CN109346218A - 一种阻燃b1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃B1型耐火低烟无卤交联电缆及其生产方法，包括缆芯，所述的缆芯由三根动力线芯、一根中性线芯、一根接地线芯绞合为一体后并在各线芯之间的间隙处填充额度超出缆芯直径2‑4mm的璃丝纤维绳而成；在缆芯外绕包第一防火包带层和第二防火包带层，在第一防火包带层与第二防火包带层之间挤包隔火层，在第二防火包带层外挤包高阻燃低烟无卤聚烯烃外护套；该电缆的主要特性是满足GB 31247‑2014的B1(d1，t1，a1)的电缆及光缆燃烧性能分级试验。

Description

一种阻燃B1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆及其生产方法

技术领域：

本发明涉及一种阻燃B1级交联聚乙烯绝缘电缆以及其生产方法，具体为一种额定电压0.6/1kV交联聚乙烯绝缘通过GB31247-2014阻燃B1级耐火低烟无卤电缆，属于电缆技术领域。

背景技术：

随着我国经济的快速发展，城镇化的推进，尤其是大城市，特大城市的发展，城市的人口越来越密集，功能越来越复杂，像地铁、医院、机场、剧院、大型体育场及商场等人口稠密的地区，供电系统的安全性能要求越来越高，尤其是要防止电气故障而引发的火灾事故。据公安部消防局公布的近几年火灾统计数据看，电气火灾占总数的30%左右，而在各类电气引起的火灾中，有40％以上是由电缆引起的，所以，必须要求与之配置电缆必须优异的阻燃及耐火性能。

目前国内的阻燃电缆执行标准主要以GB/T19666-2005《阻燃和耐火电线电缆通则》为主要依据，其中考核阻燃性能的试验方法标准为GB/T18380-2008《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验》，该标准中考核电缆阻燃性的主要依据为规定的试样长度在规定的火焰温度条件下燃烧，最终电缆试样被燃烧炭化的高度来判断电缆的阻燃性能是否合格。也就是说该标准主要是以电缆在火灾条件下阻止火焰的蔓延速度来作为电缆阻燃性的唯一指标，而实际上火灾发生时，其燃烧过程是一个复杂的化学反应过程，不光是单纯的火焰蔓延，其中涉及到火焰的蔓延、热释放速率、热释放总量、燃烧增长速率指数、产烟速率峰值及产烟总量等，这些指标之间相互作用，相互影响，综合决定着燃烧过程的发展和走势，所以，只采用单纯的火焰蔓延的高度，来考核电缆的阻燃效果是片面的。为此国家标准GB31247-2014《电缆及光缆燃烧性能分级》中针对电缆的阻燃性能的判定指标进行综合考虑，该标准是参照了欧盟等国家的相关先进标准，其中对B1级别的阻燃电缆的考核指标包括了火焰蔓延高度、热释放速率峰值、受火1200s内的热释放总量、燃烧增长速率指数、产烟速率峰值及受火1200s内的产烟总量，来综合判定电缆的阻燃性。所以，要研发符合该标准的阻燃电缆，是完全不同于常规的阻燃电缆，需要在电缆结构及选材等各方面进行创新设计。

发明内容：

本发明针对现有技术状况提供一种阻燃B1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆，该电缆的阻燃性能符合GB31247-2014规定的B1级别的要求，按该标准规定的试验方法其火焰蔓延FS≤1.5m、热释放速率峰值HRR峰值≤30kw、受火1200s内热释放总量THR₁₂₀₀≤15MJ、燃烧增长速率指数FIGRA≤150W/s、产烟速率峰值SPR峰值≤0.25m²/s、受火1200s内的产烟总量TSP₁₂₀₀≤50m²。通过该标准综合指标的考核的本发明所提供的电缆，具有更优异的阻燃性，能够满足地铁、医院、机场、剧院、大型体育场及商场等人口稠密的地区，供电系统的电气消防要求。

