低烟无卤阻燃电缆分析1文档格式.docx

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代号

实验外径d/mm

试验数

最小透光率（%）

试验标准

D

d＞40

1

≥60

GB/T17651.2

20＜d≤40

2

10＜d≤20

3

5＜d≤10

45/d①

2≤d≤5

45/d①、②

①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

无卤（低腐蚀性）

试验方法

pH加权值

电导率加权值μs/mm

W

≥4.3

≤10

GB/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

试验外径①/mm

供火时间/s

合格值

Z

D≤25

60

试样烧焦不应超过距上夹具下缘50～540mm的范围之外

GB/T18380.1

GB/T18380.2②

25＜D≤50

120

50＜D≤75

240

D＞75

480

1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0.4～0.8mm实心铜导体和截面0.1～0.5mm2绞合铜导体电线电缆采用GB/T18380.2

表1-4成束阻燃性能要求

试样非金属材料

供火时间/min

合格指标

ZA

7

40

1）试样上的、炭化的长度最大不应超过距喷嘴底边向上2.5m

2）停止供火后试样上的有焰燃烧时间不应超过1h

GB/T18380.3

IEC60332-3-25

ZB

3.5

ZC

1.5

20

ZD

0.5

1.2.2无卤低烟阻燃电线电缆分类

根据国家标准GB/T19666《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：

WDZ；

成束阻燃代号分别为：

WDZA、WDZB、WDZC及WDZD。

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］

G--V/AL

V—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ASTME662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ASTMD2671，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

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

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ASTMD2863,JISK7201,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

24

30

聚乙烯

18

25

交联聚烯

28

乙丙橡胶

21

护套

～40

氯磺化聚乙烯

35

氯丁橡胶

～30

2.2.2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ASTME662,GB8323,JISK7228等。

ASTME662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（ASTME662）

最大比光密度

270

190

无卤阻燃材料

100

GB8323相当于ASTME662。

2.2.3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ASTMD2671等。

图2-1表示ASTME2671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制成。

实验时，将试样放在175℃下加热16h，然后观察铜镜腐蚀情况。

蒸镀铜镜腐蚀面积超过5%，即认为材料的腐蚀性不合格。

图2-1ASTMD2671铜镜腐蚀试验装置

表2-3表示不同阻燃材料的铜镜腐蚀试验结果。

有表2-3可知，作为传统材料的普通聚氯乙烯不合格，与此相反，对于无卤阻燃材料，不管是交联的，还是不交联的，都不使铜镜腐蚀，因此确认它们在燃烧时不产生腐蚀性的卤化氢气体。

表2-3表示不同阻燃材料的铜镜腐蚀试验结果

材料

试验结果

普通聚氯乙烯

不合格

交联无卤阻燃材料

合格

非交联无卤阻燃材料

2.2.4阻燃材料的毒性试验标准

常用的阻燃材料的毒性试验标准有NES713等。

2.2.5阻燃材料试验标准汇总表

为了便于查阅，我们把上面提到过的阻燃材料试验标准汇总成表2-4.

表2-4阻燃材料试验标准汇总

试验

标准号

标准名称

阻燃性实验

ASTMD2863

塑料烛样燃烧所需的最低氧浓度测定（氧指数）

JISK7201

用氧指数法进行高分子材料的燃烧试验方法

GB2406

塑料燃烧性能试验方法氧指数法

发烟性实验

ASTME662

固体材料燃烧性能试验方法（烟雾的比光密度法）

GB8323

塑料燃烧性能试验方法烟密度法

JISK7228

塑料的烟密度及燃烧气体的测量

腐蚀性实验

ASTMD2671

铜镜腐蚀试验

毒性试验

NES713

试样材料燃烧产物毒性指数的测定

2.3阻燃电缆试验标准方法

2.3.1无卤性能试验方法

对于无卤性能试验，我们按照GB/T17650.2（等效IEC60754-2）进行试验，以下对试验作一简述。

首先选取样品，在温度为（23±

2）℃和相对湿度为（50±

5）%的条件下放置至少16h。

取样品材料1000mg±

5mg为一个试样，每个试样应取自样品上的代表性材料，试样应切成小碎片，均匀地放入燃烧舟的底部。

然后把装有试样的小舟迅速地送入管子的有效区内并启动记时器，燃烧小舟应放在距有效加热区出口端≥300mm处，确保小舟所在位置的温度不低于935℃，沿空气流方向离小舟300mm处的温度不低于900℃。

