礦用新型無煙無鹵橡套軟電纜的研究大學本科畢業(yè)論文

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文哈爾濱理工大學學士學位論文-PAGEII--PAGEIV-礦用新型無煙無鹵橡套軟電纜的研究摘要隨著我國采煤業(yè)的發(fā)展，逐步帶動了大批的機械加工制造業(yè)及相關產業(yè)鏈。相關資料顯示，礦用電纜是采煤業(yè)機械不可缺少的重要配套產品，是傳遞信息、輸送電能和制造各種電機、電器、儀表不可缺少的基礎器材。幾乎從超高壓輸電線路到各種微電機的各個環(huán)節(jié)都離不開礦用電纜。隨著我國經濟發(fā)展和消費市場的逐步擴大，國內煤炭企業(yè)對礦用電纜的需求也不斷增長必將強勁拉動礦用電纜行業(yè)的市場增長，給礦用電纜行業(yè)帶來難得的市場機遇，預計今后這種趨勢仍將繼續(xù)。本文分析了電線電纜火災的成因和危害；簡要介紹了無煙無鹵阻燃橡套電纜料的發(fā)展現(xiàn)狀和方向；重點介紹了無煙無鹵阻燃橡膠電纜料的配方研究；對無煙無鹵電纜料進行大量實驗以獲得更好的阻燃性能，例如ATH，LDHs，TCP對EVM的燃燒性的影響；根據(jù)實驗得出的數(shù)據(jù)對無煙無鹵橡套電纜進行設計，設計型號為MYWPTJ—8.7/10KV3×185+3×70/3+3×2.5，并分析了該產品的試制情況。提出了阻燃劑的無鹵化、抑煙和低毒是當前和今后電線電纜阻燃研究領域的前沿課題，但在阻燃電纜的應用上還需進一步深入研究。關鍵詞無鹵;阻燃;燃燒性Miningnewsmokelesshalogen-free,rubbersetsoftcableresearchAbstractStepbystepwiththedevelopmentofcoalindustryinourcountry，alargenumberofmachinerymanufacturingindustryandrelatedindustrialchain.Relevantdatashows，theminecableistheindispensableimportantcoalminingmachineryproducts，ispassinginformation，transmissionpowerandmanufacturingallkindsofmotor，electricalequipment，instrumentoftheindispensablefoundation.Almostfromallaspectsofultra-highvoltagetransmissionlinestoallkindsofmicro-motorisinseparablefromtheminecable.Alongwithourcountryeconomydevelopmentandwideningconsumermarket，thedomesticcoalenterprisesisalsogrowingdemandforminecablewillbeastrongpulltheminecableindustrymarketgrowth，bringarareopportunitytominecableindustry，isexpectedthistrendwillcontinueinthefuture.Thispaperanalyzesthecausesandharmofwireandcablefire;Thispaperbrieflyintroducesthesmoke-freehalogen-freeflameretardantrubbercablematerialsdevelopmentpresentsituationanddirection;Introducedasmoke-freehalogen-freeflameretardantrubbercablecompoundrecipe;Smokelesshalogen