汪 海， 徐 紅

(無(wú)錫電纜廠有限公司，江蘇 無(wú)錫214028)

0 引言

阻燃電纜是一般電纜的派生品種，除具有電纜應(yīng)有的電器性能、理化性能外，還要具有阻燃性能。電纜實(shí)現(xiàn)阻燃的方式有兩種:一是電纜外包金屬套管;二是電纜采用阻燃材料。材料的阻燃性是有氧指數(shù)判定的，電纜的阻燃性是通過(guò)電纜成束燃燒試驗(yàn)來(lái)判定的。因此，在阻燃電纜生產(chǎn)流程中，時(shí)常提到兩個(gè)專(zhuān)業(yè)名詞:材料氧指數(shù)、電纜成束燃燒試驗(yàn)。這也是本文論述的重點(diǎn)。

1 阻燃性試驗(yàn)方法

1.1 氧指數(shù)測(cè)定方法

材料所具有減慢、終止或防止有焰燃燒的特性稱(chēng)為材料的阻燃性，常用氧指數(shù)衡量。

所謂氧指數(shù)(OI)，就是在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，材料在氧氣和氮?dú)饣旌蠚饬髦?，剛好能維持有焰(燭樣)所需的最低氧濃度，以氧的體積百分比表示。

氧指數(shù)是判斷電線電纜用材料在空氣中與火焰接觸時(shí)燃燒的難易程度的一個(gè)重要參數(shù)。氧指數(shù)在22以下的是易燃材料;在22～27之間為難燃材料，即具自熄性;在27以上的是高難燃材料，其阻燃性能很好。

氧指數(shù)測(cè)定結(jié)果的精度取決于流量計(jì)的精度、供給氧氣的純度、燃燒狀態(tài)的穩(wěn)定性以及試驗(yàn)環(huán)境。

1.2 電纜成束燃燒試驗(yàn)

阻燃電纜并不是在任何條件下都不會(huì)燃燒的電纜。其本質(zhì)是阻止燃燒，使電纜在火焰中燃燒更加困難。阻燃電纜可以改變電纜著火早期階段的特性，并預(yù)防后期的發(fā)展，為滅火提供更長(zhǎng)的時(shí)間以及人員脫險(xiǎn)的機(jī)會(huì)。

電線電纜通過(guò)單根燃燒試驗(yàn)合格，并不意味著其在多根成束敷設(shè)的條件下仍具有阻燃性。因此在我國(guó)，所謂阻燃電線或阻燃電纜，一般指的就是通過(guò)成束燃燒試驗(yàn)合格的電纜。

國(guó)際上有關(guān)成束電線電纜燃燒試驗(yàn)的方法很多，其中最著名的是IEEE 383和IEC 60332-3。各國(guó)已趨向采用后者。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18380是等效采用IEC 60332-3編制的。

阻燃電纜的成束燃燒試驗(yàn)方法是:將不同根數(shù)的電纜在燃燒箱內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，規(guī)定燃燒時(shí)間與火焰溫度，由專(zhuān)用的帶型噴燈對(duì)電纜進(jìn)行燃燒(按試驗(yàn)電纜的根數(shù)與供火時(shí)間又分為A、B、C、D四類(lèi)，以滿足不同使用場(chǎng)合對(duì)電纜阻燃性的不同要求，見(jiàn)表1)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)測(cè)量多根電纜燃燒高度與自熄性能，以確定成束燃燒試驗(yàn)是否通過(guò)。

阻燃電纜成束燃燒試驗(yàn)的關(guān)鍵是:結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、材料的選用、試樣的多少、試樣的排列方式、火源溫度、空氣流通量、試驗(yàn)環(huán)境溫度及燃燒箱內(nèi)溫度。

表1 不同類(lèi)別阻燃電纜成束燃燒試驗(yàn)方法的差異

1.3 氧指數(shù)與電纜成束燃燒試驗(yàn)間的聯(lián)系

有些地方的質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)部門(mén)和電線電纜廠本身不具備電線電纜成束燃燒試驗(yàn)手段，也就無(wú)法對(duì)電線電纜樣品做此項(xiàng)試驗(yàn)，于是就用電纜氧指數(shù)的大小來(lái)判斷產(chǎn)品的阻燃性能。電纜氧指數(shù)OI=(∑S×oi)÷∑S，式中oi為可燃材料的氧指數(shù)，S為可燃材料在電纜中所占的面積。質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)部門(mén)認(rèn)定，如果該指標(biāo)符合阻燃指標(biāo)要求，則判斷該產(chǎn)品為阻燃產(chǎn)品，否則為不合格產(chǎn)品。鑒于此種情況，電線電纜廠家必須很注意產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中可燃性材料的氧指數(shù)，確保進(jìn)廠的質(zhì)量指標(biāo)符合要求。

