一种消防安全用防火电缆的研制

苏甫才

（申环电缆科技有限公司，江苏宜兴214251）

一种消防安全用防火电缆的研制

苏甫才

（申环电缆科技有限公司，江苏宜兴214251）

介绍了一种新材料和工艺结构设计的防火电缆，耐火性能能够到达BS 63S7标准的C、W、Z的最高级别，具有生产工艺简单、成本较低、安装敷设方便等优点。

防火；耐火；低烟；无卤；阻燃

0 引 言

电线电缆既可输配电能、传递信息，又是易引起火灾的“导火线”。普通的电缆在实际发生火灾时一旦被燃烧就无法保障通电，许多重要场合万一发生火灾时，人员疏散、通道的照明、防火报警装置、自动消防设施及其它应急设备都要求电缆在火灾发生时能保持在规定时间内正常通电，因此，人们对防火电缆的需求越来越大。目前，市场上主要有刚性和柔性两种防火电缆（如图1所示），其主要区别是：刚性的是以氧化镁作为绝缘的铜芯铜护套矿物绝缘电缆；柔性的是以云母带作为绝缘的铜芯轧纹铜护套防火电缆。这两种结构的电缆都需要在专用的设备上进行生产，设备投资较大，电缆加工工艺较复杂，且绝缘易受潮，施工、安装不方便。

本文介绍了一种安装敷设方便、生产工艺简单、成本较低的新型防火电缆，该电缆可以广泛用于机场、宾馆、体育场馆、图书馆、高层建筑和古建筑等对防火、安全性能要求较高的场所。

1 电缆设计

1.1结构介绍

图1所示的刚性和柔性防火电缆的结构都是以铜作为护套来达到防火的目的，刚性防火电缆采用氧化镁作为绝缘，柔性防火电缆采用的是云母带作为绝缘，两种绝缘材料都具有耐高温性能，能够保证在1 000℃情况下线缆的完整性。所谓柔性防火电缆，其柔软性也是相对于刚性而言，即采用焊接轧纹工艺的铜护套防火电缆的柔软性比采用拉拔工艺的铜护套防火电缆要好。这两种结构的防火电缆虽然有很好的防火性能，但是成本较高，且柔软性较差，包装运输和施工安装不方便。

图1　刚性和柔性防火电缆结构示意图

图2为一种全新设计结构的防火电缆，它采用了一种新型材料——陶瓷化硅橡胶来取代传统的铜护套作为防火挡火层。在耐火绝缘层外面设计了分色保护层，这样不仅易于线芯识别，同时也提高了电缆正常情况下的绝缘性能，解决了矿物绝缘易吸潮和处理不好时绝缘电阻偏低的问题。

电缆的导体设计采用符合GB/T 3956的第1种或第2种镀金属层或不镀金属层退火铜导体，或者第5种裸铜导体或镀金属层退火铜导体。绝缘层设计采用电性能好、性能稳定的具有耐高温1 200℃的合成云母带作为绝缘层，绝缘层外挤包交联聚乙烯（XLPE）绝缘作为分色保护层，使该防火电缆具有良好的电性能和线芯结构的通用性；填充材料采用具有阻燃、耐高温的无碱玻璃纤维绳进行填充。成缆包带采用低烟无卤带或无碱玻璃纤维带进行扎紧，缆芯外设计保护绝缘的综合防护层，由陶瓷化硅橡胶材料和低烟无卤带或无碱玻璃纤维带组成；外护套采用高阻燃的低烟无卤护套材料。

图2　一种消防安全用电力电缆结构示意图

1.2耐火机理

陶瓷化防火耐火复合带是由陶瓷化防火耐火硅橡胶和耐高温玻纤布压延复合而成，在350℃及以上火焰或无焰条件下开始变硬，最高可达3 000℃，随着温度升高，迅速被烧成陶瓷状坚硬的、完整壳体，烧焰时间越长，温度越高，越坚硬，燃烧后的坚硬的壳体铠装对线路起到很好的保护作用，从而保证线路在火灾情况下的通畅。