-freecablematerialsforalargenumberofexperimentsinordertoobtainbetterflameretardantperformance，suchasATH，LDHs，TCP'sinfluenceonthecombustibilityofEVMentry;Accordingtotheexperimentdataofsmokelesshalogen-free，rubbersetsofcablestocarryonthedesign，thedesignmodelforMYWPTJ-8.7/10kv3x185+3*70/3+3*2.5，andthemanufactureoftheproductwereanalyzed.Proposednohalogenatedflameretardantandsmokesuppressionandlowtoxicityisthecurrentandfutureresearchfrontierinthefieldofelectricwireelectriccablefireretardant，butalsoontheapplicationofflameretardantcableneedtobefurtherin-depthstudy.KeywordsHalogenfree;Flameretardant;Combustibility;PAGEII---PAGE1-目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章緒論 11.1課題背景 11.2無煙無鹵電纜國內外發(fā)展概況和趨勢 21.2.1無煙無鹵電纜國外發(fā)展現(xiàn)狀 21.2.2無煙無鹵電纜在中國的發(fā)展 31.2.3無煙無鹵電纜國內外競爭情況及產業(yè)化前景 71.3本文研究內容 7第2章無煙無鹵電纜料配方研究 82.1引言 82.2EVM簡介 92.3實驗部分 92.3.1主要原料與試劑 92.3.2主要儀器和設備 92.3.3LDHs、ATH表面處理 102.3.4EVM/TCP/LDHs/ATH復合材料的制備 102.3.5測試與表征 102.4結果與討論 102.4.1ATH對EVM燃燒性的影響 102.4.2LDHs對EVM燃燒性的影響 112.4.3TCP對EVM燃燒性的影響 122.4.4LDHS/ATH/TCP對EVM阻燃性能和力學性能的影響 122.5本章小結 13第3章無煙無鹵電纜設計及試制 153.1無煙無鹵橡套軟電纜的設計 153.1.1產品采用的關鍵技術及主要工藝路線 163.1.2產品主要工藝流程圖 173.2無煙無鹵電纜試制 183.2.1產品試制依據(jù)及計劃 183.2.2試制情況 193.2.3新產品的應用 203.2.4產品的質量控制 223.2.5試制關鍵技術及出現(xiàn)的主要問題 223.2.6成品性能試驗結果 233.2.7本章小結 23結論 24致謝 25參考文獻 26附錄 27-PAGE10--PAGE28-緒論課題背景橡膠與塑料聚合物是制造電線電纜的絕緣和護套的主要材料，它們多數(shù)是容易燃燒和延燃的。隨著電線電纜甩量不斷增大，電氣火災事故的頻繁發(fā)生，電線電纜的阻燃問題逐漸引起世界各國的重視。早在70年代，國內外相繼開發(fā)了阻燃電纜，但是這些阻燃電纜幾乎都是有鹵的，雖然有一定的阻燃效果，但在火災發(fā)生時，燃燒的電線電纜仍要產生有毒氣體和煙霧，這不僅影響救災工作的順利進行，而且對生命財產造成“第二次災害”。鑒于不少工業(yè)部門和地鐵、高層建筑等市政民用設施對安全性和可靠性的要求越來越高，迫切要求開發(fā)新一代的無煙無鹵阻燃電纜。近年來,人們發(fā)現(xiàn)火災事故中的人員致死原因80%以上與材料產生的濃煙和有毒氣體有關[1].