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電纜燃燒或者火災(zāi)時火焰延著電纜蔓延是火災(zāi)的形成和擴(kuò)散的重要因素。由此而造成的損失在國內(nèi)外都數(shù)不勝舉。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，特大火災(zāi)中，最多的是電氣火災(zāi)。電氣短路，電線電纜老化導(dǎo)致線纜燃燒導(dǎo)致火災(zāi)產(chǎn)生占火災(zāi)總量30%。根據(jù)公安部消防局官方權(quán)威消息，2019年，全國共接報火災(zāi)13.2w起，亡1108人，傷573人，直接財產(chǎn)損失17.7億元，因電氣安全占29.7%。

 

電纜的阻燃是電纜行業(yè)關(guān)注的重大問題，從而發(fā)展了阻燃電纜，并制訂了電線電纜燃燒試驗(yàn)方法，按不同的使用場合，指定電纜有不同的阻燃要求。 本文對低煙無鹵電纜進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

 

低煙無鹵阻燃電纜：絕緣層、護(hù)套、外護(hù)層以及輔助材料（包帶及填充）全部或部分采用的是不含鹵的交聯(lián)聚乙烯（XLPE）阻燃材料，不僅具有更好的阻燃特性，而且在電纜燃燒時沒有鹵酸氣體放出。電纜的發(fā)煙量也小，燃燒產(chǎn)生的腐蝕性氣體也小。它的含鹵量約為含鹵阻燃電纜的1/3左右。發(fā)煙量也接近于公認(rèn)的“低煙”水平。

 

阻燃電線電纜市場分布

 

對我國阻燃電線電纜在各地區(qū)的市場份額進(jìn)行統(tǒng)計分析，可以看出，阻燃電線電纜在華東地區(qū)的市場份額最大，約23.65%，其次是西南、華北和華南。其中值得注意的是，西南地區(qū)雖然阻燃電線電纜生產(chǎn)企業(yè)不多，但市場需求非常大。低煙無鹵電纜料的生產(chǎn)企業(yè)主要集中在華東、中南和華北。

無機(jī)阻燃劑的阻燃機(jī)理一般為冷阱效應(yīng)、稀釋效應(yīng)、阻隔效應(yīng)，其阻燃機(jī)理決定了需要較大填充量才能達(dá)到較為滿意的阻燃性能。

 

阻燃電纜市場展望

 

市場大觀

 

2019-2027年全球低煙無鹵電纜市場年復(fù)合增長率達(dá)10.7%

2019-2024全球光纜電纜年復(fù)合增長率達(dá)12.26%

2019-2025全球軍用與航天航空機(jī)械控制電纜市場年復(fù)合增長率達(dá)5.1%

2020-2026全球電動汽車充電電纜市場年復(fù)合增長率達(dá)31.5%

2019-2024南方電網(wǎng)計劃251億元投建充電設(shè)施

2024年全球阻燃塑料市場規(guī)模有望突破550億美元

 

低煙無鹵的阻燃體系

 

烯烴類聚合物燃燒過程分析

 

從能量角度分析，烯烴類聚合物的燃燒過程中有機(jī)物急劇降解同時伴有濃煙和火焰的熱氧化過程。通常的燃燒可分為五個階段：加熱、分解、著火、燃燒和火焰?zhèn)鞑ァ?/span>

聚合物受熱后，溫度升高，材料逐漸變軟；然后溫度再持續(xù)升高，在氧氣作用下一些熱穩(wěn)定性較差的鍵開始斷裂，聚合物開始分解，并釋放出可燃?xì)怏w、熔融物和碳顆粒。當(dāng)可燃?xì)怏w和熔融物達(dá)到一定濃度和溫度時，會與氧氣反應(yīng)，開始著火燃燒。燃燒釋放出大量熱量，進(jìn)一步加劇聚合物的熔融與分解，產(chǎn)生更多可燃性氣體，使燃燒加劇，從而形成惡性鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

從元素角度分析：材料在氧氣氛圍下受熱升溫首先會釋放大量活性羥基自由基HO·，當(dāng)HO·與聚合物相遇時，會生成碳?xì)浠衔镒杂苫鵕CH2·和水。在氧氣作用下RCH2·分解，又產(chǎn)生新的活性自由基HO·，如此循環(huán)，逐步加劇燃燒。溫度、氧氣和可燃物是維持燃燒的是三個基本要素。切斷三要素中的任何一個就可以達(dá)到阻燃目的。

