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辐照交联低烟无卤电线电缆

更新日期:2016年11月1日 大字 小字
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辐照交联低烟无卤电线电缆
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。
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。
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,是利用电子加速成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%。
工业化带来的环境破坏是当今各国面临的主要难题之一,电线电缆领域同样也存在这样的困境,如何有效解决这一难题是每一个有社会良知的企业正在认真思考的课题。
常规的电线电缆主要采用聚氯乙烯(PVC)绝缘,是相当严重的污染源,其在制造、使用及废弃处理时会产生大量的烟雾、二恶英、铅、卤等公害物质。
尤其是在火灾事故方面人们有着数不清的惨痛教训,如伦敦地铁Kings Cross站大火;Piper Alpha北海油井大火;德国杜塞尔多夫机场大火;里昂、东京、芝加哥等地的电信局火灾,上述所有火灾事故,电缆都被认定为造成灾难的罪魁祸首,因为常规的电缆材料易燃,且会放出浓黑的烟雾及腐蚀性、刺激性气体,对火灾的扑灭和逃生都带来极大的困难。
绿色环保型辐照交联电线电缆,成功地解决了普通电缆的上述缺陷,其优异品质表现在如下方面:
1、不含有卤素,不产生有害气体及腐蚀性气体。(无卤)
对PVC的应用持最强烈反对态度的是瑞士、德国、瑞典、美国、日本等国家,这些国家的执法机构及协调机构已经制定了严格的法律,限制并将最终取消PVC的工业应用,以减少灾害,保护环境。
2、燃烧时发烟量少。(低烟)
火灾时,为确保不熟悉现场的人员有逃生的机会,可视距离不得低于15M,常规电缆燃烧时的可视距离仅为5-8M,而环保型电缆的该项指标远远高于15M。
3、具有更好的阻燃性能。(阻燃性)
应用电子加速器辐照交联等先进工艺手段,环保型电缆无论在耐温等级、耐老化、机械性能、阻燃性能等指标方面,相比常规电缆都有很大的提高。
4、不含铅等重金属,不含环境激素,不污染土壤。
铅及铅的化合物,会被人体的消化器官和呼吸器官摄取,在人的血液及脑部积累。当电线电缆被破碎、掩埋时,铅化合物会从氢化合物中拆出,污染土壤和水质,危害人体。
绿色环保电缆与普通电缆的性能对比如下表:
 序号 对比项目 辐照交联电缆 普通电力电缆 温水交联电缆
 1 生产工艺 复杂  简单 简单
 2 允许线芯工作温度:连续运行时 90℃-150℃ 70℃ 80℃-90℃
 3 允许线芯工作温度:超载运行时 180℃ 70℃ 100℃
 4 允许线芯工作温度:短路运行时 300℃ 135℃ 200℃
 5 老化后抗张强度 大于15N/mm2 12.5 N/mm2 13 N/mm2
 6 使用寿命 50-60年 20-30年 30-40年
 7 单位导体截面载流量 提高10-20% - 提高5-10%
 8 过载率 提高20-30% 约10% 提高10-15%
 9 价格 比温水交联高10%低  比非交联高20%
附:国内外在“绿色”环保型电线电缆应用方面的相关措施。
1、日本建设部(国土交通部)责成日本电线工业协会(JCS)制定环保型电线电缆产品标准,环保电缆均采用统一的标志“EM”,2001年开始实施“绿色采购法”,明确规定“EM”电线电缆是标准适用产品。日本松下公司也宣布2005年公司的所有电器产品中都采用环保型电线电缆,日本丰田公司和本田公司也采取了同样的举措。
2、欧盟各国在多年前就对铅、镍等重金属实行最严格的限制,并建立了生态管理和审核体系(EMAS),旨在必须全面遵守当地及欧盟的环保法规,欧盟各国颁布的无卤阻燃电缆标准,其环保等级并不低于日本的EM标准。环保型电缆在欧盟市场已占据主导地位。美国也采取了类似的措施。
3、在国内,1998年3月,北京市供电局颁文,在所辖系统禁用PVC电缆;2002年6月,北京市府向国际奥委会承诺2008年奥运会全部采用环保型建筑材料;2002年10月,上海市建委规定在大中型建筑或公共场所,不应使用PVC等非环保型电缆(DGJ08-93-2002);2003年8月,国家强制规定,地铁工程必须采用环保型电缆(GB50157-2003);同时香港地铁全面采用环保型电线电缆,香港青衣大桥在国内首次应用环保型超高压电缆。
4、欧盟RoHS指令。欧盟议会和欧盟理事会于2003年1月通过了RoHS指令,全称是The Restriction of the use of certain Hazardous substances in Electnical and Electronic Equipment,即在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令,也称2002/95/EC指令,2005年欧盟又以2005/618/EC决议的形式对2002/95/EC进行了补充,明确规定了六种有害物质的最大限量值,其中铅(Pb)、汞(Hg)、六价铬(Cr6+)、多溴联苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)的最大允许含量为0.1%(1000ppm),镉(cd)为0.01%(100ppm),该限值是制定产品是否符合RoHS指令的法定依据。© 天
RoHS指令的出台反响强烈,有的称其为绿色环保指令,有的称其为技术壁垒指令,还有的称其为牵动全球制造业神经的指令。其间,美国、日本、韩国、泰国等也相继出台了类似指令。
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