為避免或降低火災事故的“二次災害”，國際電工委員會(IEC)于1982年和1989年相繼制定并修訂了IEC一和IEC6O754一2，以此來限制電纜燃燒時釋放出的毒氣含量(規(guī)定HCI含量<5mg/g，燃燒釋放出的腐蝕性氣體的水溶液的ph>4.3、電導率<1Ops/mnI)。1991年又制定了EIC61034，以此來限制電纜燃燒時釋放出的煙霧量(規(guī)定煙霧透光率>60%)。英國制定7海軍工程標準NES一718和NES一713。美國海軍標準MILS24643直接采用NES一713標準來檢測電纜燃燒時釋放出的毒性氣體含量(規(guī)定毒性指數(shù)<5)。我國也相繼制定了GB12666.7一1991，并于1998年對其進行了修訂并制定了標準GB/T17650一1998和GB/T17651一1998，來限制電纜燃燒時釋放的煙霧量和毒性氣體含量。1995年頒布的“建筑內部裝修設計防火規(guī)范”規(guī)定煙密度等級SRD成75，毒氣毒性(Lc50))2m5g/L。2001年，國家經貿委和公安部(消防部)頒布了“公共場所阻燃制品的應用與標準”規(guī)定了“材料產煙毒性分級”，“塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級和要求”規(guī)定了所有電纜等阻燃材料的煙氣毒性指標(規(guī)定燃燒釋放出的煙氣毒性(濃度)在(6.15一12.4)mg/L范圍內)。所有這些標準都為限制電纜等阻燃或非阻燃材料燃燒釋放的煙霧和毒氣提供了有效和可靠的依據(jù)，但是在煤礦這種高危行業(yè)內，我國的煤礦用電纜在無煙無鹵的控制上幾乎還是空白，可見研制和在煤礦應用煤礦用無煙無毒(鹵)阻燃電纜是十分必要和重要的。無煙無鹵電纜國內外發(fā)展概況和趨勢無煙無鹵電纜國外發(fā)展現(xiàn)狀在第二次世界大戰(zhàn)期間開發(fā)的鹵素一銻阻燃體系，被譽為是阻燃技術發(fā)展史上的一個里程碑，經過半個多世紀的研究和應用已走向成熟，并在近20年的阻燃劑領域中一直處于重要地位。但其燃燒時引發(fā)的有毒煙霧使人窒息比高溫灼燒更容易使人死亡。國際上，特別是歐盟和日本，對阻燃電線電纜料較早地提出了高性能、無鹵化阻燃的要求，并已經在諸多的行業(yè)用線纜中加以規(guī)范化使用。日本索尼公司新近推出了索尼綠色環(huán)保認證，其中就明確強調了停止使用PVC電纜料，用無鹵阻燃電纜料代替之。應該說這些規(guī)定雖然對我國有巨大的沖擊，但對人的生命安全保障、環(huán)境污染的消減還是極為有利的。早期的阻燃電纜大都采用含鹵的有機阻燃劑，同時為了提高阻燃性，還添加了Sb2O3阻燃劑，如在PVC、PE、EPR等基料中加入阻燃劑，經混合制成具有阻燃性能的絕緣護套料。由于在燃燒時這種阻燃電纜會釋放出大量的煙霧和腐蝕性有害氣體，造成所謂的“二次災害”[2,3]。因此，70年代末阻燃電纜開始朝著無鹵、無煙、無毒的方向發(fā)展。據(jù)資料統(tǒng)計，日本有關阻燃電纜的專利每年公布約50件[4]。最近，日本藤倉電線株式會社公布了一項無鹵阻燃電纜專利，其主要內容是將Al(OH)3、Mg(OH)2與聚烯烴樹脂組成第一復合物，然后加入硅烷聚烯烴樹脂，制成第二復合物，再進行交聯(lián)，并摻入紅磷阻燃劑及炭黑等制成無鹵阻燃性交聯(lián)化合物。該化合物具有優(yōu)良的阻燃性、耐熱性和成型性。除此之外，日本的宇部興產、住友電木、昭和電工、大日本油墨、協(xié)和化學等公司均已研制出無煙、無鹵或無鹵阻燃電纜料。目前，日本已經在車輛配線、船舶、大廈內通信等場合使用無鹵阻燃電纜，其中一部分已經標準化。英國在阻燃電纜開發(fā)方面進展較快[5]，如英國標準電話電報公司申請了一項無鹵阻燃耐油電纜專利，該電纜料主要成分是EMA(乙烯一丙烯酸甲酯共聚物)70份、EVA30份、Al(OH)3150份以上及其它輔助劑。英國BICC公司生產的海上石油平臺阻燃電纜有2類：(1)HOFR電纜HOFR—高阻燃型，內護套和外護套均為非無煙阻燃氯磺化聚乙烯，氧指數(shù)為35。