本发明还公开了一种阻燃B1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆的生产方法。

本发明所述的一种阻燃B1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆，包括缆芯，所述的缆芯由三根动力线芯、一根中性线芯、一根接地线芯绞合为一体后并在各线芯之间的间隙处填充额度超出缆芯直径2-4mm的璃丝纤维绳而成；在缆芯外绕包第一防火包带层和第二防火包带层，在第一防火包带层与第二防火包带层之间挤包隔火层，在第二防火包带层外挤包高阻燃低烟无卤聚烯烃外护套。

进一步改进，所述动力线芯、中性线芯及接地线芯的结构相同，均由导体、绕包在导体外的云母带防火层、挤包在云母带防火层外的交联聚乙烯绝缘层以及绕包在交联聚乙烯绝缘层外的玻璃丝纤维带防火层构成。

进一步改进，所述三根动力线芯、一根中性线芯和一个接地线芯通过成缆设备绞合为一体，同时在缆芯间隙中添加玻璃丝纤维绳材料，要求填充材料必须密实的充满线芯之间的空隙，保证在燃烧时，气流不能沿缆芯快速流动，同时填充外径应大于计算外径2-4mm，保证填充材料包裹绝缘线芯，防止易燃的交联聚乙烯绝缘快速燃烧，导致热释放值超标。

进一步改进，所述第一防火包带层和第二防火包带层均为防火玻璃丝纤维带。

进一步改进，所述隔火层采用陶瓷化防火耐火矿物质柔性隔氧填充泥，该材料正常状态下具有良好的柔性，不影响电缆的弯曲，在火焰燃烧情况下，会结壳呈陶瓷化，能够有效阻止火焰进一步燃烧电缆内部。

进一步改进，所述外护套采用高阻燃低烟无卤聚烯烃护套料，该料具有较高阻燃性，氧指数达到35%以上，能够有效阻止火焰蔓延，同时在燃烧时，不滴落，发烟低，无有毒有害的气体释出。

一种阻燃B1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆的生产方法，包括如下步骤：

1）三根动力线芯、一根中性线芯和一根接地线芯的导体采用符合GB/T3956-2008的第2类结构的铜导体，导体生产经过拉丝—退火—绞合三个阶段，先通过拉丝机将铜杆经过多道拉丝，得到所需要的规格丝，在拉丝的同时对铜丝进行退火韧炼，然后通过绞线机将多根铜单线绞合为所需要的截面的铜导体；

2）在铜导体其表面绕包云母带防火层，该过程是通过绕包机实现，绕包方式采用重叠绕包，搭盖率控制在20-30%；

3）在云母带防火层外挤包交联聚乙烯绝缘层，是通过挤出工艺实现，采用设备为塑料挤出机，首先将塑料粒子加入挤塑机，通过螺杆转动将塑料向前推进，同时对材料进行加热，其各区挤出温度设定为：加料段120-160℃；压缩段170-185℃；均化段185-210℃，将塑料加热为熔融状态，通过机头模具的配合，均匀的挤包在云母带防火层表面；

4）在交联聚乙烯绝缘层外的玻璃丝纤维带防火层，该过程是通过绕包机实现，绕包方式为单层重叠绕包，搭盖率一般控制在20%-30%之间；

5）成缆过程：三根动力线芯、一根中性线芯和一根接地线芯通过成缆机绞合为一体，在此过程中，在绞合的同时在各线芯之间的间隙中加入玻璃丝纤维填充绳，同时要确保填充密实，饱满，确保填充材料要完全包裹住绝缘线芯，同时在表层绕包一层玻璃丝带防火层；生产过程的主要工艺参数：成缆节距控制在30-50倍之间，成缆并线模较成缆计算外径大2-4mm；

6）隔火层材料为陶瓷化防火耐火矿物质柔性隔氧填充泥，其生产过程是通过挤橡方式，同时要经过硫化管道进行硫化，与常规挤橡工艺主要不同在于，在挤出过程中机身及机头各区不要加热，同时要在各区通冷却水，以降低螺杆旋转过程中产生的热量，防止出现焦烧，在挤出后要防止挤包层在出口处被封垫擦伤，所以其封垫的尺寸较常规要大10-30mm；

