文｜杜邦中國(guó)集團(tuán)有限公司上海分公司 葉俊浩

目前國(guó)內(nèi)建筑物通信電纜主要采用的是網(wǎng)線（LAN Cable），在建筑內(nèi)連接用戶端口和各種通信設(shè)備，由于其使用的數(shù)量越來(lái)越多，以及像神經(jīng)系統(tǒng)一樣遍布建筑內(nèi)的各個(gè)角落，其已經(jīng)成為建筑物火災(zāi)的主要蔓延通道，為此國(guó)家相關(guān)部門(mén)對(duì)此問(wèn)題也日趨重視，并提出使用安全通信電纜的要求，作為安全性的一個(gè)指標(biāo)：毒性是多數(shù)用戶需要考慮的因素。但目前市場(chǎng)上對(duì)通信電纜材料的毒性認(rèn)識(shí)不足，有些受某些廠商的誤導(dǎo)后，對(duì)材料的毒性產(chǎn)生了錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，希望通過(guò)本文幫助大家正確的認(rèn)識(shí)通信電纜的毒性問(wèn)題，并通過(guò)科學(xué)的測(cè)試方法，對(duì)目前市場(chǎng)上的通信電纜的材料做一個(gè)毒性等級(jí)的歸類。

首先，需要解釋的是由于通信電纜的特殊性，對(duì)其有電氣性能指標(biāo)的要求，而且電纜的電氣性能指標(biāo)主要依賴于絕緣層材料的特性，所以可供選擇作為絕緣層的材料十分有限。目前為止，可以用作絕緣層的材料只有兩種：一種是聚乙烯（PE），一種是聚四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物（FEP），是氟塑料的一種。這兩種材料都因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，可以作為通信電纜的絕緣層材料，同時(shí)為了確保其良好的電氣傳輸性能，在絕緣層材料內(nèi)都無(wú)法添加任何輔助添加劑，例如阻燃劑等。相比較而言，通信電纜的外護(hù)套材料可選擇的范圍稍廣，除了前面提到兩種材料以外，聚氯乙烯（PVC）也可以作為電纜的外護(hù)套材料。但是由于PE材料其可燃燒性很強(qiáng)，需要在電纜的外護(hù)套里添加一定比例的阻燃劑來(lái)提高它的阻燃特性，而PVC由于在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生黑煙，在一些高安全性能的電纜外護(hù)套里需要添加一定比例的阻煙劑來(lái)提高它的煙密度指標(biāo)。表1是目前市場(chǎng)上常見(jiàn)通信電纜的組成歸類。

表1

關(guān)于對(duì)通信電纜的材料毒性的認(rèn)識(shí)，我們認(rèn)為可以從三個(gè)方面來(lái)考量：材料本身燃燒或分解的產(chǎn)物，材料在燃燒時(shí)的耗氧量以及觸發(fā)材料毒性產(chǎn)生的時(shí)間。

1 材料本身燃燒或分解的產(chǎn)物

這個(gè)是目前大家比較能直觀理解的材料毒性的一個(gè)方面，對(duì)可燃材料而言，例如PE、PVC其在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的各類新的物質(zhì)，包括燃燒產(chǎn)物和分解產(chǎn)物，對(duì)有機(jī)物而言，這類物質(zhì)大多數(shù)是有毒的；對(duì)一些不可燃的材料而言，其不會(huì)產(chǎn)生燃燒殘留物，但當(dāng)溫度達(dá)到足夠高使材料分解時(shí)，仍會(huì)有分解產(chǎn)物產(chǎn)生，某些分解產(chǎn)物也是有毒性的。

我們先來(lái)看可燃材料的毒性分析。對(duì)PE或PVC來(lái)說(shuō)，其主要的組成分子結(jié)構(gòu)是碳?xì)滏I，所以其主要的燃燒產(chǎn)物是CO和CO2，而在火災(zāi)中，有很大一部分時(shí)間段材料處于缺氧的燃燒環(huán)境，其CO的產(chǎn)生量很多。無(wú)論是CO或CO2，在火災(zāi)中吸入后都會(huì)對(duì)人體造成致命的影響。對(duì)PVC線和低煙無(wú)鹵線（其主要成分是PE）來(lái)說(shuō)，在燃燒中多多少少會(huì)產(chǎn)生有機(jī)物的顆粒，形成有色煙霧，這些高溫的小顆粒被人體吸入，粘附在呼吸道內(nèi)，會(huì)對(duì)人體造成致命傷害。關(guān)于材料的煙霧特性，因?yàn)槠涫腔馂?zāi)中人員傷亡的一個(gè)主要因素，在電纜安全性能等級(jí)劃分里有專門(mén)的指標(biāo)（最大煙密度和平均煙密度）來(lái)規(guī)定材料的煙霧特性，但就毒性來(lái)說(shuō)，這也是電纜材料毒性的一個(gè)表現(xiàn)方面。

