毕业设计（论文）低烟无卤阻燃电缆分析.doc

河南机电高等专科学校毕业设计论文绪论国内自20世纪90年代后期发展高分子材料的应用技术与合成树脂及其共混改性技术以来,一直致力于线缆行业新材料的开发研究和利用随着现代科学技术的发展和人们生活水平的提高,以及工业和商业建筑物结构日益复杂化和高灵活性的要求,使得人们不断加强对各种综合布线用电线电缆产品安全性、环保性的重视作为阻燃电缆传统的绝缘和护套材料,它们大多是采用含卤聚合物和含卤阻燃剂混合在一起的阻燃物,这些含卤材料虽具有优良的阻燃性,但在发生火灾时,由于其材料的热分解和燃烧,就会释放出大量浓黑的烟雾和有毒、腐蚀性、刺激性气体,严重妨碍消防人员进行救火和疏散人员且会腐蚀设备,延误了救援时间,给人民的生命和财产造成重大的损失,于是开发不产生卤化氢气体的低烟、无毒、无腐蚀性的无卤阻燃电缆成为线缆行业的新课题经多年攻关和努力,目前低烟无卤阻燃电缆已广泛应用于核电站、城市轨道、地铁、医院和高层建筑等场所电线电缆绝缘和护套材料通常都使用塑料或橡胶,这类材料一般本身是可燃的,在火灾环境中会燃烧、延燃或助燃,致使灾情扩大因此,在重要建筑和设施中需要使用阻燃电线电缆为达到此目的,传统上多是以聚氯乙烯或其他含卤材料作为电线电缆的绝缘或护套。

但在发生火灾的情况下,这些材料在燃烧时会释放出大量含有卤化氢气体的浓烟,使人找不到逃生路线,以至于窒息而造成伤亡同时,卤化氢气体还会对周围设施造成损害,这就是我们所说的“二次灾害”另外,由于技术上的原因,这些材料还经常含有对人体和环境有害的铅,溴化物等物质,在正常使用情况下也会对人带来伤害基于这种背景“, 绿色环保电缆材料”的概念便产生了,人们对环保电线电缆的要求越来越迫切第1章 低烟无卤阻燃电线电缆参数及其分类1.1 递烟无卤阻燃电线电缆参数1.1.1氧指数几乎在所有人眼里，它都代表了无卤阻燃材料阻燃性能的指标大多数人认为，氧指数越高则阻燃性能越好，或者说氧指数达标则材料阻燃性能达标其实不然，氧指数高不一定通得过线缆阻燃试验，氧指数低也未必就通不过线缆阻燃试验原因：材料在燃烧中是否滴流及滴流的程度大小很大程度决定了线缆是否能通过阻燃试验及线缆的阻燃水平 1.1.2 热变形和高温压力这是一个容易被忽视的、但却代表了耐温等级的指标一提到耐温性能，大家都会想到热老化的指标，容易忽视掉热变形和高温压力这一指标那么，对于热塑性低烟无卤阻燃料来说，热变形和高温压力性能不好则意味着： ①线缆护套熔点低、易变形，即在低于线缆最高使用温度时就能变软甚至熔化，同时在外力及自重的作用下使线缆变形甚至破坏，从而使线缆失去正常保护；  ②线缆护套易开裂，即线缆局部受热受力时容易在较软的区域开裂，比如在阳光下爆晒或受到烘烤时，会在爆晒和烘烤面开裂； ③做成的线缆阻燃性差，即材料氧指数并不低，但做成的线缆在进行燃烧试验时通不过。