7）绕包第二防火包带层，采用防火玻璃丝纤维带重叠绕包的方式实现，有绕包设备完成，重叠搭盖率控制在20-30%之间；

8）外护层采用高阻燃低烟无卤聚烯烃材料，采用挤塑的方式实现，通过挤塑机完成，将塑料粒子通过料筒加入挤塑机，再通过加热，将固态的粒子转化为熔融状态的，通过螺杆的旋转输送到机头，通过模具的配合均匀的挤包在缆芯表面。该过程主要的工艺参数为：挤塑温度为：加料段90-110℃；压缩段120-140℃；均化段：140-155℃，挤出螺杆采用低圧缩比的等距不等深螺杆，压缩比在1.1-1.3左右，挤出方式采用半挤管式，拉伸比在3.0-6.5之间，配模系数在1.0-1.05之间，或采用挤压式。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的直接目标的是通过将常规的交联聚乙烯绝缘电缆在结构上和选材进行创新设计，以达到其常规电气性能及机械性能满足国标的情况下，其阻燃性能，达到GB31247-2014规定的阻燃B1级要求；GB31247-2014国家标准是参照了欧盟等国家的先进标准，其阻燃B1级别电缆的考核指标采用了火焰的蔓延、热释放速率、热释放总量、燃烧增长速率指数、产烟速率峰值及产烟总量多个燃烧指标进行综合判定，其更加科学合理，更符合火灾燃烧发生的过程，而不是传统阻燃电缆只采用火焰蔓延一个指标进行考核；所以符合该标准的电缆其阻燃性能要求跟高，更全面，更安全可靠；在城市地铁、医院、机场、剧院、大型体育场及商场等人口密集的场合，越来越多的要求采用通过阻燃B1级别的电缆。

本发明的绝缘仍采用交联聚乙烯材料，确保电缆具有较好的电性能，常规性能通过标准规定；因交联聚乙烯为可燃性材料，所以需要重新设计，尽量保护绝缘不被火焰燃烧，导致热释放量超标；为此，首先在绝缘外设计了玻璃丝纤维带防火层，形成最后一道防火屏障；在缆芯中密实填充玻璃丝纤维绳，并且要求玻璃丝纤维绳将绝缘线芯完全包裹，进一步保护绝缘，填充一定要密实，确保燃烧时火焰不能沿纵向通道流通，造成快速蔓延。在缆芯上挤包一个隔火层材料，该材料为陶瓷化防火耐火矿物质柔性隔氧填充泥，该材料在常规环境下，具有良好的柔韧性，不影响电缆的弯曲使用，一旦在火焰燃烧下，就会被烧蚀，结为陶瓷化装硬壳，可有效的阻止火焰进一步烧蚀电缆内部，是电缆最为有效的防火屏障；电缆的外护套采用高阻燃低烟无卤聚烯烃材料，氧指数达到35%以上，也是不易燃烧的低烟无卤材料，在火焰条件下，能够有效阻燃火焰的蔓延；本发明通过设置第一防火包带层、第二防火包带层、隔火层以及玻璃丝纤维填充绳几道防火结构的组合形成综合的防火屏障，可有效防止火焰的径向渗透烧蚀电缆内部，尤其是造成内部交联聚乙烯绝缘的燃烧，同时可有效阻止火焰纵向蔓延，形成燃烧通道。总之，采用该设计的电缆完全能够通过GB31247-2014规定的阻燃B1级别燃烧试验，目前该样品经权威机构检测，其阻燃性能符合B1燃烧试验的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式，并结合附图对发明作进一步说明。

如图1所示一种阻燃B1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆，包括缆芯，所述的缆芯由三根动力线芯、一根中性线芯、一根接地线芯绞合为一体后并在各线芯之间的间隙处填充璃丝纤维绳5而成，要求填充材料必须密实的充满线芯之间的空隙，保证在燃烧时，气流不能沿缆芯快速流动，同时填充外径应大于计算外径2-4mm，保证填充材料包裹绝缘线芯，防止易燃的交联聚乙烯绝缘快速燃烧，导致热释放值超标；