PE和PVC在燃燒的同時(shí)還伴隨著分解產(chǎn)物的產(chǎn)生，包括甲醛、乙醛、丙烯醛、乙酸、苯、甲苯等，這些物質(zhì)都是毒性很強(qiáng)的物質(zhì)，一旦吸入會(huì)對(duì)人體造成致命影響。例如丙烯醛，職業(yè)安全的允許可維持量為0.1ppm，當(dāng)丙烯醛濃度達(dá)到4ppm時(shí)可對(duì)人體造成明顯刺激性傷害，當(dāng)濃度達(dá)到20ppm時(shí)會(huì)使人體失去行動(dòng)能力，當(dāng)吸入濃度達(dá)到4000ppm時(shí)會(huì)導(dǎo)致人體立即死亡。

我們?cè)賮?lái)看不可燃材料的毒性分析。對(duì)通信電纜來(lái)說(shuō)，主要就是氟塑料的分解產(chǎn)物。氟塑料主要是氟碳鍵的長(zhǎng)鏈分子結(jié)構(gòu)，由于該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定具有不燃燒的特性，所以沒(méi)有燃燒產(chǎn)物，但在500℃時(shí)，氟塑料會(huì)開(kāi)始分解，其分解的產(chǎn)物主要是含氟的短鏈分子，如果溫度繼續(xù)上升，含氟的短鏈分子會(huì)進(jìn)一步分解，在800℃時(shí)會(huì)有小分子的氟化氫（HF）產(chǎn)生，HF是一種有毒物質(zhì)，吸入一定量后會(huì)對(duì)人體造成致命的影響。

從上所述，目前可作為通信電纜的材料在其燃燒或分解時(shí)均產(chǎn)生有毒物質(zhì)，對(duì)人體都會(huì)有傷害。所以阻止火災(zāi)的發(fā)生仍是最好的安全手段去控制有毒物質(zhì)的產(chǎn)生。那一旦材料已經(jīng)燃燒或分解，怎樣來(lái)評(píng)判材料的毒性強(qiáng)弱？目前國(guó)內(nèi)外比較認(rèn)可的毒性測(cè)試都是小白鼠實(shí)驗(yàn)，通過(guò)分解產(chǎn)物對(duì)老鼠產(chǎn)生的死亡劑量來(lái)評(píng)判材料毒性的強(qiáng)弱。例如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 20285-2006是目前被電纜行業(yè)引用的毒性測(cè)試方法。從目前對(duì)電纜材料的毒性要求來(lái)看分為三個(gè)等級(jí)，即T0、T1和T2，T0為毒性最小，我們隨機(jī)從市場(chǎng)上抽樣LCC、CMP和低煙無(wú)鹵電纜做T0測(cè)試，都是通過(guò)的。但這只代表所抽樣品的性能，具體每個(gè)廠家的產(chǎn)品都需要嚴(yán)格檢測(cè)，達(dá)到需要的毒性等級(jí)后方可使用。

T0的毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果也澄清了一個(gè)誤解，市場(chǎng)上大多數(shù)人都認(rèn)為CMP級(jí)的電纜（主要是材料是氟塑料）在分解時(shí)毒性很強(qiáng)，低煙無(wú)鹵材料毒性很小，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氟塑料的毒性沒(méi)有大家想象中那么強(qiáng)，低煙無(wú)鹵材料也不是大家想象中的那么無(wú)毒，結(jié)論是：在材料本身的毒性測(cè)試中這兩類材料的毒性處于同一水平，都可以達(dá)到T0。

2 材料燃燒時(shí)的耗氧量

氧氣是維持人體生存的重要物質(zhì)，一旦人處于缺氧狀態(tài)，會(huì)使人迅速喪失行動(dòng)能力，并導(dǎo)致人體的死亡，所以在燃燒過(guò)程中對(duì)氧氣的消耗量也是我們考量材料毒性的一個(gè)方面。

由于不可燃材料，例如氟塑料，其在正常的空氣環(huán)境中不會(huì)燃燒，不會(huì)消耗氧氣，所以在這點(diǎn)上，其是有優(yōu)勢(shì)的（氟塑料的耐氧指數(shù)是95，也就是要在95%的氧環(huán)境下才會(huì)燃燒，這在正常的空氣環(huán)境下是無(wú)法達(dá)到的）。對(duì)可燃的PE和PVC來(lái)說(shuō)，在其燃燒過(guò)程中都要消耗大量的氧氣，并產(chǎn)生大量的熱量使周?chē)鷾囟燃眲∩?。從這個(gè)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，氟塑料在耗氧這點(diǎn)上要優(yōu)于PE和PVC。