阻燃電纜在做設(shè)計(jì)測(cè)試和生產(chǎn)測(cè)試時(shí)，需要對(duì)試樣中有影響的重量超過(guò)5%的可燃材料按照GB/T 2406—93《塑料燃燒性能試驗(yàn)方法——氧指數(shù)法》規(guī)定的步驟分別測(cè)定其氧指數(shù)，并做記錄。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為驗(yàn)證材料氧指數(shù)與電纜成束燃燒試驗(yàn)結(jié)果之間的聯(lián)系，在日常試驗(yàn)工作中注重記錄了相關(guān)的試驗(yàn)參數(shù)及護(hù)套材料參數(shù)，以便從不同的角度分析成束燃燒試驗(yàn)結(jié)果。表2為多種電纜成束燃燒試驗(yàn)數(shù)據(jù);表3為多種電纜成束燃燒對(duì)比試驗(yàn)。

由表2可知:型號(hào)相同的產(chǎn)品，大規(guī)格的電纜比小規(guī)格電纜的炭化長(zhǎng)度小;鋼帶鎧裝型電纜比非鋼帶鎧裝電纜的炭化長(zhǎng)度小;聚氯乙烯(PVC)絕緣電纜比交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電纜的炭化長(zhǎng)度小。

表2 多種電纜成束燃燒試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 多種電纜成束燃燒對(duì)比試驗(yàn)

由表3可知:部分C類(lèi)阻燃電纜，能夠達(dá)到B類(lèi)阻燃水平，但達(dá)不到A類(lèi)阻燃水平;隨著阻燃級(jí)別的提高，炭化長(zhǎng)度加大;非阻燃材料的普通電纜不能通過(guò)成束燃燒試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 材料氧指數(shù)

(1)非阻燃的普通電纜的護(hù)套料(PVC)其氧指數(shù)為27，屬自熄性材料，單根垂直燃燒試驗(yàn)可以通過(guò)，但在C類(lèi)成束燃燒試驗(yàn)時(shí)短時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)失敗，說(shuō)明阻燃電纜必須用氧指數(shù)大于30的阻燃料。

(2)護(hù)套阻燃(OI≥30)絕緣不阻燃(OI=27)的PVC阻燃電纜，能夠輕松通過(guò)C類(lèi)成束燃燒試驗(yàn);如果纜徑較大或有鎧裝結(jié)構(gòu)，也可能通過(guò)B類(lèi)成束燃燒試驗(yàn)但不會(huì)通過(guò)A類(lèi)成束燃燒試驗(yàn)。

(3)護(hù)套阻燃(OI≥30)絕緣不阻燃(XLPE)的阻燃交聯(lián)電纜，能夠通過(guò)C類(lèi)成束燃燒試驗(yàn);如果纜徑較大或有鎧裝結(jié)構(gòu)，也能通過(guò)B類(lèi)成束燃燒試驗(yàn)，但不會(huì)通過(guò)A類(lèi)成束燃燒試驗(yàn)。

(4)護(hù)套阻燃(OI≥32)絕緣不阻燃(XLPE)的阻燃交聯(lián)電纜，能夠通過(guò)A類(lèi)成束燃燒試驗(yàn)。

(5)C類(lèi)阻燃電線(OI≥30)可以通過(guò)C類(lèi)成束燃燒試驗(yàn)，試樣碳化長(zhǎng)度為0.9 m，但在B類(lèi)成束燃燒試驗(yàn)時(shí)的試樣碳化已增長(zhǎng)為2.25 m，如果適當(dāng)提高材料的氧指數(shù)可增強(qiáng)產(chǎn)品的阻燃性能。

3.2 材料自熄性

材料氧指數(shù)試驗(yàn)的結(jié)果判定有兩個(gè)衡量參數(shù):一是計(jì)時(shí)3 min時(shí)氧指數(shù)試樣燃燒長(zhǎng)度小于5 cm;二是從試樣點(diǎn)著開(kāi)始計(jì)時(shí)3 min內(nèi)試樣需熄滅(不殘留火星)。兩者居其一才算合格。

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn):材料氧指數(shù)試驗(yàn)和成束燃燒試驗(yàn)之間的現(xiàn)象是有聯(lián)系的，如材料在做氧指數(shù)試驗(yàn)時(shí)，火焰熄滅了但有火星存在(無(wú)焰燃燒，幾秒至數(shù)十秒)，使用這種材料的阻燃電纜成束燃燒試驗(yàn)時(shí)?；鸷笸€會(huì)有幾分鐘的自持燃燒，如果這種燃燒加劇或持續(xù)1 h，就有可能造成成束燃燒試驗(yàn)不合格。

所以，根據(jù)氧指數(shù)試驗(yàn)火星熄滅時(shí)間，可以粗略判斷出使用該材料的成品成束燃燒試驗(yàn)即將結(jié)束時(shí)的火焰殘余時(shí)間，從而進(jìn)一步判斷試樣的燃燒趨勢(shì)(小規(guī)格的塑力纜或交聯(lián)電纜成束燃燒試驗(yàn)失敗往往是停止供火后電纜繼續(xù)有焰燃燒或無(wú)焰燃燒造成的)。