电缆缆芯外防护层由无碱玻璃纤维布带+陶瓷化防火耐火复合带+无碱玻璃纤维布带绕包，形成复合结构夹心式的综合防护层，保证了陶瓷化防火复合带在燃烧时能够形成坚硬的壳体，解决了电缆在耐火加冲击时，结壳的陶瓷层易震动脱落的问题。电缆在高温燃烧时，陶瓷化防火耐火复合带外的保护层能够起到固定作用，使其能够保持经过一定时间的高温燃烧后形成的致密坚硬壳体，起到阻挡火焰和隔热的作用；内层的玻璃纤维带同样能够起到一定的耐温、挡火和隔热的作用，分色层在电缆燃烧过程中也起到一定的隔热作用，使电缆最终的绝缘层处温度较低，合成云母带的绝缘稳定性得到保障，从而保证了电缆线路在火灾情况下的长时间畅通，达到长期耐火、防火的目的。

另外，外护套采用高阻燃的低烟无卤阻燃聚烯烃材料，在电缆正常运行时能够保护电缆，不受外界机械力损伤。在燃烧的环境下，低烟无卤阻燃聚烯烃材料迅速膨胀，形成致密的多孔碳层，燃烧时护套中的阻燃剂发生分解，吸收燃烧物表面热量起到阻燃作用；同时阻燃剂释放出大量水分稀释可燃物表面的氧气，分解生成的活性氧化镁附着于可燃物表面，又进一步阻止了燃烧的进行，起到电缆阻燃作用。

1.3制造工艺

该电缆生产工艺流程为：拉丝（退火）→绞合（紧压）→绕包合成云母带→挤包XLPE绝缘分色→硫化→成缆（防火填充、低烟无卤带或玻纤带绕包）→综合防护层→挤包低烟无卤外护套→成品检测→合格包装入库。

按照上述工艺流程试制了1#和2#两根样品，其主要的情况如下：

（1）导体。铜单丝采用无氧铜杆在13模连续退火铜大拉机LHD-450/13上拉制，退火工艺采用连拉连退的方式。通过加强工艺控制，铜单丝的质量情况较好，实测20℃时导体单丝体积电阻率均在0.017 100Ω·mm2/m以下。试制样品导体采用第2种不镀金属层的紧压圆形退火铜导体，在JGGB630/ 1+6管绞机上绞制，通过良好的工艺控制，绞合后的导体表面光洁、节距均匀，无跳滨、断线、无油污、氧化，圆整度良好，紧压后的导体外径及直流电阻符合GB/T 3956标准要求。

（2）绝缘。绝缘层采用厚0.17 mm的双面合成云母带重叠绕包，云母带绕包层数为2层，重叠率为带宽的（50±5）％，绕包平整服帖；绝缘层绕包在JGGB630/1+6管绞机上一次性完成，分色层采用XLPE绝缘挤包工艺，在SJ-φ70/25挤塑机上生产；挤包厚度满足GB/T 12706.1—200S标准要求，半成品表面光洁，未出现塑化不良的僵块及影响产品质量的杂质等。

（3）成缆。在JC-1250/1+6摇篮式成缆机上进行成缆，该成缆机可实现自动退扭，成缆节径比控制在不大于33。成缆时采用高阻燃、防火无碱玻璃纤维绳填充，缆芯外绕包无碱玻璃纤维带进行扎紧。1#样品的耐火防护层采用陶瓷化防火耐火复合带以50％的重叠率进行重叠绕包；2#样品的耐火防护层采用陶瓷化防火耐火复合带+无碱玻璃纤维带的夹心耐火层，均以50％的重叠率进行重叠绕包，绕包平整服帖，无漏包现象。

（4）护套。外护套的挤包在φ70挤塑机上进行，采用橙色高阻燃低烟无卤阻燃护套料，外护套厚度标称值与相同规格的YJV-0.6/1 kV电力电缆要求相同，护套表面光洁，连续，无杂质、油污、擦伤等缺陷。

2 性能测试

试制的1#和2#样品按照GB/T 19666和GB 12666.6标准要求进行耐火性能检测，两个样品均通过试验；按最高耐火等级BS 63S7标准中最严格的C、W、Z项进行试验，1#样品未通过、2#样品通过。这两种结构产品的耐火性能试验对比结果见表1。