所述动力线芯、中性线芯及接地线芯的结构相同，均由导体1、绕包在导体外的云母带防火层2、挤包在云母带防火层外的交联聚乙烯绝缘层3以及绕包在交联聚乙烯绝缘层外的玻璃丝纤维带防火层4构成；

在缆芯外绕包第一防火包带层6和第二防火包带层8，在第一防火包带层与第二防火包带层之间挤包隔火层7，在第二防火包带层外挤包高阻燃低烟无卤聚烯烃外护套9。

一种阻燃B1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆的生产方法，具体步骤如下：

1）第一阶段，导体采用符合GB/T3956-2008的第2类绞合导体，导体生产经过拉丝—退火—绞合几个阶段，先通过拉丝机将铜杆经过多道拉丝，得到所需要的规格丝，在拉制的同时，实现退火处理；然后将规格丝按设计的根数，通过绞线机，分层规则绞合为设计的导体；

2）导体表面的云母带耐火层，是采用绕包的工艺实现，通过绕包机，将云母带均匀重叠绕包在导体表面；

3）交联聚乙烯绝缘层的生产是采用挤包的工艺，通过挤塑机实现，将颗粒状的交联聚乙烯材料经过挤塑机加热为熔融状态，再通过螺杆的旋转输送到机头，通过模具的配合均匀的挤包导体表面，生产过程主要工艺参数：挤塑温度：加料段120-160℃；压缩段170-185℃；均化段185-210℃，挤出方式采用半挤管式；

4）第二阶段：在绝缘线芯表面重叠绕包一层玻璃丝纤维防火层，该过程是通过绕包机实现，绕包方式为单层重叠绕包，搭盖率一般控制在20%-30%之间，制备成三根动力线芯、中性线芯和接地线芯；

5）第三阶段：为成缆过程，将绕包好的绝缘线芯通过成缆设备绞合为一个整体，在绞合的同时在线芯的间隙中间，加入玻璃丝纤维填充绳，同时一定要确保填充密实，饱满，确保填充材料要完全包裹住绝缘线芯，同时在表层绕包一层玻璃丝带防火层；生产过程的主要工艺参数：成缆节距控制在30-50倍之间，成缆并线模较成缆计算外径大2-4mm，填充应密实饱满，确保纵向缆芯之间空气不能顺利流动，并使填充材料包裹线芯，形成对线芯的有效保护；

6）第四阶段：为隔火层的生产，该过程的生产采用挤橡工艺实现；将隔火层材料陶瓷化防火耐火矿物质柔性隔氧填充泥通过挤橡机均匀的挤包在缆芯表面，而后再通过硫化管道，经高温高压的水蒸气进行硫化，再经冷却水定形；主要工艺参数及主要要点为：整个挤橡机各区不要加热，而且要确保各区冷却水充分，及时消除因螺杆旋转产生的热量，防止出现焦烧的情况，蒸汽压力控制在0.8-1.1MPa之间，注意下封闭胶垫尺寸较生产常规橡胶电缆大20mm左右，防止制品出下封闭时被刮伤；

7）第五阶段：隔火层外面防火层的生产，采用玻璃丝纤维带重叠绕包的方式实现，有绕包设备完成，重叠搭盖率控制在20-30%之间。

8）第六阶段：外护层的生产，采用挤塑的方式实现，通过挤塑机完成；将塑料粒子通过料筒加入挤塑机，再通过加热，将固态的粒子转化为熔融状态的，通过螺杆的旋转输送到机头，通过模具的配合均匀的挤包在缆芯表面。该过程主要的工艺参数为：挤塑温度为：加料段90-110℃；压缩段120-140℃；均化段：140-155℃，挤出螺杆采用低圧缩比的等距不等深螺杆，压缩比在1.1-1.3左右，挤出方式采用半挤管式，拉伸比在3.0-6.5之间，配模系数在1.0-1.05之间，或采用挤压式。

