传统的阻燃电缆有其局限性,主要采用阻燃氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯等含卤素材料来作为电缆的护层,一旦燃烧,将会释放大量有害的腐蚀性卤化氢气体。加之当前船舰一般采用内部强迫通风系统,毒气将顺通风系统在整个舰船上快速蔓延,烟雾阻挡视线,有害气体弥漫,给现场逃生和救援带来困难。此外,腐蚀性气体还会损坏船体仪器、仪表等设施,较直接燃烧的危险性更大。因此,开发新一代低烟、无卤、阻燃的电缆具有重要意义。
一、开发要点研究
(一)无卤低烟低毒阻燃船用电缆的基本要求分析
在研发无卤、低烟、低毒、阻燃型船用电缆时,其基本要求:首先,研发工作要以保存既有船用电缆的物理、机械、电气、耐油、耐热及阻燃等性能为基础;其次,研发电缆燃烧时不能产生过多有毒气体和腐蚀性气体;再有,尽量降低研发电缆燃烧时的发烟量;第四,研发电缆时,要考虑新电缆能够在既有主流电缆生产装备上加工生产,或者生产线无需大动即可投入生产。
(二)无卤低烟低毒阻燃船用电缆研发的关键要点研究
在结构上,无卤阻燃船用电缆与传统船用电缆基本类似,不同之处主要在于用聚烯烃作基础聚合物。所以,新线缆研发的关键要点在于:首先,绝缘、护套和填充都不用有卤的聚合物:其次,在绝缘和护套配方中采用AI(OH) 3 、Mg(OH) 2 等无机填料:再有,为了改善基料与无机填料的相容性,基料中可以加入一定数量的EVA:第四,加入一定的偶联剂等添加剂,以增强绝缘胶料的机械性能,改善其加工工艺性能。
(三)无卤低烟低毒阻燃船用电缆的典型配方研究
无卤低烟低毒电缆的乙丙橡皮绝缘配方分析。材料及配比为:100单位重量的三元乙丙橡胶;100单位重量的氢氧化铝;10单位重量的低分子高压聚乙烯;10单位重量的操作油;5单位重量的氧化锌;3.2单位重量的DCP交联剂;2单位重量的硅烧A-172;1.5单位重量的防老剂RD;1单位重量的TMT共交联剂。性能要求为:氧指数,25;NBS 烟密度 Dm,有焰燃烧为105,无焰燃烧为205;抗张强度,10MPa:伸长率,630%;150℃x7d老化性能,抗张强度保留率:89%,伸长率保留率:99%。
(四)无卤低烟低毒阻燃船用电缆研发的有关配合剂研究
1.氢氧化铝,色白,呈徽晶粉末状,焰小无毒无味,燃后化为无毒水蒸气,氧化铝可形成耐热屏。
2.氢氧化,脱水温度300℃~350℃,具有填充、抑制发烟、阻燃性能。
3.硅烷偶联剂A-172,透明液态,或稍带黄。作用于无机填料和高聚物分子之间偶联,提高物理性能。
4.乙烯-醋酸乙烯醋,白色,呈粒子状。醋酸量达45%时化为聚合物,需用过氧化物等交联。
二、评价方法研究
(一)阻燃性的评定
首先,材料自身具备的防止、延缓和自熄有焰燃烧的性能即为材料的阻燃性。通常情况下,材料阻燃性的评价因子为氧指数和温度指数。在氧指数的测定中,把材料放置在规定的试验环境中,通过分析材料保持燃烧状态的临界点获得,即燃烧最 低氧浓度。将材料放置在空气中,点燃后持续燃烧且不能自行熄灭的最 低温度即为温度指数。单位正常空气中氧气所占体积百分数头21%,所以,材料氧需求指数超过21的材料,即使燃烧后也会在空气中自熄。材料温度指数越高,说明其燃烧性越低,阻燃性也就越好。其次,电缆的阻燃性是指在规定的试验环境下,使单根或成束电缆燃烧,当火源被取走后,线缆火焰仅蔓延在较小范围内,在限定时间内其残焰或余灼可自熄的特性。由于在各类建设环境中,电缆敷设方式不一,所以,在电缆阻燃性测定中,应根据不同的敷设方式和具体阻燃要求展开试验。
(二)发烟性的评定
线缆是一种聚合物,其构成材料在燃烧时会伴生部分烟雾,这些烟雾是由水蒸气、气体以及因不完全燃烧而产生的悬浮物混合而成。一般情况下,烟密度箱试验是评价线缆材料的发烟性的常用方式:在密闭燃烧试验箱中,将线缆无焰受热分解或有焰燃烧,利用光学方法,测评因烟雾积聚而造成的光束衰减程度,最终评价结果用比光密度表示,其与线缆发烟性呈正相关,比光密度越小,则烟浓度越小。
(三)气体有害性的测定
低烟无卤阻燃电缆燃烧时不产生卤化氢气体,CO、SO2等也极少。为测定电缆燃烧气体的有害性,可用国际电工委员会60754等标准及参考方法对电缆燃烧散发的气体进行测定。首先,毒性测定。在毒性测定上,可采取生物试验测定,把电缆燃烧6分钟后,收集散发气体注入装有老鼠的检测箱内。随时间变化,对老鼠的反应及活动能力进行观察,进而评测其毒性。其次,腐蚀性试验。在测定电缆燃烧产生气体的腐蚀性时,可按国际电工组织60754-2规定,首先将定量电缆放入管式炉中燃烧,将燃烧释放的气体倒入蒸馏水瓶。最后对蒸馏水的pH值和电导率进行测定,进而明确其腐蚀性。
三、结语
无卤、低烟、低毒阻燃电缆是今后船用电缆的发展方向。在相关材料的研发中,还应注意价格的适用性以及加工工艺的简便性,从而使无卤、低烟、低毒阻燃船用电缆能更快地在市场推广,切实发挥应有的作用。