原因：材料温度指数低及线缆燃烧时无卤材料滴流 1.1.3挤出性能 无卤料挤出性能比其它材料差，故大家都着力于挤出性能的改善，但非常好挤的无卤材料也必然会存在以下问题： ①可能阻燃剂添加量不足而导致阻燃性不够； ②材料太软而造成耐温性不够，致使高温压力不合格；同时，由于材料温度指数低及滴流，从而导致线缆阻燃性不合格1.2 低烟无卤阻燃电线电缆定义及分类1.2.1 低烟无卤阻燃电线电缆定义在燃烧时组成电线电缆的各种低卤低烟阻燃电线电缆材料所排放的卤素和HCL总量不大于5% ，且水溶液的pH值≥3.5，透光率大于60% ，则称为低烟无卤阻燃电线电缆低烟：燃烧时产生的烟尘较少，即透光率（能见度）较高低烟性能符合表1-1 所示的规定表1-1 低烟性能要求代号实验外径d/mm试验数最小透光率（%）试验标准Dd＞401≥60GB/T17651.220＜d≤40210＜d≤2035＜d≤1045/d①2≤d≤545/d①、②① 计算值舍去小数取整数（根或束）② 每束试样由7 根绞合构成无卤：不含卤素，燃烧产物的腐蚀性较低无卤性能符合表1-2所示的规定表1-2 无卤性能要求代号无卤（低腐蚀性）试验方法试验标准pH加权值电导率加权值μs/mmW≥4.3≤10GB/T17350.2阻燃：在规定试验条件下，试样被燃烧，在撤去火源后，火焰在试样上的蔓延仅在限定范围内，并且具有自行熄灭特性，即具有阻止或延缓火焰发生或蔓延的能力。

分为单根阻燃和成束阻燃，其性能分别符合表1-3和表1-4所示规定表1-3 单根阻燃性能要求代号试验外径①/mm供火时间/s合格值试验标准ZD≤2560试样烧焦不应超过距上夹具下缘50～540mm的范围之外GB/T18380.1GB/T18380.2②25＜D≤5012050＜D≤75240D＞75480① 对非圆形电缆如扁电缆，应测量其周长并换算成等效直径② 直径0.4～0.8 mm 实心铜导体和截面0.1～0.5 mm2 绞合铜导体电线电缆采用GB/T 18380.2表1-4 成束阻燃性能要求代号试样非金属材料供火时间/min合格指标试验标准ZA7401） 试样上的、炭化的长度最大不应超过距喷嘴底边向上2.5m2） 停止供火后试样上的有焰燃烧时间不应超过1hGB/T18380.3IEC60332-3-25ZB3.540ZC1.520ZD0.5201.2.2 无卤低烟阻燃电线电缆分类根据国家标准GB/T 19666《阻燃和耐火电线电缆通则》，无卤低烟阻燃电缆分为单根阻燃和成束阻燃单根阻燃代号为：W D Z ；成束阻燃代号分别为：W D Z A 、W D Z B 、W D Z C及W D Z D 。

第2章 低烟无卤阻燃相关试验方法2.1 阻燃材料性能评定2.1.1 阻燃材料的阻燃性评定材料所具有的减慢、终止或防止有燃烧的特性称位材料的阻燃性材料的阻燃性，现在常用氧指数法来评定氧指数的定义为，在规定的试验条件下，材料在氧氮混合气流中刚好能保持燃烧状态所需要的最低氧浓度，以氧所占的体积百分数表示氧指数的计算公式如下： 氧指数（OI）=［O2］/(［O2］+［N2］)×100%式中：［O2］--氧气流量（1/min）［N2］--氮气流量（1/min）由于空气中氧所占的体积百分数为21%，因此对于氧指数超过21的材料在空气中会自熄材料的氧指数越大，则表示它的阻燃性越好，反之亦然2.1.2 阻燃材料的发烟性评定 聚合物材料燃烧时或多或少总会产生一些烟雾烟雾是由水蒸气和气体，以及由于不完全燃烧而形成的固体或液体悬浮物组合而成的混合物 阻燃材料的发烟性评定，通常是使用一个密封燃烧试验箱，通过试样的无焰受热分解或有焰燃烧，借助于光学的方法，来测量由于烟雾积聚而产生的光束的衰减试验结果用光密度DS表示 任何给定时刻的比光密度DS可按下式计算 DS=G［lg(100/T)+F］式中：G--V/ALV—试验箱容积（mm3）A—试样的实验面积（mm3）L—通过烟雾的光路长度（mm）T—测得的透光率（%）F—由下述情况决定：（1）如在测量T时，滤光片正处于光路中，F=0，T就是实际百分透光率;（2）如在测量T时，滤光片从光路中移走，则F=滤光片的已知光密度，T就是表观百分透光率。

