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試析無鹵低煙阻燃電纜性能與擠出工藝
作者:王冬梅來源:原創(chuàng)日期:2013-12-31人氣:1280
調(diào)查顯示,由于電纜出現(xiàn)問題而引發(fā)的火災(zāi)每年都有發(fā)生,目前電線電纜的阻燃問題已成為世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)。在很多歐美發(fā)達(dá)國家,政府已明令禁止使用非環(huán)保型電纜,這是因?yàn)槠胀ǖ碾娎|阻燃材料中含有大劑量的鹵素,一旦發(fā)生火災(zāi),燃燒的電纜會(huì)產(chǎn)生大量的濃煙,人們往往會(huì)因煙霧的熏烤而窒息,給救援工作造成了一定阻礙。另外,含鹵的電纜燃燒時(shí)會(huì)釋放出具有腐蝕性的鹵化氫氣體和有毒煙霧,不僅會(huì)污染環(huán)境,腐蝕儀器表等設(shè)施,還嚴(yán)重威脅著人們的生命安全。因此,很多使用電纜的領(lǐng)域和部門對電纜的安全性能提出了更高的標(biāo)準(zhǔn),要求電纜不僅應(yīng)具備一定的阻燃性,也應(yīng)該盡量減少在燃燒過程中所產(chǎn)生的有毒有害氣體和煙霧。因此,無鹵低煙阻燃電纜應(yīng)運(yùn)而生。無鹵低煙阻燃電纜的特征是包裹電線的阻燃材料中不含鹵素,且在燃燒過程中釋放的煙霧量較少,使人們的安全得以保證。目前,無鹵低煙阻燃電纜已廣泛運(yùn)用到我國的各行各業(yè)當(dāng)中。
1 無鹵低煙阻燃電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能特點(diǎn)
1.1 無鹵低煙阻燃電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 無鹵低煙阻燃電纜因其所具有的特性而得名。無鹵,即覆蓋電纜的材料在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何有毒的腐蝕性氣體,其酸氣含量、氟含量、PH值和電導(dǎo)率應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求;低煙,是電纜在燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙霧透光率和可視度較高,決定這兩者的關(guān)鍵是電纜阻燃的材料以及電纜的整體結(jié)構(gòu)。電纜的絕緣材料通常會(huì)使用無鹵阻燃聚烯烴絕緣材料,或是聚乙烯、乙丙橡膠、交聯(lián)聚乙烯材料,電纜的護(hù)套、包帶、填充及襯層多使用無鹵阻燃材料。由于無鹵低煙阻燃電纜被應(yīng)用于各種不同場所,因此其結(jié)構(gòu)的變化也較多,目前來看,我國無鹵低煙阻燃電纜主要分為以下兩類。第一,一般場所所用的無鹵低煙阻燃電纜。此類電纜基本采用無鹵聚烯烴絕緣材料,根據(jù)具體需要和阻燃類型的不同,可適當(dāng)加上低煙無鹵阻燃護(hù)套、吸煙無鹵阻燃擠出式襯層、或是金屬鎧裝等部件。第二,特殊場所常用的無鹵低煙阻燃電纜。這類電纜多使用無鹵阻燃聚烯烴絕緣材料或硅橡膠絕緣材料,因使用場合不同,可選擇低煙無鹵阻燃護(hù)套或是低煙無鹵阻燃包帶、襯層,這多適用于地鐵、輕軌、船艦制造以及核電站等場所。
1.2 無鹵低煙阻燃電纜的性能特點(diǎn) 根據(jù)阻燃電纜燃燒時(shí)釋放的鹵素氣體和煙霧量不同,可分為普通型阻燃電纜、低鹵低煙型阻燃電纜以及無鹵低煙型阻燃電纜。其中,無鹵低煙型阻燃電纜以聚烯烴作為原材料,完全不含有鹵素成分,燃燒時(shí)阻燃性能穩(wěn)定,產(chǎn)生的煙霧量和有毒氣體極低。綜合來說,無鹵低煙阻燃電纜有以下幾點(diǎn)性能。第一,阻燃性高。阻燃電纜可以在電纜燃燒的過程中減緩火焰的蔓延速度,為滅火爭取更多的時(shí)間。第二,無鹵性。在電纜的整個(gè)生產(chǎn)過程中,用到的包括護(hù)套、隔離層、內(nèi)襯等材料都不含有鹵素成分,電纜在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生氯氣、鹵化氫、氧氯化碳以及氫溴酸等有毒或是有腐蝕性的有害氣體,不會(huì)對人的健康產(chǎn)生威脅。第三,電氣性能與機(jī)械物理性能稍差。由于加入填充劑,導(dǎo)致無鹵低煙阻燃電纜的機(jī)械性能和加工性能受到影響,然而隨著科技的進(jìn)步低煙無鹵阻燃電纜的電氣、物理性能將逐步達(dá)到普通電纜的要求,使無鹵低煙阻燃電纜在電流的傳輸過程中性能更加穩(wěn)定。
