辐照交联低烟无卤电线电缆

目前火灾事故中，电线电缆引起的火灾不容忽视。据不完全统计，1998年我国发生的火灾中，因电线电缆所引起的占35%以上，在火灾死亡人员中有三分之二是因为吸入电线电缆燃烧时释放出的有毒气体而窒息死亡，怎样阻止电线电缆的燃烧,即使是被明火燃烧还低烟无毒,这是电线电缆制造业的一大课题。

1．阻燃材料的演变

从20世纪70年代开始，许多国家开始阻燃电线电缆的研制，一开始人们首先想到了用含有卤素的材料来进行阻燃，因为含有卤素的材料具有很好的阻燃性。此类材料分为两种：一种是材料的基体树脂含有卤素，如聚氯乙烯（PVC）、聚四氟乙烯（PTFE）等；另一种基体树脂不含卤素，如聚乙烯（PE）等，添加溴联苯醚，氯化石蜡，前一种称有卤阻燃，后一种称低卤阻燃，但是这些阻燃电线电缆在燃烧时存在高发烟高毒性的弊端，当火灾发生时，产生溴化二恶英。被困人员乃至消防人员极易吸入此类有毒的含卤气体而窒息伤亡，造成火灾的二次灾害。

从20世纪80年代开始，国际上开始对低烟无卤阻燃材料的研制，这种材料的优点是低烟无卤、无毒，即使被明火燃烧时，释放出来的是二氧化碳气体和水蒸汽。

2. 低烟无卤阻燃聚烯烃

低烟无卤聚烯烃是以聚乙烯为基体，将被EVA（乙烯-醋酸乙烯酯关聚物）活化了的大量氢氧化镁或氢氧化铝捏合在聚乙烯基体中，利用氢氧化物被燃烧受热时，分解成金属氧化物和水，该反应为吸热反应。

阻燃原理如下：氢氧化物被燃烧时是分解反应，该反应是吸热反应，吸收周围空气中的大量热量，降低了燃烧现场的温度，此为阻燃机理之一；生成的水分子，也吸收大量热量，此为阻燃机理之二；产生的金属氧化物结壳，阻止了氧气与有机物的再一次接触,此为阻燃机理之三。所以低烟无卤聚烯烃是采用吸热与金属氧化物隔氧的方法进行阻燃的。

3. 辐照交联工艺在低烟无卤电线电缆中的应用

低烟无卤聚烯烃主要是采用氢氧化物作为阻燃剂。氢氧化物又称为碱，其特性是容易吸收空气中的水分，即称为潮解。潮解的结果是绝缘层的体积电阻系数大幅度下降，由原来的17MΩ/km可降至为0.1MΩ/km。怎样阻止潮解的发生呢？只有将基体--聚烯烃的分子结构予以改变，形成致密层以阻止空气中的水分子与阻燃剂氢氧化物相结合从而形成潮解现象，人们称此为交联。

交联的方式分为两大类，即化学交联和物理交联。而化学交联又分为干法交联和温水交联二种。

干法交联的方法是在温度达300-400℃的高压气体中，经过一定的时间使聚乙烯分子链交联。在此状况下，氢氧化物已分解为金属氧化物和水，因此电缆表面将出现裂纹及水泡，所以干法交联的方法是不可用于低烟无卤材料的。

温水交联的方法是将电线电缆置于90℃的温水中浸泡5至7小时，在此状况下，氢氧化物将吸收大量的水份，导致绝缘电阻下降，直接影响到电缆的综合性能。

物理交联又称辐照交联，是利用电子加速成器产生的高能量电子束流，轰击绝缘层及护套，将高分子链打断，被打断的每一个断点称为自由基。自由基不稳定，相互之间要重新组合, 重新组合后由原来的链状分子结构变为三维网状的分子结构而形成交联，此交联方式既无高温又无水，既能使聚烯烃交联，又不影响阻燃性能和电气性能，所以低烟无卤聚烯烃材料只能采用辐照的方式交联，别无选择。

