隨著人類社會的發展和科學技術的進步，使人類從自然界中獲得了巨大的利益和自由，同時各種事故和災害也頻頻發生。而在眾多災害中，電線電纜常常扮演火源和導火線的角色，使火災迅速擴大蔓延，而產生大量煙霧和毒氣，并損壞了貴重的電子儀器和設備，嚴重影響消防救援和現場人員的撤離，從而擴大了災害。為此，無鹵、低煙、低毒阻燃電力電纜需求旺盛，并廣泛地應用于國民經濟的各個部門。
    我國在“電(dian)(dian)線電(dian)(dian)纜(lan)產品(pin)發(fa)(fa)展規劃(hua)研(yan)究”中，“九五”計劃(hua)及2010年設想中提到：從用(yong)戶當前的(de)需求和今后(hou)的(de)發(fa)(fa)展來看(kan)，關鍵是要(yao)上水(shui)平(ping)(ping)（質(zhi)量水(shui)平(ping)(ping)與技術水(shui)平(ping)(ping)），發(fa)(fa)展派生、延伸(shen)型、組(zu)合(he)型、緊湊型的(de)品(pin)種(zhong)，以及研(yan)究一(yi)些高技術性能(neng)的(de)品(pin)種(zhong)。例(li)如(ru)無鹵低(di)(di)煙低(di)(di)毒型橡套(tao)電(dian)(dian)纜(lan)和塑料(liao)電(dian)(dian)纜(lan)，中壓級船(chuan)用(yong)電(dian)(dian)纜(lan)等。本(ben)文介紹了(le)無鹵低(di)(di)煙低(di)(di)毒阻燃(ran)船(chuan)用(yong)電(dian)(dian)纜(lan)的(de)開(kai)發(fa)(fa)研(yan)究。

1 總體研究思路與預計需達到的要求

    無鹵低煙低毒阻燃船用電纜開發研究思路，是從搜集資料、結構設計、材料選購、配方對比試驗、工藝試驗、型式試驗及試運行試驗等各階段來達到選定技術指標。特別是無鹵、低煙、低毒阻燃乙丙絕緣聚稀烴船用電力電纜的配方和工藝等關鍵技術。配方研制的目的是要統一電纜的物理機械性能、電氣性能、阻燃和燃燒性能之間的矛盾；特別是基本上摸索出了一整套生產經驗。從而開發出了無鹵、低煙、低毒阻燃電力電纜。
    無鹵、低煙、低毒阻燃電力電纜除了保持普通電纜的一般特性和電氣性能外，還應具有以下特點：具有優良的阻燃性能；電纜材料燃燒時逸出的氣體毒性較低；逸出的鹵素氣體、氣體水溶液PH值及導電率低，具有低腐蝕性能；電纜燃燒時生成煙霧少。
    額定電壓0.6/1kV及以下 無鹵低煙低毒阻燃船用電纜的主要技術特性如下：
    產品應符合GB9331.1“額定電壓0.6/1kV及以下船用電力電纜和電線”標準的要求；
    船用電纜用的絕緣材料，應符合IEC18A(France)58的要求；
    船用電纜用的無鹵護套材料，應符合IEC18A(CO)81的要求；
    電纜燃燒時生成氣體的試驗，應符合IEC754-1.2的要求；
    電纜小樣材料燃燒生成物毒性指數的測定，應符合 NES713的要求；
    電纜成束垂直燃燒試驗，應符合 GB12666.5 C類或B類的要求；
    燃(ran)燒煙濃度(du)試驗，應符合 GB12666.7的(de)要(yao)求。

2 研制的技術關鍵及措施方案

    （1） 船用無鹵低煙低毒阻燃電力電纜產品技術文件編制。目前國內尚無無鹵低煙低毒阻燃電力電纜產品的行業或國家標準，所以只能參考國際標準制定產品技術文件；
    （2） 無鹵阻燃絕緣材料，參考國際標準IEC18A(France)58“關于改善船用電力電纜無鹵阻燃絕緣材料性能要求” ，并且氧指數不小于25。無鹵阻燃護套材料，參考國際標準 IEC18A(CO)81“船用電力電纜無鹵低煙低毒阻燃護套材料性能要求”，并且氧指數不小于40；
    （3） 成品電纜的成束垂直燃燒試驗、燃燒煙濃度試驗、電纜燃燒時生成氣體的試驗及小樣材料燃燒生成物毒性指數的測定，應配備專用檢測設備。然而設備大都進口，動用資金較多，所以利用電纜行業檢測中心和各廠配備專用檢測設備，便于加快開發進度；
    （4） 配方實踐證明，材料的物理機械性能、電氣性能及特殊要求的性能是與材料組分存在一定的關系的，采用數理統計方法和計算機技術是研究配方設計的捷徑，因此，決定采用“中心復合正交旋轉配方設計”軟件和人工經驗相結合的方法進行配方設計，即使這樣，配方設計工作量還是相當大的；
    （5） 無鹵阻燃護套料加工較困難。因護套料選用不含鹵素的聚稀烴和超細阻燃劑，所以混煉時粘輥，升溫快，這不但加大了混煉的勞動強度，也容易造成設備和人身事故。為此，必須反復調整配方的加工工藝；
    （6） 無鹵阻(zu)燃護(hu)套擠(ji)制較困(kun)難。由于無鹵阻(zu)燃護(hu)套料(liao)中含有較多的水(shui)合氧化(hua)鋁和(he)水(shui)合氧化(hua)鎂填充劑(ji)，導致(zhi)膠料(liao)硬(ying)度(du)高，擠(ji)橡(xiang)時生(sheng)熱大，護(hu)套擠(ji)制困(kun)難。經過生(sheng)產實踐(jian)，加強溫度(du)控制或采用(yong)熱喂料(liao)，可以(yi)消除擠(ji)出脫(tuo)節和(he)外徑不均的現象。 