3 材料產(chǎn)生毒性的時(shí)間點(diǎn)

在考慮材料毒性時(shí)，我們還要看其產(chǎn)生毒性的時(shí)間，越晚產(chǎn)生有毒物質(zhì)，越有利于火場(chǎng)里人員的逃生。

如圖1所示，對(duì)建筑物火災(zāi)的過(guò)程可以分為四個(gè)階段：隱火、明火擴(kuò)散、充分燃燒、熄滅。在每個(gè)階段向下一階段發(fā)展的中間都有明顯的溫度變化，在第三階段時(shí)到達(dá)的溫度最高，所以說(shuō)火場(chǎng)里的溫度是一級(jí)一級(jí)升高的，一旦溫度達(dá)到材料產(chǎn)生有毒物質(zhì)時(shí)，毒煙的發(fā)散就不可避免，所以最好的防止毒氣產(chǎn)生的方法是切斷其燃燒，阻止其達(dá)到材料產(chǎn)生毒煙的溫度，在這點(diǎn)上，阻燃材料和非阻燃材料對(duì)溫度上升的控制是完全不一樣的。

圖1

對(duì)可燃材料PE和PVC來(lái)說(shuō)，其燃燒的溫度大概在100℃～150℃，處于火災(zāi)分類的第二階段上升期，由于其可燃燒的特性，其燃燒過(guò)程助長(zhǎng)了火勢(shì)向第三階段發(fā)展，同時(shí)伴隨著大量的CO和CO2等有毒氣體產(chǎn)生（雖然這些氣體可能是無(wú)色無(wú)味的，但確實(shí)有毒的，所以低煙不等于低毒），同時(shí)消耗了大量的氧氣，這些都是致命的因素。在第二階段的后半期，隨著溫度達(dá)到了PE和PVC的分解溫度，未被完全燃燒的材料發(fā)生了分解，產(chǎn)生了丙烯醛等刺激性氣體，加劇了火場(chǎng)的毒性環(huán)境。

相比較而言，氟塑料等難燃材料不會(huì)參與燃燒過(guò)程，所以不會(huì)對(duì)火場(chǎng)提供燃料來(lái)源，阻止了火勢(shì)朝高溫方向的發(fā)展，切斷了有毒煙氣產(chǎn)生的溫度鏈。對(duì)其本身的分解來(lái)說(shuō)，一方面其自身的阻燃效應(yīng)使溫度很難達(dá)到其較高的分解溫度，另一方面即使達(dá)到了分解溫度，也已是火勢(shì)處于第三階段，其發(fā)生時(shí)間要比其他材料晚得多，為火場(chǎng)人員的逃生贏得了寶貴的時(shí)間。

所以在毒性產(chǎn)生時(shí)間這個(gè)指標(biāo)上氟塑料明顯優(yōu)于低煙無(wú)鹵和PVC材料。

綜上所述，和市場(chǎng)上對(duì)氟塑料電纜錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)恰恰相反，低煙無(wú)鹵電纜和PVC電纜相比，氟塑料在衡量毒性的三個(gè)指標(biāo)內(nèi)有兩個(gè)優(yōu)于其他材料（材料本身燃燒或分解的產(chǎn)物CMP與LSOH相當(dāng)，但也優(yōu)于PVC），所以其總體毒性的性能要好于低煙無(wú)鹵以及PVC。在加上氟塑料在阻燃特性（熱能釋放、煙霧釋放、蔓延距離、滴漏特性）方面對(duì)比低煙無(wú)鹵等其他材料有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，其總體安全性能是優(yōu)于其他類電纜。

在美國(guó)的電纜安全性能劃分里氟塑料電纜所能達(dá)到的級(jí)別是CMP級(jí)，PE類及PVC類電纜能達(dá)到最高的級(jí)別是CMR，低于CMP一個(gè)級(jí)別。

在歐盟的電纜安全性能劃分里氟塑料電纜所能達(dá)到的級(jí)別是B1級(jí)，高于PE類和PVC類電纜能達(dá)到的最高級(jí)別B2級(jí)。

在即將頒布的中國(guó)電纜及光纜的安全性能劃分里，氟塑料所能達(dá)到的阻燃級(jí)別是II級(jí)，高于低煙無(wú)鹵和PVC類電纜所能達(dá)到的最高級(jí)別III級(jí)，在毒性級(jí)別上，氟塑料和低煙無(wú)鹵類電纜一樣能達(dá)到對(duì)電纜毒性的最高要求T0級(jí)（T0代表電纜毒性在一定的范圍內(nèi)，并不代表無(wú)毒）。