯烃材料只能采用辐照方式进行交联,才能保证阻燃性能和电气性能。

关键词:辐照交联 低烟无卤 阻燃 氧指数

  目前火灾事故中,电线电缆引起的火灾不容忽视。据不完全统计,1998年我国发生的火灾中,因电线电缆所引起的占35%以上,在火灾死亡人员中有三分之二是因为吸入电线电缆燃烧时释放出的有毒气体而窒息死亡,怎样阻止电线电缆的燃烧,即使是被明火燃烧还低烟无毒,这是电线电缆制造业的一大课题。

1.阻燃材料的演变

  从20世纪70年代开始,许多国家开始阻燃电线电缆的研制,一开始人们首先想到了用含有卤素的材料来进行阻燃,因为含有卤素的材料具有很好的阻燃性。此类材料分为两种:一种是材料的基体树脂含有卤素,如聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(PTFE)等;另一种基体树脂不含卤素,如聚乙烯(PE)等,添加溴联苯醚,氯化石蜡,前一种称有卤阻燃,后一种称低卤阻燃,但是这些阻燃电线电缆在燃烧时存在高发烟高毒性的弊端,当火灾发生时,产生溴化二恶英。被困人员乃至消防人员极易吸入此类有毒的含卤气体而窒息伤亡,造成火灾的二次灾害。

  从20世纪80年代开始,国际上开始对低烟无卤阻燃材料的研制,这种材料的优点是低烟无卤、无毒,即使被明火燃烧时,释放出来的是二氧化碳气体和水蒸汽。

2. 低烟无卤阻燃聚烯烃

  低烟无卤聚烯烃是以聚乙烯为基体,将被EVA(乙烯-醋酸乙烯酯关聚物)活化了的大量氢氧化镁或氢氧化铝捏合在聚乙烯基体中,利用氢氧化物被燃烧受热时,分解成金属氧化物和水,该反应为吸热反应。

  阻燃原理如下:氢氧化物被燃烧时是分解反应,该反应是吸热反应,吸收周围空气中的大量热量,降低了燃烧现场的温度,此为阻燃机理之一;生成的水分子,也吸收大量热量,此为阻燃机理之二;产生的金属氧化物结壳,阻止了氧气与有机物的再一次接触,此为阻燃机理之三。所以低烟无卤聚烯烃是采用吸热与金属氧化物隔氧的方法进行阻燃的。

3. 辐照交联工艺在低烟无卤电线电缆中的应用

  低烟无卤聚烯烃主要是采用氢氧化物作为阻燃剂。氢氧化物又称为碱,其特性是容易吸收空气中的水分,即称为潮解。潮解的结果是绝缘层的体积电阻系数大幅度下降,由原来的17MΩ/km可降至为0.1MΩ/km。怎样阻止潮解的发生呢?只有将基体--聚烯烃的分子结构予以改变,形成致密层以阻止空气中的水分子与阻燃剂氢氧化物相结合从而形成潮解现象,人们称此为交联。交联的方式分为两大类,即化学交联和物理交联。而化学交联又分为干法交联和温水交联二种。干法交联的方法是在温度达300-400℃的高压气体中,经过一定的时间使聚乙烯分子链交联。在此状况下,氢氧化物已分解为金属氧化物和水,因此电缆表面将出现裂纹及水泡,所以干法交联的方法是不可用于低烟无卤材料的。

  温水交联的方法是将电线电缆置于90℃的温水中浸泡5至7小时,在此状况下,氢氧化物将吸收大量的水份,导致绝缘电阻下降,直接影响到电缆的综合性能。

  物理交联又称辐照交联,是利用电子加速器产生的高能量电子束流,轰击绝缘层及护套,将高分子链打断,被打断的每一个断点称为自由基。自由基不稳定,相互之间要重新组合, 重新组合后由原来的链状分子结构变为三维网状的分子结构而形成交联,此交联方式既无高温又无水,既能使聚烯烃交联,又不影响阻燃性能和电气性能,所以低烟无卤聚烯烃材料只能采用辐照的方式交联,别无选择。

4. 辐照交联低烟无卤耐热电线电缆的综合性能

4.1 电气性能
  绝缘电阻常数(90℃):17.6MΩ.km。

4.2 阻燃性能(无卤、低烟特性)
  a.氧指数为38。
  b.电缆燃烧时气体逸出试验:绝缘PH值为6.74;绝缘电导率为1.18。
  c.电缆燃烧时烟浓度试验(透光率):97%。

4.3 机械物理性能(耐高温特性)
  a. 135℃、168h空气箱老化试验:老化后抗张强度保留率为106%;老化后断裂伸长率保留率为90%。
  b. 延伸试验(200℃.15min):负载下伸长率为≤175%;冷却后永久变形率为≤15%。
  备注:保留率-如果物体原来的抗张强度为10公斤/cm2,老化后的抗张强度为10.6公斤/cm2 ,此物体老化后的抗张强度保留率为106%。

 

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