HOFR2—低煙阻燃型，內護套和外護套均為低煙阻燃氯磺化聚乙烯，氧指數(shù)為32。(2)ZH電纜采用PEEK(聚醚醚酮)絕緣墊層作為無煙無鹵阻燃型橡膠材料，氧指數(shù)為35。同時，英國工業(yè)部門19年開發(fā)出無煙、無鹵電力電纜，其使用量正在以每年10％的速度遞增[6]，目前正在中、無壓電力傳輸、海上石油平臺、地鐵用電以及核電站方面逐步推廣使用這種電纜。此外，法國電力公司與法國電力公司熱能及核能研究設計局(SEPIEN)合作研制出一系列可供電站使用的無鹵電纜。挪威A／SHorsk生產的一種無鹵阻燃控制電纜，采用了無鹵低煙EPR內護套和低氯化氫氯磺化聚乙烯外護套結構。美國勞工部礦山健康衛(wèi)生管理所（MSHA）對下井電纜進行嚴格管理以前，由電纜而引起的火災事故亦經常發(fā)生，從70年代到83年這14年間，在井下發(fā)生了92起傷亡事故，據(jù)美國礦山局（USBUREAUOFMINKS）的統(tǒng)計，1953~1969年間所有井下著火事故中，有64%是由于電氣著火造成的，其中僅為可移動電氣設備提供交、直流電的可移動電纜引起的著火事故就占總著火事故的25.1%，1953~1969年間電纜短路著火265次，共造成13人死亡，50人受傷；電纜在燃燒時釋放出大量的濃煙和腐蝕性鹵化物，造成人員傷亡并腐蝕各種設備。MASO在井下的電氣危險中指出，1952~1968年間美國煤礦由礦用電纜著火事故而引起瓦斯爆炸共21次，造成9人死亡，傷18人的悲劇。自MSHA依法對礦用電纜進行嚴格的認證管理后，美國的煤礦井下由于電纜而引發(fā)的火災基本得到了杜絕。其他國家也都對煤礦電纜進行了嚴格的規(guī)定，并得到了很好的發(fā)展。人們從電氣火災事故中，認識到電線電纜的阻燃重要性，國際上開始對阻燃機理進行深入的研究，并生產出具有一定阻燃性能的電線電纜，逐漸制訂了各種阻燃試驗方法和試驗規(guī)范。但是，當時開發(fā)的都是含鹵阻燃電纜，燃燒時會產生煙霧，毒性和腐蝕性氣體，仍會造成二次災害。70年代末、80年代初，人們開始研制性能更好的清潔的無煙無鹵阻燃電纜，在1980年國際電線電纜研討會議上，曾展示了熱塑性無鹵高阻燃材料(氧指數(shù)為45~50)這種材料在火災中不滴流，并且釋放的煙霧很少。到1980年底，國外無煙無鹵阻燃電纜已在實際中得到使用?，F(xiàn)在世界各國對無鹵阻燃電纜的需求量逐年增加，特別是工業(yè)發(fā)達地區(qū)，如美國、加拿大，東南亞各國也在積極開發(fā)能滿足無鹵阻燃要求的電纜，同時各國正在進一步制訂和完善各種無鹵阻燃電纜標準。無煙無鹵電纜在中國的發(fā)展近年來隨著人們對安全性、可靠性和環(huán)保性認識的提高，我國對低煙無鹵阻燃電線電纜的需求越來越大，國內眾多廠家和科研機構都加大力度對低煙無鹵阻燃電線電纜料研制和開發(fā)。2005年，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布了推薦性標準《阻燃和耐火電線電纜通則》[7]。標準對含鹵和無鹵阻燃電線電纜的分類及性能要求有了明確的規(guī)定，使阻燃電纜實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化和系列化，給生產阻燃電纜提供了依據(jù)和遵循的規(guī)則。2002年，公安部發(fā)布了強制性標準《阻燃及耐火電纜：塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級和要求第1部分：阻燃電纜》[8]。這份標準在2007年進行修訂，公安部對外發(fā)布強制性標準GA306．1-2007[9]，代替GA306.1-2001。2006年，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局和公安部又聯(lián)合發(fā)布了強制性標準《公共場所阻燃制品及組件燃燒性能要求和標識》[10]。