隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使人類(lèi)從自然界中獲得了巨大的利益和自由，同時(shí)各種事故和災(zāi)害也頻頻發(fā)生。而在眾多災(zāi)害中，電線電纜常常扮演火源和導(dǎo)火線的角色，使火災(zāi)迅速擴(kuò)大蔓延，而產(chǎn)生大量煙霧和毒氣，并損壞了貴重的電子儀器和設(shè)備，嚴(yán)重影響消防救援和現(xiàn)場(chǎng)人員的撤離，從而擴(kuò)大了災(zāi)害。為此，無(wú)鹵、低煙、低毒阻燃電力電纜需求旺盛，并廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)。
    我國(guó)在“電線電纜產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃研究”中，“九五”計(jì)劃及2010年設(shè)想中提到：從用戶當(dāng)前的需求和今后的發(fā)展來(lái)看，關(guān)鍵是要上水平（質(zhì)量水平與技術(shù)水平），發(fā)展派生、延伸型、組合型、緊湊型的品種，以及研究一些高技術(shù)性能的品種。例如無(wú)鹵低煙低毒型橡套電纜和塑料電纜，中壓級(jí)船用電纜等。本文介紹了無(wú)鹵低煙低毒阻燃船用電纜的開(kāi)發(fā)研究。

1 總體研究思路與預(yù)計(jì)需達(dá)到的要求

    無(wú)鹵低煙低毒阻燃船用電纜開(kāi)發(fā)研究思路，是從搜集資料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選購(gòu)、配方對(duì)比試驗(yàn)、工藝試驗(yàn)、型式試驗(yàn)及試運(yùn)行試驗(yàn)等各階段來(lái)達(dá)到選定技術(shù)指標(biāo)。特別是無(wú)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(guān)鍵技術(shù)。配方研制的目的是要統(tǒng)一電纜的物理機(jī)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(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。從而開(kāi)發(fā)出了無(wú)鹵、低煙、低毒阻燃電力電纜。
    無(wú)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(yīng)具有以下特點(diǎn)：具有優(yōu)良的阻燃性能；電纜材料燃燒時(shí)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(dǎo)電率低，具有低腐蝕性能；電纜燃燒時(shí)生成煙霧少。
    額定電壓0.6/1kV及以下 無(wú)鹵低煙低毒阻燃船用電纜的主要技術(shù)特性如下：
    產(chǎn)品應(yīng)符合GB9331.1“額定電壓0.6/1kV及以下船用電力電纜和電線”標(biāo)準(zhǔn)的要求；
    船用電纜用的絕緣材料，應(yīng)符合IEC18A(France)58的要求；
    船用電纜用的無(wú)鹵護(hù)套材料，應(yīng)符合IEC18A(CO)81的要求；
    電纜燃燒時(shí)生成氣體的試驗(yàn)，應(yīng)符合IEC754-1.2的要求；
    電纜小樣材料燃燒生成物毒性指數(shù)的測(cè)定，應(yīng)符合 NES713的要求；
    電纜成束垂直燃燒試驗(yàn)，應(yīng)符合 GB12666.5 C類(lèi)或B類(lèi)的要求；
    燃燒煙濃度試驗(yàn)，應(yīng)符合 GB12666.7的要求。

2 研制的技術(shù)關(guān)鍵及措施方案

    （1） 船用無(wú)鹵低煙低毒阻燃電力電纜產(chǎn)品技術(shù)文件編制。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)無(wú)鹵低煙低毒阻燃電力電纜產(chǎn)品的行業(yè)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，所以只能參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定產(chǎn)品技術(shù)文件；
    （2） 無(wú)鹵阻燃絕緣材料，參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC18A(France)58“關(guān)于改善船用電力電纜無(wú)鹵阻燃絕緣材料性能要求” ，并且氧指數(shù)不小于25。無(wú)鹵阻燃護(hù)套材料，參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) IEC18A(CO)81“船用電力電纜無(wú)鹵低煙低毒阻燃護(hù)套材料性能要求”，并且氧指數(shù)不小于40；
    （3） 成品電纜的成束垂直燃燒試驗(yàn)、燃燒煙濃度試驗(yàn)、電纜燃燒時(shí)生成氣體的試驗(yàn)及小樣材料燃燒生成物毒性指數(shù)的測(cè)定，應(yīng)配備專(zhuān)用檢測(cè)設(shè)備。然而設(shè)備大都進(jìn)口，動(dòng)用資金較多，所以利用電纜行業(yè)檢測(cè)中心和各廠配備專(zhuān)用檢測(cè)設(shè)備，便于加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度；
    （4） 配方實(shí)踐證明，材料的物理機(jī)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(guān)系的，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)是研究配方設(shè)計(jì)的捷徑，因此，決定采用“中心復(fù)合正交旋轉(zhuǎn)配方設(shè)計(jì)”軟件和人工經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，即使這樣，配方設(shè)計(jì)工作量還是相當(dāng)大的；
    （5） 無(wú)鹵阻燃護(hù)套料加工較困難。因護(hù)套料選用不含鹵素的聚稀烴和超細(xì)阻燃劑，所以混煉時(shí)粘輥，升溫快，這不但加大了混煉的勞動(dòng)強(qiáng)度，也容易造成設(shè)備和人身事故。為此，必須反復(fù)調(diào)整配方的加工工藝；
    （6） 無(wú)鹵阻燃護(hù)套擠制較困難。由于無(wú)鹵阻燃護(hù)套料中含有較多的水合氧化鋁和水合氧化鎂填充劑，導(dǎo)致膠料硬度高，擠橡時(shí)生熱大，護(hù)套擠制困難。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，加強(qiáng)溫度控制或采用熱喂料，可以消除擠出脫節(jié)和外徑不均的現(xiàn)象。