3 主要實驗研究

    船用無鹵低煙低毒阻燃電力電纜開發，關鍵技術是研制阻燃絕緣和護套橡料。所謂阻燃橡料，是指能延緩著火、降低火焰傳播速度，且在離開外部火焰后，其自身燃燒火焰能迅速自行熄滅的橡料。作為電纜的基料，都是含有碳和氫的高分子有機化合物，因而，電纜不論是由于過載和短路造成絕緣過熱起火，還是外部火災引燃電纜護套材料起火，實際都是聚合物在燃燒，研究抑制電纜燃燒機理致關重要。
    評價聚合物可燃性，*常用的方法是氧指數法。氧指數表示試樣在氧氣和氮氣的混合物中燃燒時所需的*低含氧量。氧指數越大，表示聚合物可燃性越小，阻燃性能越好。船用無鹵低煙低毒阻燃電力電纜采用的主體材料是乙丙橡膠和聚稀烴，其本身氧指數約為20，要想達到技術關鍵指標，必須進行材料的配方設計：
    （1） 無鹵阻燃絕緣材料的配方設計。在三元乙丙橡膠為基的阻燃電纜料中，其硫化體系對阻燃性的影響較大。試驗結果表明：硫化劑DCP用量增加，膠料的交聯度和氧指數（OI）增大，但DCP用量過大時，可能導致可燃性物質增加。因而DCP用量一般以3.0重量份為宜；共硫化劑TAIC的用量為0.5～2.0重量份時，膠料的氧指數顯著增大；共硫化劑TAIC/HVA-2的并用比為 1.0/0.5時，膠料的氧指數增大10%～15%。
     無鹵低煙(yan)低毒阻燃船用電力電纜絕緣料(liao)配方（重量份）：三元乙丙膠 100；氧化(hua)鋅 10；硬脂酸 2；防老劑(ji) 2；石蠟(la)油 10；TAIC 2.0；HVA-2 1.0；DCP 3.0；煅燒陶土 30；超細滑石粉 30；Sb2O3 10；水合金屬(shu)氧化(hua)物(wu)若干。其性能見表1。

表1 無鹵低煙電纜絕緣料的主要性能要求

    （2） 無鹵阻燃護套材料的配方設計。若使以乙烯-醋酸乙烯脂共聚物（EVA）為基料的護套材料符合低鹵低煙無毒的要求，常用無機阻燃劑填充。試驗表明，采用氫氧化鋁、氫氧化鎂等效果顯著。橡料在受熱后，氫氧化鋁、氫氧化鎂會脫水分解，釋放結晶水，并吸收大量熱量，從而降低聚合物表面溫度，阻止燃燒蔓延以達到阻燃目的。當氫氧化鋁與沉淀法白炭黑、陶土、MgCO3, 滑石粉共混時，橡料更具有良好的阻燃性，尤以加了MgCO3效果*好。*好選用改性處理和超細（納米）粒徑的上述無機阻燃劑，這不但可以提高阻燃性，而且便于混煉加工。
    無鹵低煙低毒阻燃船用電(dian)力電(dian)纜(lan)護套配方（重量份）：乙華平 100；氧化鋅 10；硬脂(zhi)酸 2；防老劑X 2；石蠟油 10；TAIC 1.0；HVA-2 0.5；DCP 3.0；Sb2O3 10；炭黑 2.0；MgCO3 15；水合金屬氧化物若(ruo)干(gan)。其性(xing)能見表(biao)2。

表2 無鹵低煙護套料的主要性能要求

    （3） 無鹵阻燃絕緣材料和護套材料低毒、低腐蝕性的改善。當阻燃絕緣材料和護套材料中加入氧化銻金屬氧化物阻燃劑時，電纜燃燒受熱分解，釋放出氫鹵酸和鹵元素時，它們與氧化銻反應，生成三鹵化銻、氧化鹵銻和水，從而稀釋可燃氣體，使材料具有低毒、低腐蝕性。
    （4）無(wu)鹵低煙(yan)低毒阻(zu)燃船用電(dian)力(li)電(dian)纜(lan)的(de)產(chan)品(pin)(pin)(pin)試驗。對(dui)橡膠的(de)配(pei)合(he)體系(xi)采用計算機(ji)配(pei)方(fang)輔助(zhu)設(she)計，以便更進一(yi)步優化配(pei)合(he)材料(liao)的(de)*佳(jia)配(pei)比(bi)，更好地提高產(chan)品(pin)(pin)(pin)的(de)價值比(bi)。為此通(tong)過與某船舶研究院聯系(xi)，試制了兩種規格(ge)無(wu)鹵低煙(yan)低毒阻(zu)燃船用電(dian)力(li)電(dian)纜(lan)樣品(pin)(pin)(pin)。該產(chan)品(pin)(pin)(pin)為了達到理想(xiang)的(de)阻(zu)燃效果，成纜(lan)時采用無(wu)堿玻璃布繞(rao)包后再擠制護(hu)套，并送(song)原機(ji)械工業部上海電(dian)纜(lan)研究所測試，全部性能合(he)格(ge)，特別是(shi)燃燒煙(yan)濃度的(de)透光率達89%，產(chan)品(pin)(pin)(pin)已經用戶使用，性能優越。產(chan)品(pin)(pin)(pin)性能見表3。

表3 無鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜性能