表1　耐火性能试验对比

2.1单纯防火试验C级

在成品电缆上任意取长度不小于1 200 mm的试样，两头各剥去100 mm的护套和外覆盖层后，置于电缆支架上。试样的所有线芯均通有1 000 V额定的试验电压，最大泄漏电流为3 A。在强制通风的情况下，使丙烷气体在不小于500 mm的带状燃烧器上产生一排与电缆平行，并距离电缆下部表面75 mm处，火焰温度为（950±40）℃的火焰，持续供火3 h。要求在试验期间，不发生保险丝烧坏或指示灯熄灭现象。

2.2防火防水试验W级

在成品电缆上任意取长度不小于1 500 mm的试样，两头各剥去100 mm的护套和外覆盖层后，置于电缆支架上。试样的所有芯线均通有1 000 V额定的试验电压，最大泄露电流为3 A。在有强制通风的情况下，使丙烷气体在不小于400 mm的带状燃烧器上产生一排与电缆平行，火焰温度为（650± 40）℃的火焰，持续供火30min，期间前15min为单纯燃烧，后15 min为燃烧和洒水同时进行。洒水器喷头固定在试验框架上，位置处于燃烧器的中心附近，水压控制在250～350 kPa之间，水流量控制在每平方米每秒0.25～0.30 L之间。要求在试验期间，不发生保险丝烧坏或指示灯熄灭现象。

2.3防火耐冲击试验Z级

在成品电缆上任意取长度不小于1 200 mm的试样，两头各剥去100 mm的护套和外覆盖层后，弯成“Z”字型，每一弯曲段的直径大约为6D，壁式安装于电缆支架上，试样的所有芯线均通有1 000 V额定的试验电压，最大泄露电流为3 A。冲击装置由一根直径25 mm±5％、长600 mm±5％的低碳钢圆棒构成，它可以自由围绕与壁面平行的轴线旋转。该壁面与板壁的上缘处于同一水平面上，前者离后者约200 mm，长的一段用来冲击板壁，钢板每隔（30±2）s以60°的角度自由落下，以其自身重量冲击位于中点的板壁顶部。在有强制通风的情况下，使丙烷气体在不小于500 mm的带状燃烧器上产生一排与电缆平行，燃烧器中心应与电缆试样的垂直段成一直线，火焰温度为（950±40）℃的火焰，持续供火15 min。要求在试验期间，不发生保险丝烧坏或指示灯熄灭现象。

3 结束语

经过对比试验发现，这两个试制的样品中1#样品在进行BS 63S7防火耐冲击试验Z级时未通过，其主要原因是1#样品的陶瓷化防火耐火复合带材料不能够结壳形成防护层，试验燃烧时还没有完全结壳的陶瓷化硅橡胶材料在震动过程中成粉状物脱落。

本文通过对新型材料的应用和电缆结构的优化设计，研制出了一种低烟无卤具有高耐火特性的消防安全用防火电缆。该结构电缆的生产无需新增生产设备投资，利用工厂现有力缆的生产设备即可生产。另外，该产品半成品线芯的生产通用性强，与常规耐火力缆线芯可以互相替代，从而减少了产品生产的半制品备库量，节约资金。该类结构产品已经取得了国家专利和国家电线电缆质量监督检验中心及国家防火建筑材料质量监督检验中心的第三方检测报告，产品的防火安全等级高，具有良好的市场前景和经济效益。

［1］ GB/T 19666—2005 阻燃和耐火电线电缆通则［8］.

［2］ GB 12666—1990 电线电缆燃烧试验方法［8］.

［3］ BS 63S7：1994 Performance requirements for cables required to maintain circuit integrity under fire conditions［8］.

［4］ 戴志峰，苏甫才，段 勇.一种消防安全用电力电缆［P］.中国专利：201420139904.S，2014-0S-13.

Development of the Fire Retardant Cable for Fire Safety

SU Fu-cai
（Shen Huan Cable Technology Co.，Ltd.，Yixing 214251，China）

This article introduces a new material and new technology fire resistant cable，whose fire resistance characteristics can reach the highest levels of BS 63S7，C，W and Z.This kind of fire resistant cable has the advantages of simple production process，low cost and easy installation.

fire；fire resistance；low smoke；halogen free；flame retardance

TM246

B

1672-6901（2015）02-0012-03

2014-09-16

苏甫才（19S2-），男，工程师.

作者地址：江苏宜兴市官林镇新宜金公路北侧（兴都路西）［214251］.