在有气流条件下的燃烧过程应在炉内持续30min，释放出的气体通过盛有蒸馏水或软化水的洗瓶冒泡吸收。

试验之后，应将洗瓶的溶液追加至1000mL，然后测定溶液pH值和电导率，所测数值应符合GB/T17650.2中表1的规定，则该样品具有无卤性能。

2.3.2低烟性能试验方法

对于低烟性能试验，我们按照GB/T17651.2（等效IEC61034-2）进行试验，以下对试验作一简述。

首先取校直的一根或多根1m±

0.05m长的电缆，在温度为（23±

5）℃的条件下放置至少16h。

试样根数的选择符合GB/T17651.2中表2所示的要求，在试验前应把电缆或缆束的两端扎在一起，并且在距离每端300mm处用金属线把它们固定在支架上，试样应紧挨着水平放置并位于酒精盘上方的中心位置，使试样的下表面和酒精盘底部之间的距离为150mm±

5mm。

开动风扇使空气流通并点燃酒精，操作人员离开试验室后把门关上，待火源熄灭之后5min或者试验持续时间达到40min时，透光率不再减小，则可认为试验结束，记录最小透光率，最小透光率应≥60%为合格。

2.3.3阻燃性能试验方法

考核电缆阻燃特性的试验分为单根燃烧试验和成束燃烧试验。

由于电缆在敷设时一般是多根敷设在一起，单根电缆通过燃烧试验并不能满足电缆的阻燃性能，所以我们一般用成束燃烧试验来考核电缆的阻燃性能。

对于成束燃烧试验，我们一般按照GB/T18380.3（等效IEC60332-3）和GB/T19666进行试验，以下对各种阻燃级别的电缆试验作一简述。

A类阻燃电缆试验方法有两种（代号：

F/R和F），对于导体截面35mm2及以下的电缆仅F安装方法适用。

试验应由若干段相同长度的电缆试品组成，每段电缆的最小长度为3.5m。

满足每米电缆的燃烧物含量为7L，试验根数为7000/（S－Sm）（其中S为一根电缆试样的横截总面积，Sm为一根电缆试样的横截面的金属截面积），采用一盏带型喷灯供火，火焰温度为815℃，供火40min，停止供火1h后，电缆试样的任何剩余的燃烧及炽热的光应该熄灭，炭化部分的高度不超过2.5m判定为合格。

B类阻燃电缆试验安装方法有一种（代号：

F）。

试验应由若干段相同长度的电缆试品组成，每段电缆的最小长度为3.5m。

试验时满足每米电缆的燃烧物含量为3.5L，试验根数为3500/（S－Sm）（其中S为一根电缆试样的横截总面积，Sm为一根电缆试样的横截面的金属截面积），采用一盏带型喷灯供火，火焰温度为815℃，供火40min，停止供火1h后，电缆试样的任何剩余的燃烧及炽热的光应该熄灭，炭化部分的高度不超过2.5m判定为合格。

C类阻燃电缆试验安装方法有一种（代号：

试验时满足每米电缆的燃烧物含量为1.5L，试验根数为1500/（S－Sm）（其中S为一根电缆试样的横截总面积，Sm为一根电缆试样的横截面的金属截面积），采用一盏带型喷灯供火，火焰温度为815℃，供火20min，停止供火1h后，电缆试样的任何剩余的燃烧及炽热的光应该熄灭，炭化部分的高度不超过2.5m判定为合格。

