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無鹵低煙隔氧層阻燃電力電纜的制造

[當(dāng)前欄目:阻燃電力電纜]????? [發(fā)布日期:2016-11-02]
無鹵低煙隔氧層阻燃電力電纜的制造
    摘要:論述了無鹵低煙隔氧層阻燃電力電纜的設(shè)計(jì)思路,及其在生產(chǎn)制造過程中遇到一些問題和解決的方法。
    關(guān)鍵詞:無鹵低煙阻燃電力電纜;隔氧層;A 類阻燃;設(shè)計(jì);制造
    1 引言
    前幾年,新疆克拉瑪依劇場(chǎng)著火,燒死300多人,河南焦作一家錄像廳著火燒死70多人。這些火災(zāi)中最主要的危害因素就是有大量有毒氣體和煙霧。作為傳統(tǒng)的阻燃電纜、低鹵低煙阻燃電纜,都廣泛地采用含鹵聚合物和含鹵阻燃劑組合而成的混合物。盡管這些電纜具有良好的阻燃性能,但一旦發(fā)生火災(zāi),電纜燃燒后會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧和有毒的腐蝕性的氣體,這不僅妨礙救火工作和人員疏散,并會(huì)腐蝕儀器和設(shè)備。尤其對(duì)于眾多人員聚集的封閉場(chǎng)所,如地鐵、旅館、展覽大廳和艦船等,及裝備有昂貴電子儀器設(shè)備的場(chǎng)合,這問題就顯得特別重要。
    對(duì)于普通的無鹵低煙阻燃電纜,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,最終使電纜達(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)的國家標(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,并已通過國家防火建筑材料質(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,再加上并線模的模孔直徑較小,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。最終將模孔直徑適當(dāng)?shù)卦龃螅瑫r(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機(jī)材料,在擠出過程中,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。但長徑比過大,同樣會(huì)使塑料擠出壓力增大,尤其會(huì)使含有大量無機(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;而長徑比過小,易引起材料混煉后的塑化不良,導(dǎo)致其性能的下降。因此最終選用了長徑比為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)套料含有大量的無機(jī)填充料,在擠出過程中會(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鹵聚烯烴護(hù)套料中無機(jī)填充物高達(dá)150%(每100份的樹脂中所含的份數(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;若拉伸比過小,護(hù)套表面更光滑,但影響生產(chǎn)速度。最終選用擠管式模具,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類中要求的最小透光率為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。
文章標(biāo)簽:無鹵低煙電纜   阻燃電力電纜
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