2 無鹵低煙阻燃電纜的擠制原則與擠出工藝
2.1 擠制過程中應(yīng)遵循的原則 無鹵低煙阻燃聚烯烴護(hù)套相比普通電纜護(hù)套而言,其材料中加入了較多的填充料以及無鹵阻燃劑,使得這種電纜的塑性有所降低,流動(dòng)性能相對較差,熱敏性強(qiáng),而且經(jīng)過摩擦極易產(chǎn)生熱量,加上長時(shí)間在機(jī)身內(nèi)部滯留,會(huì)產(chǎn)生大量低分子揮發(fā)物,從護(hù)套的表面滲出,使護(hù)套的表層出現(xiàn)燒焦的顆粒狀物體。在擠制護(hù)套的過程中,應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則。第一,應(yīng)選用擠出性能良好的無鹵低煙阻燃聚烯烴材料,材料的密度要適中,且在擠制前對材料進(jìn)行一段時(shí)間的預(yù)熱,以保證附著在材料表面的水分完全蒸發(fā);第二,根據(jù)電纜的具體型號和尺寸對擠出濾網(wǎng)以及螺桿轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,使機(jī)身壓力不超過負(fù)荷,保證材料能夠順暢擠出;第三,擠出時(shí)應(yīng)盡量較少對護(hù)套的拉伸,必要時(shí)可適當(dāng)增加護(hù)套的擠出厚度,以避免因材料變形而導(dǎo)致的護(hù)套脫節(jié)、空洞等現(xiàn)象,護(hù)套出模后要對其進(jìn)行分段冷卻,避免護(hù)套產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。
2.2 無鹵低煙阻燃電纜的擠出工藝
2.2.1 擠出溫度的控制 無鹵低煙阻燃護(hù)套的材料中添加了大量的無機(jī)材料,這使得其擠出工藝性能降低。因此,擠出時(shí)的溫度應(yīng)盡量保持在160℃~170℃之間。另外,受擠出機(jī)螺桿的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、擠壓摩擦等因素的影響,擠壓溫度也會(huì)隨之上下起伏,因此,必須加強(qiáng)對擠出溫度的控制。
2.2.2 擠出設(shè)備的選擇 電纜護(hù)套的擠出設(shè)備主要依靠螺桿的運(yùn)動(dòng)而工作,螺桿的型號及尺寸影響著擠出機(jī)的生產(chǎn)效率和使用范圍。螺桿的直徑大,則擠出時(shí)產(chǎn)生的能力就大,螺桿的長徑比大,就能夠有效防止逆流和漏流的情況發(fā)生,有助于塑料的混合和塑化。但是如果長徑比值過大,也會(huì)使擠出機(jī)的壓力增大,導(dǎo)致阻燃護(hù)套材料產(chǎn)生劇烈的摩擦,使材料降解,不僅影響護(hù)套的表面質(zhì)量,同時(shí)也降低了其阻燃性能。因此,在擠制時(shí)要選用合適的擠出設(shè)備,一般以壓縮比為1:1~1:1.25、長徑比為20或25的單紋螺桿為最佳。值得注意的是,由于擠制過程中會(huì)因摩擦產(chǎn)生大量的熱,這種高溫會(huì)在電纜的表面留下很多氣孔,因此擠出設(shè)備要配有性能良好的冷卻裝置,才能有效控制擠制溫度的工藝參數(shù)。冷卻裝置可以將設(shè)備及擠出的護(hù)套控制在適宜的溫度內(nèi)。另外,螺桿的轉(zhuǎn)速也是影響無鹵低煙電纜料能否成功擠出的關(guān)鍵,螺桿轉(zhuǎn)速過快,摩擦生熱量也大,會(huì)造成阻燃劑的分解,影響擠出表面質(zhì)量。因此,在擠制過程中,不僅要選用適宜的擠出設(shè)備,同時(shí)也要控制螺桿的轉(zhuǎn)速以及主機(jī)電流。
2.2.3 擠出模具的正確選擇 無鹵低煙電纜的填充材料較多,其熔融狀態(tài)下的拉伸程度、熔體強(qiáng)度與其他普通電纜相比存在著一定差異,因此在對此種電纜的擠出方式和模套的選擇上要尤為注意。無鹵低煙電纜的絕緣擠出模具選用擠壓式,護(hù)套擠出模具選擇半擠壓式,以保證材料的抗拉能力較強(qiáng)。在選擇模套時(shí),考慮到粘料的粘性比較大,導(dǎo)致機(jī)頭承受的壓力也較大,當(dāng)材料被擠出離開模具時(shí)會(huì)有所膨脹,所以模套的尺寸要比實(shí)際尺寸略小。另外,由于無鹵低煙阻燃電纜的拉伸比較小,因此在選擇模具時(shí)要充分考慮到它的拉伸性能,選配的模套不宜過大。