D类阻燃电缆试验安装方法有一种（代号：

试验时满足每米电缆的燃烧物含量为0.5L，试验根数为500/（S－Sm）（其中S为一根电缆试样的横截总面积，Sm为一根电缆试样的横截面的金属截面积），采用一盏带型喷灯供火，火焰温度为815℃，供火20min，停止供火1h后，电缆试样的任何剩余的燃烧及炽热的光应该熄灭，炭化部分的高度不超过2.5m判定为合格。

2.4.阻燃电缆试验标准

2.4.1阻燃电缆的阻燃性试验标准

常用的阻燃电缆的阻燃性试验标准有JISC3005,GB12666-3、4，IEC332-1、2，GB12666-2,IEE383,IEEE45,JISC3521,IEC332-3,DIN57472-804,BS4066-3,JCS366,GB12666-5等。

表2-5阻燃电缆试验标准汇总表

阻燃性试验

JISC3005

橡塑绝缘电线试验方法

GB12666-3

电线电缆燃烧试验方法，第3部分：

单根电线电缆水平燃烧试验方法

GB12666-4

电线电缆燃烧试验方法，第4部分：

单根电线电缆倾斜燃烧试验方法

IEC332-1

电缆在火焰条件下的试验，第1部分：

单根绝缘电线电缆垂直燃烧试验

IEC332-2

电缆在火焰条件下的试验，第2部分：

单根绝缘细径电线电缆垂直燃烧试验

GB12666-2

电线电缆燃烧试验方法，第2部分：

单根电线电缆垂直燃烧试验方法

IEEE383

核电站用IE级电缆、现场接头和连接件型式试验

IEEE45

船舰电气安装推荐标准

JISC3521

通信电缆阻燃护套燃烧试验方法

IEC332-3

电缆在火焰条件下的试验，第3部分：

成束电线电缆燃烧试验

DIN57472-804

电线电缆试验（阻燃性能）

BS4066-3

电缆阻燃实验

JCS366

垂直密闭通道实验

GB12666-5

电线电缆燃烧试验方法，第5部分：

成束电线电缆燃烧试验方法

IEC1034

在规定条件下电缆燃烧烟密度的测定

BS6724

燃烧时低烟和低腐蚀性气体的热固性电力电缆

GB12666-7

电线电缆燃烧试验方法，第7部分：

电线电缆燃烧烟密度试验方法

腐蚀性试验

IEC754-1

电缆燃烧时气体逸出试验，第1部分：

取自电缆的聚合材料燃烧时卤酸气体逸出量的测量

JCSC53

低氯化氢乙烯基塑料料电缆

IEC754-2

电缆燃烧时气体逸出试验，第2部分：

通过测量pH和导电率来测定电缆材料实验时释放气体的酸度

DIN57472-813

电线电缆试验（燃烧气体的腐蚀性）

DIN7472-815

电线电缆试验（无卤性）

日本建设省告示第1231号

燃烧气体毒性试验

第3章无卤阻燃体系添加的阻燃剂和阻燃增效剂

3.1无卤阻燃剂及其阻燃机理

无卤阻燃体系添加的阻燃剂主要包括金属水合物、磷化物、硼化物等无机阻燃剂,其阻燃机理随阻燃剂的不同而不同。

3.1.1金属水合物

经过长期研究,人们发现适合作无卤阻燃剂的金属水合物主要以Al（OH）3、Mg（OH）2为主,这是因为Al（OH）3、Mg（OH）2具有填充剂、阻燃剂、发烟抑制剂三重功能。

当它们受热分解时放出结晶水,吸收大量的热量,产生的水蒸汽降低了可燃性气体的浓度,并隔绝空气;

同时生成的耐热金属氧化物（Al2O3、MgO）还会催化聚合物的热氧交联反应,在聚合物表面形成一层碳化膜,它会减弱燃烧时的传热、传质效应,从而起到阻燃的作用,并且无毒,起到消烟的作用。

