河南电缆：低烟无卤环保阻燃交联聚乙烯电线的应用

      1、概念

　　电线的导体材料一般是铜和铝,除此以外的材料主要是绝缘材料。原来电线电缆的绝缘材料以聚氯乙烯为主,但是聚氯乙烯含有卤素,电线电缆发生事故燃烧会释放出有毒的烟雾,严重地污染环境,而且妨碍了消防人员的救火和疏散人员。环保型电线电缆是指采用"绿色"绝缘材料的电线电缆。这些"绿色"绝缘材料燃烧时不产生有害物质、阻燃剂不含卤素,日常运行过程中不排放有毒气体。另外,不使用含有害重金属的添加剂，不添加普通PVC需要的增塑剂，其中很多致癌、致畸。因此环保型电线应为不采用含有对环境有害物质的"绿色"电线。

　　2、环保型电线电缆的发展现状

　　2.1国外的发展现状

　　发达国家一直非常重视低烟无卤阻燃电线电缆及相关材料的研发和推广使用,特别是在高层建筑、地铁、车站、机场、电站和商场等相对封闭或人员集中的重要建筑和设施内。近年来发达国家又在电气、电子设备中限制铅、镉等重金属和聚溴联苯(PBB),聚溴联苯醚(PBDE)等溴化物的使用,发达国家的电子电器业巨头纷纷制定了其各自的"绿色计划",从而禁止或限制使用对人体和环境有害的重金属和卤素,并且进行了大量的研发工作,已推出了许多系列"绿色"电子电器用电线电缆。一些国家,如瑞士、德国等,强烈反对PVC的应用,并且已经制定了严格的法律,限制并将最终取消PVC的应用。

　　2.2国内发展现状

　　我国的低烟无卤阻燃电线电缆及相关材料的开发和使用滞后发达国家十年左右。直到2000年以后才逐渐摆脱了完全依赖进口的情况。现在国产低烟无卤阻燃电线电缆及相关材料性能已经符合国家和国际相关标准，但是人们的环保安全意识还需要提升，产品还需要大力推广。

　　3、环保型电线电缆的环保特点

　　环保型电线电缆与普通电缆相比,有如下特点:

　　有害物质含量要求：目前所谓的普通环保型电线电缆是指铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯及多溴联苯醚的含量在欧盟RoHS规定的范围内的电缆。并且电线电缆中不得含有环境激素,不可污染土壤及水源。阻燃性能，环保型阻燃电线电缆的阻燃性能较好,在遇到火焰及火源,能够阻止火焰快速蔓延和扩散,将其控制在有限的区域内,将损失降到最低。高级环保阻燃电线（南缆电线）：是指无卤环保阻燃电线，不仅完全符合普通环保阻燃电线要求，而且不含卤素,燃烧后不会产生有害气体及腐蚀性气体。根据环保的要求,阻燃型电线保证在不降低阻燃等级的前提下，在燃烧时释放的气体具有低烟特性、无卤、低毒特点。火灾时,为确保所有人员都有逃生机会,可视距离不得低于15m,某些环保型电线电缆燃烧发烟时的可视距离可达到97m,而一般电缆仅为5～8m。通常用火烧电缆绝缘层,高级环保型导线发出的是白色的烟,主要是水蒸气，并且发烟量很少。

　　4、耐温等级高，载流量增加

　　耐温等级提高,载流量增加。一般普通PVC导线耐温等级为70℃,而环保导线的耐温为105℃,125℃,150℃,比普通电缆高出30℃～60℃。经过有关测试,同等规格截面的环保导线比普通导线载流量可以提高30％～50％以上，增加交联度甚至可以达到80%以上。无卤环保型导线通常为交联型产品，最近几年,线缆行业普遍采用辐照交联的工艺,通过特定的核技术高能电子辐照加工,将聚烯烃类材料的分子结构由原来的线型结构转变成网状结构，这种工艺可以提高线缆的运行温度及短路时抗瞬间高载流量的能力，大大提高耐温等级。虽然高级环保阻燃电线成本增加，但是考虑到载流量的增加，高级环保电线性价比更高，也就是说同样的载流量，高级环保阻燃电线成本价格更低。

