浅谈电线电缆材料阻燃性能研究现状

高分子材料因其具有的优异的性能，低廉的价格而广泛的应用于电线电缆的生产制造领域，但是大多数电缆用材料属于易燃、可燃材料，燃烧时对人们的生命安全和环境造成了巨大的危害。为提高电气线路的整体安全水平，电缆材料的阻燃性能研究已成为电缆行业的一个发展方向。本文针对阻燃电缆的分类、阻燃材料的性能及阻燃原理等进行了比较分析，对电线电缆的阻燃性能进行重点研究。
    前言
    电线电缆的阻燃性能的好坏在一定程度上决定了电气线路的整体安全水平。近年来，随着经济速度的不断加快，各种大型工业设施，高层商业建筑、地下建筑和居民住宅数量的逐渐增多，线缆的使用总量越来越大，且敷设的密集度也越来越高。根据消防部门的统计，我国发生的火灾中，因电气引起的火灾占一半左右。而电气火灾中，由于电线电缆的老化和过载使用引起的火灾占较大比例，同时因火灾时引燃电线电缆中可燃绝缘和护套材料，致使火灾事故进一步扩大，电线电缆的安全时刻影响着我们的日常生活和社会生产。所以关注其阻燃性能的研究，提高电线电缆的阻燃性能至关重要。
    电线电缆火灾概述
    电线电缆是用于传输电能、传递信号及实现电磁能转换的电工产品。电能在传输过程中由于导体工作发热使得电线电缆自身发热温度升高。一般情况下，电缆在工作温度下长期运行不会发生事故。当电缆长期过载或某一用户发生短路等故障，就会使通过电线电缆的电流瞬间飙升，产生极大的热量引起电缆绝缘获护套材料的燃烧。过去人们在布线时都采取成束敷设的方式，只要其中一条线路发生燃烧那么就会造成所有线路共同失火的可能。
    线缆长期运行会导致绝缘及护套性能老化因而在电场作用下而被电流击穿，发生短路事故引起火灾。电缆的绝缘和护套材料的易燃性是火灾发生和蔓延的主要原因，而电缆材料在燃烧过程中释放的大量的有毒有害气体则严重危害了人们的生命安全并给人们带来了财产损失。
    阻燃电线电缆概念
阻燃电线电缆难以着火并具有阻止或延缓火焰蔓延的能力。虽被燃烧，但在撤去火源后，火焰的蔓延仅在限定范围内，残焰及灼烧在限定时间内能自行熄灭，其在火灾情况下有可能被烧坏而不能运行，可以防止火灾的扩大。通常阻燃电缆指的是能通过GB/T 18380.3（IEC60332.3）试验合格的电线电缆。
    阻燃电线电缆种类及性能
    4.1 .普通阻燃电线电缆
    普通阻燃电线电缆绝缘及护套材料一般采用的是含卤素（或加入含卤素阻燃剂改性）的高分子材料，最常用的是聚氯乙烯（PVC）材料。普通的PVC树脂具有极高的电绝缘性，耐化学性，耐磨性、耐老化性能优良，且价格低廉的特点而成为我国目前使用量最大的电缆材料原料，但PVC燃烧时会释放出氯化氢、一氧化碳、二氧化碳、各种芳香烃类、含氯化合物等有毒有害气体。
    4.2. 低烟型阻燃电线电缆
    低烟型阻燃电线电缆可在绝缘及护套材料中加入氢氧化铝、氢氧化镁等无机氢氧化物阻燃剂。其阻燃原理为凝聚相阻燃原理：氢氧化铝、氢氧化镁受热分解释放水分，同时吸收热量降低绝缘及护套材料的实际温度，抑制材料的分解和释放可燃性气体。生成的金属氧化物又是耐火材料，覆盖于材料表面能提高绝缘及护套抵抗火焰的能力，起到隔绝空气阻止燃烧的目的。氢氧化铝、氢氧化镁作为阻燃剂优点如下：无毒、不挥发、价廉、阻燃、消烟。但与基体树脂相容性差，作为阻燃剂时必须大量添加才能达到一定的阻燃级别，大量添加易导致材料成型加工性、力学性能降低。
    低烟型阻燃线缆也可在材料中加入锑系化合物。锑系化合物本身不是阻燃剂，而是一种阻燃协同剂，常与卤化物配合使用，在高温下三氧化二锑与卤化物反应生成三卤化锑或卤氧化锑，其阻燃原理为气相阻燃原理：三卤化锑蒸汽能较长时间停留在燃烧区，可稀释可燃性气体，三卤化锑蒸汽密度大，覆盖在聚合物表面，可起到隔热隔氧的作用，这对抑制材料的燃烧是非常有效的；卤氧化锑的分解为吸热反应，可有效降低被阻燃材料的温度和分解速率；液态及固态三卤化锑微粒的表面效应可降低火焰能量；三卤化锑能促进凝聚相的成炭反应，相对延缓生成可燃气体的材料的热分解和氧化分解，且生成的炭层可阻止可燃气逸入火焰区，并保护下层材料免遭破坏。
    4.3. 低烟无卤型阻燃电线电缆
    低烟无卤型阻燃电线电缆的绝缘及护套材料多为热塑性弹性体材料，材料中不含有氟氯溴碘等卤族元素，在制作过程中排除了汞、铬、镉、铅等对环境有较大污染的重金属元素，经常采用的材料有聚酰胺。这种线缆的阻燃机理为中断交换阻燃机理。中断交换阻燃是指将阻燃材料燃烧时产生的部分热量带走，致使材料不能维持热分解温度，因而不能持续产生可燃气体，于是燃烧自熄。例如，当阻燃材料受强热或燃烧时可熔化，而熔融材料滴落时，可将大部分热量带走，致使燃烧延缓，最后可能终止燃烧。这类线缆由于燃烧后对设备和建筑物腐蚀性极小，因而能最大限度的降低经济损失，具有很高的安全性能。但滴落的灼热液滴可引燃其他物质，增加了火灾的危险性，因此选用阻燃剂时要考虑防熔滴。
    4.4. 氟塑料型阻燃电线电缆
    氟塑料型阻燃电线电缆由于其材料的特殊的化学结构而使自身带有阻燃性。这种材料无需改性或作阻燃处理，具有耐高温、抗氧化、不易燃、氧指数高、能自熄等特点，是光纤通信电缆的理想用线。但该类阻燃电线电缆成本超过以上三种线缆，在大众市场上没有价格竞争优势，因此目前只应用于国家安全性工程中。

    我国快速发展的经济建设对电线电缆的需求量越来越大，普通电线电缆无法避免潜在的火灾危险性，已经逐渐不适宜经济建设的需求了。阻燃电线电缆因其优秀的控制火灾危险的能力越来越受重视，加强对阻燃性电线电缆的研究，开发出性能优良价格低廉的阻燃材料，满足当前几年和未来的社会需求，是我们必须肩负的责任。