以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种阻燃B1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆，其特征在于，包括缆芯，所述的缆芯由三根动力线芯、一根中性线芯、一根接地线芯绞合为一体后并在各线芯之间的间隙处填充额度超出缆芯直径2-4mm的璃丝纤维绳而成；在缆芯外绕包第一防火包带层和第二防火包带层，在第一防火包带层与第二防火包带层之间挤包隔火层，在第二防火包带层外挤包高阻燃低烟无卤聚烯烃外护套。

2.根据权利要求1所述一种阻燃B1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆，其特征在于：所述动力线芯、中性线芯及接地线芯的结构相同，均由导体、绕包在导体外的云母带防火层、挤包在云母带防火层外的交联聚乙烯绝缘层以及绕包在交联聚乙烯绝缘层外的玻璃丝纤维带防火层构成。

3.根据权利要求1所述一种阻燃B1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆，其特征在于：所述第一防火包带层和第二防火包带层均为防火玻璃丝纤维带。

4.根据权利要求1所述一种阻燃B1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆，其特征在于：所述的隔火层为陶瓷化防火耐火矿物质柔性隔氧填充泥。

5.根据权利要求1-4所述的阻燃B1型耐火低烟无卤交联聚乙烯电缆的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）三根动力线芯、一根中性线芯和一根接地线芯的导体采用符合GB/T3956-2008的第2类结构的铜导体，导体生产经过拉丝—退火—绞合三个阶段，先通过拉丝机将铜杆经过多道拉丝，得到所需要的规格丝，在拉丝的同时对铜丝进行退火韧炼，然后通过绞线机将多根铜单线绞合为所需要的截面的铜导体；

2）在铜导体其表面绕包云母带防火层，该过程是通过绕包机实现，绕包方式采用重叠绕包，搭盖率控制在20-30%；

3）在云母带防火层外挤包交联聚乙烯绝缘层，是通过挤出工艺实现，采用设备为塑料挤出机，首先将塑料粒子加入挤塑机，通过螺杆转动将塑料向前推进，同时对材料进行加热，其各区挤出温度设定为：加料段120-160℃；压缩段170-185℃；均化段185-210℃，将塑料加热为熔融状态，通过机头模具的配合，均匀的挤包在云母带防火层表面；

4）在交联聚乙烯绝缘层外的玻璃丝纤维带防火层，该过程是通过绕包机实现，绕包方式为单层重叠绕包，搭盖率一般控制在20%-30%之间；

5）成缆过程：三根动力线芯、一根中性线芯和一根接地线芯通过成缆机绞合为一体，在此过程中，在绞合的同时在各线芯之间的间隙中加入玻璃丝纤维填充绳，同时要确保填充密实，饱满，确保填充材料要完全包裹住绝缘线芯，同时在表层绕包一层玻璃丝带防火层；生产过程的主要工艺参数：成缆节距控制在30-50倍之间，成缆并线模较成缆计算外径大2-4mm；

6）隔火层材料为陶瓷化防火耐火矿物质柔性隔氧填充泥，其生产过程是通过挤橡方式，同时要经过硫化管道进行硫化，与常规挤橡工艺主要不同在于，在挤出过程中机身及机头各区不要加热，同时要在各区通冷却水，以降低螺杆旋转过程中产生的热量，防止出现焦烧，在挤出后要防止挤包层在出口处被封垫擦伤，所以其封垫的尺寸较常规要大10-30mm；

7）绕包第二防火包带层，采用防火玻璃丝纤维带重叠绕包的方式实现，有绕包设备完成，重叠搭盖率控制在20-30%之间；

8）外护层采用高阻燃低烟无卤聚烯烃材料，采用挤塑的方式实现，通过挤塑机完成，将塑料粒子通过料筒加入挤塑机，再通过加热，将固态的粒子转化为熔融状态的，通过螺杆的旋转输送到机头，通过模具的配合均匀的挤包在缆芯表面。该过程主要的工艺参数为：挤塑温度为：加料段90-110℃；压缩段120-140℃；均化段：140-155℃，挤出螺杆采用低圧缩比的等距不等深螺杆，压缩比在1.1-1.3左右，挤出方式采用半挤管式，拉伸比在3.0-6.5之间，配模系数在1.0-1.05之间，或采用挤压式。