3 結(jié)論
無鹵低煙阻燃電纜的應(yīng)用場合越來越多,因此對于其性能的要求也會(huì)越來越高。所以在制作無鹵低煙阻燃電纜的過程中,要嚴(yán)格控制溫度的高低和材料的選擇,不斷加強(qiáng)對阻燃機(jī)理的研究,提高生產(chǎn)工藝水平,開發(fā)出加入量更少的新型高效無鹵阻燃劑,不僅能夠降低生產(chǎn)成本,同時(shí)可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量,以適應(yīng)不同的市場需求。
1 無鹵低煙阻燃電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能特點(diǎn)
1.1 無鹵低煙阻燃電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 無鹵低煙阻燃電纜因其所具有的特性而得名。無鹵,即覆蓋電纜的材料在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何有毒的腐蝕性氣體,其酸氣含量、氟含量、PH值和電導(dǎo)率應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求;低煙,是電纜在燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙霧透光率和可視度較高,決定這兩者的關(guān)鍵是電纜阻燃的材料以及電纜的整體結(jié)構(gòu)。電纜的絕緣材料通常會(huì)使用無鹵阻燃聚烯烴絕緣材料,或是聚乙烯、乙丙橡膠、交聯(lián)聚乙烯材料,電纜的護(hù)套、包帶、填充及襯層多使用無鹵阻燃材料。由于無鹵低煙阻燃電纜被應(yīng)用于各種不同場所,因此其結(jié)構(gòu)的變化也較多,目前來看,我國無鹵低煙阻燃電纜主要分為以下兩類。第一,一般場所所用的無鹵低煙阻燃電纜。此類電纜基本采用無鹵聚烯烴絕緣材料,根據(jù)具體需要和阻燃類型的不同,可適當(dāng)加上低煙無鹵阻燃護(hù)套、吸煙無鹵阻燃擠出式襯層、或是金屬鎧裝等部件。第二,特殊場所常用的無鹵低煙阻燃電纜。這類電纜多使用無鹵阻燃聚烯烴絕緣材料或硅橡膠絕緣材料,因使用場合不同,可選擇低煙無鹵阻燃護(hù)套或是低煙無鹵阻燃包帶、襯層,這多適用于地鐵、輕軌、船艦制造以及核電站等場所。
1.2 無鹵低煙阻燃電纜的性能特點(diǎn) 根據(jù)阻燃電纜燃燒時(shí)釋放的鹵素氣體和煙霧量不同,可分為普通型阻燃電纜、低鹵低煙型阻燃電纜以及無鹵低煙型阻燃電纜。其中,無鹵低煙型阻燃電纜以聚烯烴作為原材料,完全不含有鹵素成分,燃燒時(shí)阻燃性能穩(wěn)定,產(chǎn)生的煙霧量和有毒氣體極低。綜合來說,無鹵低煙阻燃電纜有以下幾點(diǎn)性能。第一,阻燃性高。阻燃電纜可以在電纜燃燒的過程中減緩火焰的蔓延速度,為滅火爭取更多的時(shí)間。第二,無鹵性。在電纜的整個(gè)生產(chǎn)過程中,用到的包括護(hù)套、隔離層、內(nèi)襯等材料都不含有鹵素成分,電纜在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生氯氣、鹵化氫、氧氯化碳以及氫溴酸等有毒或是有腐蝕性的有害氣體,不會(huì)對人的健康產(chǎn)生威脅。第三,電氣性能與機(jī)械物理性能稍差。由于加入填充劑,導(dǎo)致無鹵低煙阻燃電纜的機(jī)械性能和加工性能受到影響,然而隨著科技的進(jìn)步低煙無鹵阻燃電纜的電氣、物理性能將逐步達(dá)到普通電纜的要求,使無鹵低煙阻燃電纜在電流的傳輸過程中性能更加穩(wěn)定。
2 無鹵低煙阻燃電纜的擠制原則與擠出工藝