　　5、环保型电线电缆的安全性

　　电线电缆引燃后会产生滚滚浓烟和大量的有毒气体。在以往发生的火灾中,烟雾的弥漫使逃生的人辨不清方向而惊慌失措,而延长在火灾现场中滞留的时间。另外,在火灾中不幸遇难者大部分是因吸入了有毒气体而窒息死亡,可以说有毒气体是火灾中的头号杀手。发达国家在上个世纪80年代已研制出无卤低烟电缆,并大力推荐使用这种无害电线电缆,以取代和逐步废弃使用有毒的PV C电线电缆。这就是说,含卤的电缆在火中释放出的毒性是非常可怕的，如果把在30分钟可致人死亡的气体浓度的毒性指数判定为1的话,那么聚氯乙烯的毒性指数为15.01,无卤聚烯烃的毒性指数为0.7 9。人在聚氯乙烯的烟雾中只能存活2分钟,而换成无卤材料,人在其烟雾中的存活就能延长到40分钟,大大增加了火灾时的逃生时间。另外根据有关材料表明,阻燃聚氯乙烯电缆燃烧时所放出的烟的透光率在15%以下,即人在此浓度烟里,其裸眼视距为2m左右。所以在火灾中,强烈弥漫的浓烟使受害者晕头转向而辨不清方向,延长在火中滞留的时间,从而导致烟和有毒气体的进一步吸人而窒息死亡。

　　在大量试验中发现以聚烯烃为基料、以水合金属化合物Al(OH)3或M g(OH)3为阻燃剂的材料燃烧时释放出的气体的烟密度和卤酸气体挥发量可以达到IEC标准的要求。Al(OH)3或Mg(OH)2是一种无机氢氧化物,其具有优良的阻燃性,还具有低毒、抑烟、低腐蚀的特点,抑烟性佳,因为抑烟和阻燃同样重要。

　　从新疆克拉玛依剧场到河南焦作一家录像厅着火共烧死370人。这些火灾中最危害的因素是有毒气体及烟雾,而无卤低烟阻燃型环保电线电缆解决了上述问题。无卤低烟阻燃环保型电线电缆已被许多人员聚集较多的封闭场所和中、高层建筑业使用。广东南缆电缆生产的南缆电线已经成功应用于广州地铁、广州塔、揭阳潮汕机场、广州香格里拉大酒店、深圳地铁等各行各业需要高安全的场所。

　　2004年开始研制低烟无卤阻燃材料，这种材料的优点是低烟、无毒，被明火燃烧时，产生金属氧化物和水蒸气。低烟无卤阻燃聚烯烃是以无卤聚烯烃为基体，将被EVA（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）活化了的大量氢氧化镁或氢氧化铝捏合在聚乙烯基体中，利用氢氧化物燃烧受热时，分解成金属氧化物和水，实现阻燃的目的。其反应式如下：

　　Mg（OH）2→MgO+H2O吸热

　　2Al（OH）3→Al 2O3+3H2O吸热

　　低烟无卤阻燃聚烯烃是采用吸热和金属氧化物隔氧的方法来阻燃的，其阻燃机理：一是电线电缆燃烧时，表面氢氧化物发生分解反应，该反应是吸热反应，吸收周围空气中的大量热量，降低了电线电缆表面的温度；二是生成的水分子，也吸收了电线电缆表面的大量热量，同时水蒸气也隔绝了氧气；三是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。

　　6、环保电线使用寿命

　　热老化评定的基本原理

　　几十年来,根据国际上对电线电缆用高分子材料的试验研究和运行经验,得出这样的结论,即电线电缆在一定工作温度范围内,热寿命的化学反应,大多数情况符合下面的经验公式

　　lnS=a+bT(1)

　　式中S--产品在温度T条件下工作的寿命(h)T--工作温度(K)a,b--待定系数

　　此公式已应用了几十年,很多情况下验证有效,在设定的工作温度下,通过试验和推导,可计算出待定系数a和b,利用式(1)可算出寿命S,若S的数值大于期望值,也就满足了设计寿命要求。

　　检验中心对国内外几种交联聚乙烯(或交联聚烯烃)绝缘线芯进行了长期热老化试验,结果是推算的寿命在运行温度为90℃评定均在40～60y(年)范围内，在室温或者50℃以下运行寿命超过百年。

　　本文数据参考了以下文献：《浅谈环保型电线电缆》（科技创新导报），《试论电缘电缆防火在建筑中的重要性》（China Academic Journal Electronic Publishing House），阻燃低烟无卤电线电缆在建筑工程中的应用(电缆电线)，《低压交联聚乙烯电缆热老化试验及寿命评定》（电缆电线），《单根船用电缆载流量》（电气装备用电缆）等文献，在此一并致谢！