4. 辐照交联低烟无卤耐热电线电缆的综合性能

4.1 电气性能

绝缘电阻常数（90℃）:17.6MΩ.km。

4.2 阻燃性能（无卤、低烟特性）

a.氧指数为38。

b.电缆燃烧时气体逸出试验：绝缘PH值为6.74；绝缘电导率为1.18。

c.电缆燃烧时烟浓度试验（透光率）：97%。

4.3 机械物理性能（耐高温特性）

a. 135℃、168h空气箱老化试验：老化后抗张强度保留率为106%;老化后断裂伸长率保留率为90%。

b. 延伸试验（200℃.15min）：负载下伸长率为≤175%；冷却后永久变形率为≤15%。

备注：保留率-如果物体原来的抗张强度为10公斤/cm2，老化后的抗张强度为10.6公斤/cm2 ，此物体老化后的抗张强度保留率为106%。

工业化带来的环境破坏是当今各国面临的主要难题之一，电线电缆领域同样也存在这样的困境，如何有效解决这一难题是每一个有社会良知的企业正在认真思考的课题。

常规的电线电缆主要采用聚氯乙烯（PVC）绝缘，是相当严重的污染源，其在制造、使用及废弃处理时会产生大量的烟雾、二恶英、铅、卤等公害物质。

尤其是在火灾事故方面人们有着数不清的惨痛教训，如伦敦地铁Kings Cross站大火；Piper Alpha北海油井大火；德国杜塞尔多夫机场大火；里昂、东京、芝加哥等地的电信局火灾，上述所有火灾事故，电缆都被认定为造成灾难的罪魁祸首，因为常规的电缆材料易燃，且会放出浓黑的烟雾及腐蚀性、刺激性气体，对火灾的扑灭和逃生都带来极大的困难。

绿色环保型辐照交联电线电缆，成功地解决了普通电缆的上述缺陷，其优异品质表现在如下方面：

1、不含有卤素，不产生有害气体及腐蚀性气体。（无卤）

对PVC的应用持最强烈反对态度的是瑞士、德国、瑞典、美国、日本等国家，这些国家的执法机构及协调机构已经制定了严格的法律，限制并将最终取消PVC的工业应用，以减少灾害，保护环境。

2、燃烧时发烟量少。（低烟）

火灾时，为确保不熟悉现场的人员有逃生的机会，可视距离不得低于15M，常规电缆燃烧时的可视距离仅为5-8M，而环保型电缆的该项指标远远高于15M。

3、具有更好的阻燃性能。（阻燃性）

应用电子加速器辐照交联等先进工艺手段，环保型电缆无论在耐温等级、耐老化、机械性能、阻燃性能等指标方面，相比常规电缆都有很大的提高。

4、不含铅等重金属，不含环境激素，不污染土壤。

铅及铅的化合物，会被人体的消化器官和呼吸器官摄取，在人的血液及脑部积累。当电线电缆被破碎、掩埋时，铅化合物会从氢化合物中拆出，污染土壤和水质，危害人体。

绿色环保电缆与普通电缆的性能对比如下表：

附：国内外在“绿色”环保型电线电缆应用方面的相关措施。

1、日本建设部（国土交通部）责成日本电线工业协会（JCS）制定环保型电线电缆产品标准，环保电缆均采用统一的标志“EM”，2001年开始实施“绿色采购法”，明确规定“EM”电线电缆是标准适用产品。日本松下公司也宣布2005年公司的所有电器产品中都采用环保型电线电缆，日本丰田公司和本田公司也采取了同样的举措。

2、欧盟各国在多年前就对铅、镍等重金属实行最严格的限制，并建立了生态管理和审核体系（EMAS），旨在必须全面遵守当地及欧盟的环保法规，欧

盟各国颁布的无卤阻燃电缆标准，其环保等级并不低于日本的EM标准。环保型电缆在欧盟市场已占据主导地位。美国也采取了类似的措施。

3、在国内，1998年3月，北京市供电局颁文，在所辖系统禁用PVC 电缆；2002年6月，北京市府向国际奥委会承诺2008年奥运会全部采用环保型建筑材料；2002年10月，上海市建委规定在大中型建筑或公共场所，不应使用PVC等非环保型电缆（DGJ08-93-2002）；2003年8月，国家强制规定，地铁工程必须采用环保型电缆（GB50157-2003）；同时香港地铁全面采用环保型电线电缆，香港青衣大桥在国内首次应用环保型超高压电缆。