2.1 擠制過程中應(yīng)遵循的原則 無鹵低煙阻燃聚烯烴護(hù)套相比普通電纜護(hù)套而言,其材料中加入了較多的填充料以及無鹵阻燃劑,使得這種電纜的塑性有所降低,流動(dòng)性能相對較差,熱敏性強(qiáng),而且經(jīng)過摩擦極易產(chǎn)生熱量,加上長時(shí)間在機(jī)身內(nèi)部滯留,會(huì)產(chǎn)生大量低分子揮發(fā)物,從護(hù)套的表面滲出,使護(hù)套的表層出現(xiàn)燒焦的顆粒狀物體。在擠制護(hù)套的過程中,應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則。第一,應(yīng)選用擠出性能良好的無鹵低煙阻燃聚烯烴材料,材料的密度要適中,且在擠制前對材料進(jìn)行一段時(shí)間的預(yù)熱,以保證附著在材料表面的水分完全蒸發(fā);第二,根據(jù)電纜的具體型號和尺寸對擠出濾網(wǎng)以及螺桿轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,使機(jī)身壓力不超過負(fù)荷,保證材料能夠順暢擠出;第三,擠出時(shí)應(yīng)盡量較少對護(hù)套的拉伸,必要時(shí)可適當(dāng)增加護(hù)套的擠出厚度,以避免因材料變形而導(dǎo)致的護(hù)套脫節(jié)、空洞等現(xiàn)象,護(hù)套出模后要對其進(jìn)行分段冷卻,避免護(hù)套產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。
2.2 無鹵低煙阻燃電纜的擠出工藝
2.2.1 擠出溫度的控制 無鹵低煙阻燃護(hù)套的材料中添加了大量的無機(jī)材料,這使得其擠出工藝性能降低。因此,擠出時(shí)的溫度應(yīng)盡量保持在160℃~170℃之間。另外,受擠出機(jī)螺桿的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、擠壓摩擦等因素的影響,擠壓溫度也會(huì)隨之上下起伏,因此,必須加強(qiáng)對擠出溫度的控制。
2.2.2 擠出設(shè)備的選擇 電纜護(hù)套的擠出設(shè)備主要依靠螺桿的運(yùn)動(dòng)而工作,螺桿的型號及尺寸影響著擠出機(jī)的生產(chǎn)效率和使用范圍。螺桿的直徑大,則擠出時(shí)產(chǎn)生的能力就大,螺桿的長徑比大,就能夠有效防止逆流和漏流的情況發(fā)生,有助于塑料的混合和塑化。但是如果長徑比值過大,也會(huì)使擠出機(jī)的壓力增大,導(dǎo)致阻燃護(hù)套材料產(chǎn)生劇烈的摩擦,使材料降解,不僅影響護(hù)套的表面質(zhì)量,同時(shí)也降低了其阻燃性能。因此,在擠制時(shí)要選用合適的擠出設(shè)備,一般以壓縮比為1:1~1:1.25、長徑比為20或25的單紋螺桿為最佳。值得注意的是,由于擠制過程中會(huì)因摩擦產(chǎn)生大量的熱,這種高溫會(huì)在電纜的表面留下很多氣孔,因此擠出設(shè)備要配有性能良好的冷卻裝置,才能有效控制擠制溫度的工藝參數(shù)。冷卻裝置可以將設(shè)備及擠出的護(hù)套控制在適宜的溫度內(nèi)。另外,螺桿的轉(zhuǎn)速也是影響無鹵低煙電纜料能否成功擠出的關(guān)鍵,螺桿轉(zhuǎn)速過快,摩擦生熱量也大,會(huì)造成阻燃劑的分解,影響擠出表面質(zhì)量。因此,在擠制過程中,不僅要選用適宜的擠出設(shè)備,同時(shí)也要控制螺桿的轉(zhuǎn)速以及主機(jī)電流。
2.2.3 擠出模具的正確選擇 無鹵低煙電纜的填充材料較多,其熔融狀態(tài)下的拉伸程度、熔體強(qiáng)度與其他普通電纜相比存在著一定差異,因此在對此種電纜的擠出方式和模套的選擇上要尤為注意。無鹵低煙電纜的絕緣擠出模具選用擠壓式,護(hù)套擠出模具選擇半擠壓式,以保證材料的抗拉能力較強(qiáng)。在選擇模套時(shí),考慮到粘料的粘性比較大,導(dǎo)致機(jī)頭承受的壓力也較大,當(dāng)材料被擠出離開模具時(shí)會(huì)有所膨脹,所以模套的尺寸要比實(shí)際尺寸略小。另外,由于無鹵低煙阻燃電纜的拉伸比較小,因此在選擇模具時(shí)要充分考慮到它的拉伸性能,選配的模套不宜過大。
3 結(jié)論
無鹵低煙阻燃電纜的應(yīng)用場合越來越多,因此對于其性能的要求也會(huì)越來越高。所以在制作無鹵低煙阻燃電纜的過程中,要嚴(yán)格控制溫度的高低和材料的選擇,不斷加強(qiáng)對阻燃機(jī)理的研究,提高生產(chǎn)工藝水平,開發(fā)出加入量更少的新型高效無鹵阻燃劑,不僅能夠降低生產(chǎn)成本,同時(shí)可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量,以適應(yīng)不同的市場需求。
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