【doc】电线电缆的火灾危险性与阻燃电线电缆的研发及应用

【doc】电线电缆的火灾危险性与阻燃电线电缆的研发及应用 电线电缆的火灾危险性与阻燃电线电缆的 研发及应用 电线电缆的火灾危险性 与阻燃电线电缆的研发及应用 葛欣国,冯军,旷天申. (1.公安部四川消防研究所,I~Jll成都,611830;2.国家防火建筑材料质量监督检验中 心,611830; 3.上海盛华电缆厂,上海201314) 基金项目:公安部应用创新项目(编号201OYYCXSCXF149)资助课题 1引言 近年来的相关数据统计显示,全国因电气引起的火灾事故 占七成以上,而电气火灾中,由于电线电缆的老化和过载使用, 导致线缆引燃,火焰蔓延等而引起的火灾占很大的比例…. 2005年12月15日,吉林辽源市中心医院发生特大火灾事故, 造成39人遇难,过火面积达5000余平方米,直接经济损失 821万元.火灾起因是该医院使用了质量不合格的电缆,导致 中心医院配电室电缆沟内发生电缆短路引燃了可燃物;2010 年1月5日,湖南湘潭县谭家山镇立胜煤矿井下240米处在生 产过程中电缆起火,酿成了火灾事故,导致25名矿工遇难, 另有9人下落不明;2010年7月17日,陕西韩城小南沟煤矿 井下发生电缆着火事故,导致现场作业的28名矿工全部遇难; ,辽宁沈阳市铁西万达广场售楼处沙盘电路 2010年8月28日 故障引发火灾,造成11人遇难.一系列的火灾案例明,一 旦引发火灾事故,不仅会造成巨额的财产损失,还会导致重大 人员伤亡,这就使得电线电缆的防火安全问题及阻燃电线电缆 的研发与应用变得极为重要和紧迫. 2国内外研究现状 2.1含卤阻燃电线电缆 阻燃电线电缆与普通(非阻燃)电线电缆的本质区别在于: 阻燃电线电缆使用阻燃电缆料替代了普通的电缆料,用作电缆 的护套层(或护套层和绝缘层都用阻燃电缆料).因此,阻燃 电线电缆研发与应用的关键就是阻燃电缆料的研发与应用.国 外,国内分别于20世纪70年代,8O年代初相继开发生产一 般性阻燃电线电缆,这类阻燃电线电缆多是含卤阻燃电线电缆, 基本采用含卤阻燃电缆料作为护套层.当前含卤阻燃电线电缆 在国内占有极大的市场份额,含卤阻燃电缆料用量约占所有阻 燃电缆料用量的80%.含卤阻燃电缆料通常以聚氯乙稀(PVC) 或氯丁橡胶为电缆料基材,氯化石蜡和三氧化二锑作为阻燃剂 体系,加入增塑剂,填料及其它助剂制得,典型的含卤阻燃电 缆料配方为:聚氯乙稀(SG一2或SG一3)100份,增塑剂(偏 苯三酸三辛酯TOTM,邻苯二甲酸二辛酯DOP等)30,50份, 氯化石蜡6,10份,三氧化二锑4,6份,无机填料10,30份, 稳定剂5,8份,抗氧剂0.5,1份,润滑剂0.5,1份. 2.2无卤阻燃电线电缆 无卤阻燃电线电缆是以无卤阻燃电缆料作为护套层(绝 缘层中也不能含卤素)制成的.由于含卤阻燃电线电缆采用含 卤阻燃聚合物作为线缆的护套层,而含卤阻燃聚合物材料在燃 烧时易分解生成大量的烟和有毒且具腐蚀性的气体(如卤化氢 等),有的甚至产生高浓度的二嚼英而造成"二次灾害".'. 国家要求在奥体中心,机场,车站,地铁,核电站,化工,高 层建筑和舰船等特殊场合选用无卤低烟阻燃电线电缆,因此电 缆料阻燃的无卤化已成为科技,社会发展的必然趋势. 国外于上世纪70年代末开始研究无卤低烟阻燃电缆, 1980年高含量金属氢氧化物阻燃聚乙烯第一次成功应用于澳 大利亚墨尔本地铁电缆中.国外在该技术领域的专利报道主要 集中在无机金属氢氧化物在无卤阻燃电缆料中的应用,如美国 专利US2008029743中报道,基材树脂为80份聚丙烯,10份 低密度聚乙烯,10份改性弹性体,阻燃剂为250份(70wt%) 氢氧化镁时,材料的极限氧指数为31.5.日本Mitsubishi Rayon公司的Ueno等在专利中报道了可用于电线电缆,汽 车内饰,模塑材料的无卤阻燃聚烯烃制备方法,当PP为100 份,接枝共聚物10份,AI(OH),80份,磷酸三甲苯酯20份, 阻燃级别达到UL一94V-1,拉伸强度14.5MPa,断裂伸长率 580%,且材料具有较好的外观.意大利的Credali等在专利 中报道了高阻燃剂填充软聚烯烃复合材料的制备方法,所选用 CHINAFIRE2o1o年第24期43 聚烯烃HPO一1由丙稀和乙烯共聚物组成,其中15%为结晶性 共聚物,85%为共聚物弹性体,阻燃剂为氢氧化镁;当HPO一1 用量为29.1%,稳定剂为0.5%,加工助剂低分子量聚烯烃为 3-4%,在Mg(OH)添加量高达67.1%时,材料的拉伸强度为 8.0MPa,断裂伸长率为440%. 国内一些单位于上世纪80年代末开始研制无卤阻燃电缆 料和产品.无卤阻燃电缆料基材的选择范围很广,有聚乙烯 (PE),聚丙烯(PP),乙烯一醋酸乙烯酯共聚物(EVA),乙丙 橡胶(EPR),三元乙丙橡胶(EPDM),乙烯一辛烯共聚物(POE), 聚氨酯(PUR),热塑性弹性体(TPE),热塑性聚氨酯(TPU), 硅烷交联聚烯烃弹性体等等,所用阻燃剂主要为无机阻燃剂 体系.