4、欧盟RoHS指令。欧盟议会和欧盟理事会于2003年1月通过了RoHS 指令，全称是The Restriction of the use of certain Hazardous substances in Electnical and Electronic Equipment,即在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令，也称2002/95/EC指令，2005年欧盟又以2005/618/EC决议的形式对2002/95/EC进行了补充，明确规定了六种有害物质的最大限量值，其中铅（Pb）、汞(Hg)、六价铬(Cr6+)、多溴联苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)的最大允许含量为0.1%(1000ppm)，镉(cd)为0.01%(100ppm)，该限值是制定产品是否符合RoHS指令的法定依据。

RoHS指令的出台反响强烈，有的称其为绿色环保指令，有的称其为技术壁垒指令，还有的称其为牵动全球制造业神经的指令。其间，美国、日本、韩国、泰国等也相继出台了类似指令。

环保型辐照交联低烟无卤阻燃耐热电线电缆

本产品适用于额定电压0.6/1KV及以下的电力线路中作输送电能用。

一、产品执行标准:企业标准

二、辐照原理的说明

辐照交联是利用辐照产生的高能量β射线，形成高分子自由基，然后高分子自由基重新组合成为交联键，从而使原来的线性分子结构变成三维网状的分子结构而形成交联。

三、辐照交联低烟无卤电线电缆的特点

1、载流量大：辐照交联电缆，经高能电子束辐照后，材料的分子结构从线形变成三维网状分子结构，耐温等级从非交联的70℃提高到90℃、105℃、125℃、135℃、甚至150℃，比同规格的电缆的载流量提高15-50%。

2、绝缘电阻大；由于辐照交联电缆避免了采用氢化物作为阻燃物，因此防止了交联时出现的预交联和因绝缘层吸收空气中的水分而使绝缘电阻下降现象。从而保证了绝缘电阻值。

3、使用寿命长，过载能力强；由于辐照交联后的聚稀烃材料的耐温等级高，老化温度高，所以延长了电缆在使用过程中循环发热的使用寿命。

4、环保、安全：由于电缆所采用的材料都是无卤环保材料，所以电缆的燃烧特性符合环保要求。

5、产品质量稳定：传统的温水交联电缆的质量受水温度、挤制工艺、交联添加剂等因素的影响，质量不稳定，而辐照交联电缆的质量取决于电子束的辐照剂量，辐照剂量是由计算机控制，少了人为的因素，所以质量稳定。

辐照交联低烟无卤阻然电线电缆具有难以着火并具有阻止或延缓火焰蔓延的能力，过载能力强，而且，一旦着火，它具有无卤、低烟、无毒、无腐蚀等特性，适用于如高层建筑、宾馆、医院、地铁、核电站、隧道、发电厂、矿山、石油、化工等

辐照交联低烟无卤耐火电线电缆除满足辐照低烟无卤阻燃电缆的特性外，它还能在火灾条件下满足线路供电的能力，过载能力强。主要用于火灾报警、消防设备、排烟设备、以及紧急通道运输、照明等应急设施的供电线路中需要耐火的场合。

辐照交联低烟无卤电缆的阻燃等级

根据GB/T18380.3-2002规定的试验条件,辐照低烟无卤电缆的阻燃等级分为A、B、C、D四个等级

表1

四、产品结构:

五、辐照交联低烟无卤电缆产品表示方法

(1) 辐照交联低烟无卤电缆的型号由燃烧特性代号和电缆型号两部分组

成

燃烧特性代号

用途代号

材料代号

（2）辐照低烟无卤电线电缆的允许工作温度可以为90℃、105℃、125℃、135℃等，表示时在型号后面加上温度等级105℃、125℃、135℃、90℃可以省略。

（3）产品用型号、额定电压、芯数、标称截面和本标准号表示。例如：

额定电压600/1000V 辐照交联聚乙烯绝缘聚稀烃护套阻燃B 类低烟无卤电缆，

3芯，240mm2

表示为WDZB-YJ （F ）Y 600/1000V 3*240 Q/TEC16.06-2005。额定电压600/1000V 辐照交联聚乙烯绝缘聚稀烃护套阻燃B 类耐火低烟无卤电缆，3芯240mm2