3.3 氧指數(shù)試樣燃燒狀態(tài)

由于材料的不同，有的材料在做氧指數(shù)測(cè)定時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)無(wú)焰燃燒、滴流、翹曲、彎曲或卷曲等不穩(wěn)定的狀態(tài)。使用這種材料的阻燃電纜做成束燃燒試驗(yàn)時(shí)，時(shí)常出現(xiàn)護(hù)層或絕緣層裂解脫落、膨脹變形，以至加大火焰與試樣的接觸面，加劇火勢(shì)，有可能使試驗(yàn)失敗，特別是影響外徑較小試樣根數(shù)較多的塑力纜、控制電纜以及交聯(lián)電纜的成束燃燒試驗(yàn)的結(jié)果。

3.4 試驗(yàn)溫度

在氧指數(shù)的測(cè)定方法中，嚴(yán)格規(guī)定了測(cè)定時(shí)的環(huán)境溫度(試驗(yàn)應(yīng)在(23±2)℃下進(jìn)行)，因?yàn)樵谝话闱闆r下，材料的氧指數(shù)將隨溫度的升高而降低。

為此，又有用溫度指數(shù)來(lái)評(píng)定材料可燃程度的試驗(yàn)方法。所謂溫度指數(shù)，就是在規(guī)定的條件下，試樣在固定的氧氮混合氣流中的氧濃度為20.9%時(shí)，逐漸升高溫度直至試樣剛好維持燭樣燃燒3 min時(shí)的溫度(測(cè)定溫度指數(shù)所使用的裝置和點(diǎn)火器與測(cè)定氧指數(shù)的基本相同，不同的是在燃燒筒外面設(shè)置有電熱裝置和溫度調(diào)節(jié)控制裝置)。

在連續(xù)做氧指數(shù)的測(cè)定時(shí)，會(huì)感覺(jué)到燃燒筒發(fā)燙。這種情況下得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)很可能小于實(shí)際值，我們應(yīng)該終止試驗(yàn)，等待燃燒筒變涼后再繼續(xù)試驗(yàn)。

在做成束燃燒試驗(yàn)時(shí)，進(jìn)入試驗(yàn)箱的空氣溫度應(yīng)為(20±10)℃，并留意箱體溫度的(箱體溫度持續(xù)升高，意味著試樣燃燒產(chǎn)生的熱量大于箱體內(nèi)循環(huán)空氣帶走的熱量，后果是高溫環(huán)境下材料氧指數(shù)降低，從而削減阻燃效果)。依據(jù)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，成束燃燒試驗(yàn)合格的電纜做試驗(yàn)時(shí)箱體溫度一般小于50℃，當(dāng)超過(guò)80℃時(shí)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)警戒了，如果超過(guò)120℃試驗(yàn)很可能不合格。

3.5 氣流量

氧指數(shù)測(cè)定時(shí)，混合氣體在燃燒筒中的流動(dòng)速率應(yīng)為(40±10)mm/s，可以從試驗(yàn)條件下氣體的總流量(mm3/s)除以圓筒的截面積(mm2)計(jì)算出。例如燃燒筒的內(nèi)徑為95mm，則其截面積為7088 mm2，要使混合氣體在燃燒筒內(nèi)的流速為40 mm/s，則應(yīng)調(diào)節(jié)混合氣體在燃燒筒中的總流量為283520 mm3/s，即17.0 L/min。試驗(yàn)前應(yīng)讓混合氣體在裝置內(nèi)流通30 s以清凈裝置。

成束燃燒試驗(yàn)時(shí)，除塵器的排煙量應(yīng)使試驗(yàn)自始至終通過(guò)試驗(yàn)箱的空氣流量保持在(5±0.5)m3/min。流動(dòng)空氣的計(jì)量及監(jiān)控在連接出煙口與除塵器間的煙道中進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

電纜生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)阻燃電纜時(shí)，會(huì)有各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或材料特點(diǎn)，但護(hù)套材料的阻燃特性是起主導(dǎo)作用的。因此，根據(jù)阻燃電纜的型號(hào)規(guī)格來(lái)選擇相應(yīng)的阻燃PVC材料，將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。

以上是對(duì)我公司阻燃材料氧指數(shù)與阻燃電纜成束燃燒試驗(yàn)結(jié)果的分析之后得出的。由于阻燃電纜的使用涉及到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，希望本文能給企業(yè)合理設(shè)計(jì)電纜結(jié)構(gòu)和選擇阻燃電纜所需的阻燃材料起到參考作用。

［1］王春江.電線電纜手冊(cè)(第一冊(cè))［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［2］GB/T 18380—2008 電纜和光纜在火焰條下的燒燒試驗(yàn)［S］.