3 主要實(shí)驗(yàn)研究

    船用無(wú)鹵低煙低毒阻燃電力電纜開(kāi)發(fā)，關(guān)鍵技術(shù)是研制阻燃絕緣和護(hù)套橡料。所謂阻燃橡料，是指能延緩著火、降低火焰?zhèn)鞑ニ俣?，且在離開(kāi)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(jī)化合物，因而，電纜不論是由于過(guò)載和短路造成絕緣過(guò)熱起火，還是外部火災(zāi)引燃電纜護(hù)套材料起火，實(shí)際都是聚合物在燃燒，研究抑制電纜燃燒機(jī)理致關(guān)重要。
    評(píng)價(jià)聚合物可燃性，*常用的方法是氧指數(shù)法。氧指數(shù)表示試樣在氧氣和氮?dú)獾幕旌衔镏腥紵龝r(shí)所需的*低含氧量。氧指數(shù)越大，表示聚合物可燃性越小，阻燃性能越好。船用無(wú)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(shù)約為20，要想達(dá)到技術(shù)關(guān)鍵指標(biāo)，必須進(jìn)行材料的配方設(shè)計(jì)：
    （1） 無(wú)鹵阻燃絕緣材料的配方設(shè)計(jì)。在三元乙丙橡膠為基的阻燃電纜料中，其硫化體系對(duì)阻燃性的影響較大。試驗(yàn)結(jié)果表明：硫化劑DCP用量增加，膠料的交聯(lián)度和氧指數(shù)（OI）增大，但DCP用量過(guò)大時(shí)，可能導(dǎo)致可燃性物質(zhì)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(shí)，膠料的氧指數(shù)顯著增大；共硫化劑TAIC/HVA-2的并用比為 1.0/0.5時(shí)，膠料的氧指數(shù)增大10%～15%。
     無(wú)鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜絕緣料配方（重量份）：三元乙丙膠 100；氧化鋅 10；硬脂酸 2；防老劑 2；石蠟油 10；TAIC 2.0；HVA-2 1.0；DCP 3.0；煅燒陶土 30；超細(xì)滑石粉 30；Sb2O3 10；水合金屬氧化物若干。其性能見(jiàn)表1。

表1 無(wú)鹵低煙電纜絕緣料的主要性能要求

    （2） 無(wú)鹵阻燃護(hù)套材料的配方設(shè)計(jì)。若使以乙烯-醋酸乙烯脂共聚物（EVA）為基料的護(hù)套材料符合低鹵低煙無(wú)毒的要求，常用無(wú)機(jī)阻燃劑填充。試驗(yàn)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(huì)脫水分解，釋放結(jié)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(dá)到阻燃目的。當(dāng)氫氧化鋁與沉淀法白炭黑、陶土、MgCO3, 滑石粉共混時(shí)，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(xì)（納米）粒徑的上述無(wú)機(jī)阻燃劑，這不但可以提高阻燃性，而且便于混煉加工。
    無(wú)鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜護(hù)套配方（重量份）：乙華平 100；氧化鋅 10；硬脂酸 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；水合金屬氧化物若干。其性能見(jiàn)表2。

表2 無(wú)鹵低煙護(hù)套料的主要性能要求

    （3） 無(wú)鹵阻燃絕緣材料和護(hù)套材料低毒、低腐蝕性的改善。當(dāng)阻燃絕緣材料和護(hù)套材料中加入氧化銻金屬氧化物阻燃劑時(shí)，電纜燃燒受熱分解，釋放出氫鹵酸和鹵元素時(shí)，它們與氧化銻反應(yīng)，生成三鹵化銻、氧化鹵銻和水，從而稀釋可燃?xì)怏w，使材料具有低毒、低腐蝕性。
    （4）無(wú)鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜的產(chǎn)品試驗(yàn)。對(duì)橡膠的配合體系采用計(jì)算機(jī)配方輔助設(shè)計(jì)，以便更進(jìn)一步優(yōu)化配合材料的*佳配比，更好地提高產(chǎn)品的價(jià)值比。為此通過(guò)與某船舶研究院聯(lián)系，試制了兩種規(guī)格無(wú)鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜樣品。該產(chǎn)品為了達(dá)到理想的阻燃效果，成纜時(shí)采用無(wú)堿玻璃布繞包后再擠制護(hù)套，并送原機(jī)械工業(yè)部上海電纜研究所測(cè)試，全部性能合格，特別是燃燒煙濃度的透光率達(dá)89%，產(chǎn)品已經(jīng)用戶使用，性能優(yōu)越。產(chǎn)品性能見(jiàn)表3。

表3 無(wú)鹵低煙低毒阻燃船用電力電纜性能