表示为 WDZBN-YJ （F ）Y 600/1000V 3*240 Q/TEC16.06-2005。额定电压450/750V 辐照交联聚乙烯绝缘聚稀烃护套阻燃B 类低烟无卤控制电缆，7芯，1.5mm2

表示为:WDZB-KYJ （F ）

Y 450/750V 7*1.5 Q/TEC16.06-2005。六、电缆的型号及名称

生产范围：

七、使用特性

1.电力电缆的额定电压U0/U为0.6/1KV。控制电缆的额定电压U0/U为450/750V，电线电缆的额定电压U0/U为U0/U及以下。

2. 电缆长期允许工作温度不超过135℃

3.安装时环境温度不宜低于0℃。

4．电缆安装时的最小弯曲半径:

a.控制电缆：无铠装层的电缆应不小于电缆外径的6倍，有铠装或铜带屏蔽结构的电缆应不小于电缆外径的12倍。

b、电力电缆的最小弯曲半径见表3

D-电缆的外径

5、多芯电缆中性线导体标称截面见表4

表4

6、单芯电缆导电线芯为圆形，16mm2及以上者可以紧压。多芯电缆线芯截面为35mm2及以下者，其线芯应为圆形，线芯截面在50mm2及以上者为扇形、瓦形或半圆形。四芯电缆中第4芯（中性线芯）可为圆形或扇形。五芯电缆中性线可为圆形或瓦型6mm2及以下者允许由单根导体构成，10mm2及以上者由多根单线组成。成型导体（扇形、瓦形或半圆形）应当紧压。

八、主要性能

1、辐照低烟无卤阻燃型

1）、阻燃性能应能通过GBGB18380的成束电缆燃烧试验,试验后电缆烧焦或受影响部分达到的高度应不超过火焰作用点以上2.5m.

2）、卤酸气体释放量试验应能通过GB/T17650.1-1998卤酸气体总量的测定

∠5mg/g以及GB/T17650.2-19981用测量PH值和电导率来测定气体的酸

度 (1L水中PH≥4.3电导率值应不超过10us/mm)

3）、烟密度试验应能通过GB/T17651.1.2-1998电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定(透光率的最小值≥60%)

4）、导体直流电阻符合GB/T3956的规定

5)工频耐压实验：电力电缆应经受3500V、5min不击穿，控制电缆应经受3000V、5min不击穿。电线电缆应经受2500V、5min不击穿

6）、应经受-15℃的低温卷绕试验或低温冲击试验.试验后试样表面应无目力可见的裂纹.

2、辐照低烟无卤阻燃耐火型

除满足低烟无卤燃型的性能以外，其耐火试验应能通过GB/T19216-2003在火焰

条件下电缆或光缆的线路完整性试验中的规定，在750℃ 90min燃烧，2A熔丝不熔断。

九、电缆的规格及参考数据见表5-12

表5 铜芯辐照交联聚乙烯绝缘低烟无卤阻燃电线电缆结构参数

表6 软铜芯辐照交联聚乙烯绝缘低烟无卤阻燃电线电缆结构参数

制电缆

表10 WDZ-YJ（F）Y22 辐照交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚烯烃护套低烟无卤电力

十、电线电缆结构尺寸：

（１）WDZ-BYJ(F)或WL-BYJ(F)450/750铜芯辐照交联低烟无卤阻燃聚乙烯绝缘电线电缆

（２）WDZ-BYJ(F)EB或WL-BYJ(F)EB 300/500 铜芯辐照交联低烟无卤阻燃聚乙烯护套扁平型

（３）WDZ-BYJ(F)R或WL-BYJ(F)R 450/750 软铜芯辐照交联低烟无卤阻燃聚乙烯绝缘电线电缆