 

無機(jī)金屬氫氧化物阻燃劑

 

金屬氫氧化物主要指的是氫氧化鋁（ATH）和氫氧化鎂（MH），是低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜材料常用的阻燃劑材料。

 

阻燃優(yōu)勢

制備簡單、無鹵素、無磷、自身無毒；

分子中的結(jié)晶水，受熱時分解吸熱，降低火焰溫度，釋放出水蒸氣并稀釋可燃?xì)怏w；

脫水生成的金屬氧化物具有極高的比表面積，可吸收煙和可燃揮發(fā)物，同時覆蓋在材料表面。阻止氧氣和降解的可燃?xì)怏w。

 

阻燃作用原理：ATH、MH的分解過程為吸熱反應(yīng)，其分解所吸收的熱量可以使得聚合物得到保護(hù)；另外，分解過程中所釋放的水蒸氣可以稀釋材料表面的氧氣濃度，同時還可以降低煙的釋放量；此外，分解后材料表面會形成一個由碳化物和氧化鎂、氧化鋁組成的耐熱保護(hù)層，從而阻止燃燒的進(jìn)一步進(jìn)行。

 

無機(jī)磷系阻燃劑（紅磷及聚磷酸銨APP）

 

無機(jī)磷系阻燃劑受熱分解成磷酸、聚偏磷酸、偏磷酸等強(qiáng)脫水性的酸，這些酸可使高聚物脫水炭化形成炭膜，這種呈粘稠狀液態(tài)和固態(tài)膜不僅可以隔熱，還可以阻止可燃?xì)怏w和氧氣的擴(kuò)散，以達(dá)到阻燃的目的，紅磷或APP與ATH和MH復(fù)配使用，有非常好的阻燃協(xié)同效果。

 

紅磷對LSHF性能的影響：

1.煙密度2.吸水性3.粒徑粗，難分散4.使用時做好安全措施5.顏色問題且常出現(xiàn)金屬光澤粉末；

 

APP（Ⅱ型）對LSHF性能影響：

1.吸水性能2.軟性填料，難粉碎3.流動性能4.相容性差，拉線不光滑。

 

硅系阻燃劑（無機(jī)硅酸鹽）

 

大多數(shù)硅酸鹽類礦物中含有水（吸附水、沸石水、結(jié)構(gòu)水）。在遇熱時，這些水分先后蒸發(fā)流失，不僅可以帶走熱量，還可以稀釋可燃?xì)怏w，起到了阻燃、抑煙效果；此外，這類物質(zhì)一般為多孔結(jié)構(gòu)，其有很大的比表面積，能夠吸附高分子材料燃燒時所產(chǎn)生的煙和一些有毒氣體，起到抑煙的作用。

 

PLS（Polymer/Layered Silicates）納米復(fù)合阻燃材料的阻燃機(jī)理主要來自兩個方面，首先，在聚合物中以納米尺寸分散的層狀硅酸鹽片層對聚合物分子鏈的活動具有顯著的限制作用，使聚合物分子鏈在受熱分解時比完全自由的分子鏈具有更高的分解溫度；另外，分布于聚合物中的硅酸鹽片層還可以阻隔聚合物分解產(chǎn)生的小分子向燃燒界面遷移，阻隔外界氧氣向界面內(nèi)部遷移以達(dá)到阻燃的目的。

 

膨脹型阻燃劑（IFR）

 

膨脹型阻燃劑（Intumescent Flame Retardant,簡稱為IFR）是以磷，氮為主要成分的無鹵阻燃劑，含IFR的高聚物受熱燃燒時，表面能生成一層均勻的碳質(zhì)泡沫層。此碳層在凝聚相能起到隔熱、隔氧、抑煙和防治熔滴的作用，其對重復(fù)暴露（VW-1）在火焰中的燃燒具有很好的抵抗性。

 

IFR對LSHF性能的影響：

1.與ATH、MH的協(xié)同效果差2.吸水性3.粒徑粗，難分散4.對機(jī)械性能影響大5.與樹脂相容性較差，易析出。