在标准ASTM E662里，测量T时，滤光片处于光路中，取F=0，并且燃烧箱的内部尺寸为914（长）×610（深）×914（高）mm,试样暴露面积为65×65mm，于是有:G=V/AL=（914×610×914）/（65×65×914）=132从而可以得到下式：DS=132lg(100/T)比光密度越大，表示烟浓度越大当烟浓度达到最大值时，则透光率位最小，用Tmin表示此时计算得到的比光密度位最比光密度，用Dm表示于是有下式：Dm=132lg(100/Tmin)Dm表示烟的总累积Dm越大，表示该材料燃烧时的发烟量越大，反之亦然2.1.3 阻燃材料的腐蚀性评定含卤素阻燃材料燃烧时，除了会产生许多烟雾之外，还会产生大量的腐蚀性卤化氢气体这些腐蚀性卤化氢气体与水结合，形成酸，对金属产生腐蚀作用，从而严重地损坏电子仪器和机械设备使用明确和可以再测量值的方法，直接测定燃烧气体对金属表面的腐蚀程度，是比较困难的，以至只能采用间接的测量方法为了确认阻燃材料在燃烧时和加热老化时产生的气体对金属的腐蚀性，可根据标准ASTM D2671，进行铜镜腐蚀试验来评定在该试验方法里，观察产生的气体在蒸镀铜镜上的腐蚀面积。

如果蒸镀铜镜的腐蚀面积超过5%，则认为阻燃材料燃烧时产生的腐蚀性气体太多，即该阻燃材料的腐蚀性不合格2.1.4 阻燃材料的毒性评定有机聚合物材料燃烧时，会产生对人体和生物有毒的燃烧气体这些有毒气体的毒性程度，可以通过测定材料燃烧时产生的各种气体的浓度来确定将100g材料，放在一个至少具有0.7m3体积的气密试验箱里，测定每种气体分散在1m3体积的空气中所产生的气体浓度CQ（ppm）:CQ=(C×100)/m ×V式中：C—试验箱中气体密度（ppm） m—燃烧试样重量（g） V—试验箱体积（m3）测量和计算每种气体CQ，然后按下述方法计算毒性指数T:毒性指数T=CQ/Cf=CQ1/Cf1 + CQ2/Cf2 + …… + CQn/Cfn式中：1，2，…，n——每分钟被测的气体；Cf—人体在各种气体中经受30min会致死的气体浓度，称谓危险浓度（ppm）按照毒性指数的数值，可以来判断该阻燃材料的毒性程度2.2 阻燃材料试验标准2.2.1 阻燃材料的阻燃性试验标准常用的阻燃材料的阻燃性试验标准有ASTM D2863,JIS K7201,GB2406等表2-1不同材料的氧指数（JIS7201）材 料氧 指 数普通材料阻燃材料绝 缘聚氯乙烯2430聚乙烯1825交联聚烯1828乙丙橡胶2130护 套聚氯乙烯24～40氯磺化聚乙烯35～40氯丁橡胶30～40聚乙烯18～302.2.2 阻燃材料的发烟性试验标准常用的阻燃材料的发烟性试验标准有ASTM E662,GB8323,JIS K7228等。

ASTM E662基本上是美国国家标准局（NBS）烟密度箱实验方法表2-2不同阻燃材料的发烟量（ASTM E662）材 料最大比光密度护 套聚氯乙烯270氯磺化聚乙烯190氯丁橡胶240无卤阻燃材料100GB8323相当于ASTM E6622.2.3阻燃材料的腐蚀性试验标准常用的阻燃材料的腐蚀性试验标准有ASTM D2671等图2-1表示ASTM E2671铜镜腐蚀试验装置铜镜是玻璃板上真空蒸镀规定厚度的铜。