上海交通大学的徐伟等采用硅烷交联聚烯烃弹性体 POE为基材,EVA为增容剂,氢氧化镁(MH)为无卤阻燃剂, AO一1010为抗氧剂,二月桂酸二丁基锡(DBTDL)为催化剂, 制备了一种可应用于无卤阻燃电缆料的复合材料.当交联剂乙 烯基三甲氧基硅烷(VTMS)为2份,引发剂过氧化二异丙苯 (DCP)为0.1份,增容剂EVA为10份时,复合材料的力学性 能,阻燃性能等达到无卤阻燃聚烯烃电缆护套料的技术, MH用量为140份时,复合材料的LOI为32.5,垂直燃烧达 到FV-O级.中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司化工 一 厂的柳先友以低密度聚乙烯(LDPE)为基础树脂,EVA 和乙烯一丙烯酸乙酯共聚物(EEA)为改性树脂,以氢氧化铝 (ATH)为主阻燃剂,聚硅氧烷为副阻燃剂,采用多步混合造 粒工艺制备了综合性能优良的无卤阻燃电缆料.首先以ATH 和6%的聚硅氧烷制备复配阻燃剂,然后将复配阻燃剂和聚 乙烯蜡,LDPE—g—MAH在TSE上挤出制成阻燃母粒,最后将 LDPE,EVA,EEA,阻燃母粒以及其他助剂一起在TSE上熔 融挤出.当LDPE/EVA/EEA/改性ATH为40:8:12:40 时,LOI为35.2.上海上缆藤仓电缆有限公司的华良伟的研 究表明,在以EVA为主的基体树脂100份中,仅仅以80份表 面活化处理的超细MH为阻燃剂,材料的LOI为27;如果加 入5份硅酮粉为辅助阻燃剂,氧指数提高到31;如果改为使 用20份硅橡胶复配的有机硅复合物ZD1为辅助阻燃剂,则材 料的LOI达到了33. 由无卤阻燃电缆料的研究报道我们可以看出,主要是采用 无机氢氧化镁,氢氧化铝为阻燃剂,无机阻燃剂要使聚烯烃电 缆料达到实用要求的阻燃效果,阻燃剂的添加量是非常大的. 特别是最为常用的ATH和MH两种阻燃剂,一般使用量都占 到复合材料的50wt%以上.要使材料垂直燃烧测试通过UL一 94V-0级,阻燃剂的用量往往要在60wt%甚至是更高.如此 高的填充量大大损害了树脂的加工性能,拉伸强度,断裂伸长 率,抗撕裂,耐老化等性能,从而影响到材料最终的应用.目 前国内所使用的高端无卤阻燃电缆料(如高柔性电缆料等高技 术,高附加值产品)在一定程度上还是依赖进口,特别是综合 性能优异,加工性能好的无卤阻燃电缆料,价格偏高,甚至高 达5万元/吨. 3小结 基于含卤阻燃电缆料的价格优势,综合性能优势及我国当 前的国情等因素,目前国内占有主导地位的还是含卤阻燃电线 电缆.但是,随着社会的发展,科技的进步,人们越来越关注 环保问题和健康安全问题,因而,低烟无卤阻燃电线电缆受到 了越来越多的关注,并已经成为当前阻燃电线电缆研发的主要 方向.目前无卤阻燃电缆料主要还是以无机阻燃剂为主,阻燃 剂添加量高,材料加工性能差,对阻燃线缆制品性能的影响也 很大,因而当前急需大力研发新的无卤阻燃剂体系,制备出综 合性能优异的低烟无卤阻燃电线电缆,并加以推广和应用. 参考文献: 【l】朱江.电缆防火技术.消防技术与产品信息.2008,(11):28—30. [2]LaurentD,AnneR,MajdoulineJ.Probingnewapproachesusing atmosphericpressurephotoionizationfortheanalysisofbrominated flameretardantsandtheirrelateddegradationproductsbyliquid chromatography-massspectrometry【J1.JChromatographyA.2005, 1082(1):98—109. [3]王玉忠.聚酯纤维阻燃化【M】.成都:四川科学技术出版 社,1994. [4】UenoN,HondaS,ItoK,ShigemitsuH.Flameretardantand polyolefin-basedflame—retardantresincomposition.JP2001329141, 2001. 【5]CredaliU,ZucchelliU.Highlyfilledsoftpolyolefincompositions. US2005222314,2005. 【6】徐伟,金晓旦,段景宽,汪根林,江平开.无卤阻燃硅烷交联 POE复合材料的制备及性能研究.工程塑料应用.2008, 36(12):13—16. 【7】柳先友,雷华.多组分协效低烟无卤阻燃电缆料的研究.合成 树脂及塑料.2007,24(5):17—20. 【8】华良伟,陶吴,徐曼.有机硅复 合物在无卤阻燃电缆料的应用 研究.电线电缆.2008,(3):30-32.扁 44中国消防2010年第24期