Al（OH）3的脱水吸热温度范围为235～350℃,吸热量为1968J/g,可抑制早期温度上升。

Mg（OH）2在340～490℃之间分解,吸热量为783J/g,需较高温度才发生脱水反应,吸热量较小,抑制材料温度上升的效果没有Al（OH）3好,但是,它对聚合物的碳化作用优于Al（OH）3。

由此可见,Al（OH）3、Mg（OH）2各有其优点。

Al（OH）3与Mg（OH）2阻燃剂在PE中的使用结果见表3-1。

从表3-1可知,如果以氧指数、着火时间为标准来衡量阻燃效果,Mg（OH）2是阻燃效果最理想的无卤阻然剂。

表3-1Al（OH）3和Mg（OH）2阻燃剂在PE中的使用效果

阻燃剂

用量

/phr

着火温度

/℃

着火时间

/min

氧指数

热导率

/KJ（mh）-1

无阻燃剂

408

10.4

18.4

1.162

Al（OH）3

200

452

32.4

35.1

2.420

Mg（OH）3

446

28.1

37.7

3.917

注:

阻燃剂的加入量均相对于100份PE而言。

3.1.2无机磷系阻燃剂

无机磷系阻燃剂包括聚磷酸铵、磷酸、红磷等。

其阻燃机理既有气相机理,又有凝聚相机理,但以凝聚相机理为主。

在燃烧时发生以下变化:

磷化合物→磷酸→偏磷酸→聚偏磷酸。

聚偏磷酸玻璃体不仅覆盖于燃烧体表面,形成保护膜,隔绝,发挥其阻燃作用,而且磷酸和聚偏磷酸都是强酸,有很强的脱水性,能使聚合物脱水碳化,在其表面形成碳化层,从而使聚合物内部与氧隔绝,阻止燃烧。

同时,由于碳化层的导热性差,因此能使聚合物与外界热源隔绝,从而减缓热分解速度。

3.1.3硼系阻燃剂

硼是发现较早的阻燃元素之一。

硼的阻燃机理目前研究得还很不充分。

硼酸和水合硼酸盐都是低熔点化合物,加热时形成玻璃状涂层覆盖于聚合物表面。

目前使用最广泛的硼阻燃剂是硼酸锌（2ZnO·

3B2O3·

5H2O）,它在300℃以下稳定,受热至300℃以上时,释放结晶水,吸收大量热能（620J/g）;

释放出的水分,降低了聚合物表面氧的浓度,抑制了燃烧,最终生成的B2O3玻璃状薄膜可覆盖于聚合物之上,起到隔热和排氧作用。

3.1.4氮系阻燃剂

以铵盐形式为主,如（NH4）2HPO4、NH4H2PO4、（NH4）2SO4等,其阻燃机理是:

由于铵盐的热稳定性较差,受热后释放出非易燃性气体NH3,它同样可降低聚合物表面O2的浓度,此外生成的H2SO4起着脱水、碳化的作用。

通常认为后一种作用是主要的。

3.2阻燃增效剂及其作用机理

使用无机无卤阻燃剂的缺点是阻燃剂填充量大,阻燃材料的物理性能降低。

克服该缺点的方法是同时使用能促使树脂碳化的特殊阻燃剂,一般称阻燃增效剂。

阻燃增效剂能抑制材料燃烧时发生滴落现象,并和无机阻燃剂有良好的协同作用,因此可以减少无机阻燃剂的填充量,起到改善材料机械性能的作用。

所以,阻燃增效剂的开发应用是发展无卤阻燃技术的关键。

通常选用的无卤阻燃增效剂有:

硼化物、金属氧化物、有机硅化物等。

3.2.1硼化物

ZnBO3在无卤阻燃聚烯烃中与Al（OH）3和Mg（OH）2等协同作用