這兩份強制性標準都對阻燃電纜進行了分級，并對阻燃電纜的阻燃特性、發(fā)煙量及煙氣毒性作了具體的規(guī)定，進一步完善了我國阻燃電線電纜的標準體系，對推廣和應用阻燃、高效、無公害的阻燃電線電纜起到一個強有力的推進作用。另外，2008年北京奧運村、2010年上海世博會和廣州亞運會場館建設都宣布了全部使用環(huán)保型阻燃電線電纜產品的相關政策規(guī)定。因此，研究和開發(fā)低煙無鹵阻燃電線電纜料是今后阻燃電線電纜領域的熱點和難點。GA306.1-2007和GB20286-2006兩份強制性標準的規(guī)定中，雖然沒有明確指出阻燃電線電纜的環(huán)保要求，但是它們所限定的阻燃電線電纜的燃燒性能指標（煙密度和煙氣毒性）卻包含了環(huán)保阻燃的內容。GA306.1-2007規(guī)定阻燃電纜分為4個阻燃級別，4級以上級別電纜阻燃特性都應達到炭化高度≤2.5m；煙氣毒性要求是：1級和2級電纜應達到準安全2級，Ⅲ級電纜應達到準安全3級、4級電纜無煙氣毒性要求；煙密度要求是：1級電纜最小透光率應達到≥80%，2級電纜最小透光率應達到≥60%，3級電纜最小透光率應達到≥20%，4級電纜達到無煙密度要求。GB20286-2006對用于公共場所的電纜作了強制的阻燃規(guī)定。阻燃電纜分為阻燃1級和阻燃2級。阻燃1級電纜要求：炭化高度≤2.5m，煙密度應達到最小透光率≥60%，煙氣毒性應達到準安全2級；阻燃2級電纜要求：炭化高度≤2.5m，煙密度應達到最小透光率≥20%，煙氣毒性應達到準安全3級。我國的電線電纜料的技術水平一直與國外有不小的差距。80年代初，我國電纜行業(yè)中的很多生產廠家成功地開發(fā)出了一般性阻燃電纜。據(jù)統(tǒng)計，1987一1991年已試制出40多種阻燃電纜，基本上采用阻燃PVC和阻燃氯丁橡膠，這種阻燃電纜只適合于阻燃要求較低的場合，而對于一些阻燃級別要求較高的特殊場合則要求使用低煙、無鹵型阻燃電纜，如:地下公共設施、高層建筑、輪船、軍艦等等隨著電纜阻燃技術的發(fā)展，以及對電線電纜火災事故認識的加強，國內各領域使用電纜的部門對電線電纜無鹵阻燃的呼聲也越來越高，首先是幾個主要使用領域紛紛在相應的技術規(guī)范或在投標技術要求中，以立法形式對阻燃類別提出新的要求，并由不少標準、規(guī)范及工程投標要求所確認。例如:(1)《電力工程電纜設計規(guī)范》GB50217一94中規(guī)定，單機容量為500WM及以上機組火電廠的主廠房和燃煤、燃油系統(tǒng)以及其它易燃環(huán)境，其中重要場所或回路，宜選用無鹵阻燃電纜。(2)河海船舶及海上石油平臺等水上建筑物，有關業(yè)主與船東要求電纜廠提供的船用電纜(包括乙丙膠低煙無鹵阻燃船用電纜)采用無鹵阻燃電纜。(3)1998年3月浦東國際機場公司在電纜采購標書中規(guī)定，阻燃電纜采用無鹵阻燃電纜。電纜料主要分護套料和絕緣料。其中護套料用量略大于絕緣料，抑煙阻燃電纜料屬于電纜料行業(yè)中的護套料。由于電線電纜護套料大多采用塑料和橡膠做材料，此類材料極易燃燒。電線電纜常因為自身在傳輸電能過程中發(fā)熱或由于外部明火而燃燒，從而引起和蔓延成火災。我國每年由于電纜引起的火災造成的損失高達數(shù)億元人民幣。因此，電線電纜的阻燃問題越來越引起人們的關注。并在隨后研究和開發(fā)了各種阻燃防火材料。電纜的阻燃雖然與其用高分子材料的分子結構有關，然而更重要的是它所采用的阻燃原材料。最初為了改善電線電纜的阻燃性能，一般采用PVC材料或在聚烯烴中添加含有鹵素類的阻燃劑。此類電線電纜具有比較好的阻燃效果，但在燃燒過程中會放出大量的煙霧和鹵化氫氣體，容易使人窒息而死，同時對儀器設備造成很大的腐蝕。大量的火災分析表明:有毒煙霧致死人命的比例遠高于高溫灼燒致死的比例。阻燃科學技術是為了適應社會安全生產和生活的需要，預防火災發(fā)生，保護人民生命財產而發(fā)展起來的一門科學。阻燃劑是阻燃技術在實際生活中的應用，它是一種用于改善可燃易燃材料燃燒性能的特殊的化工助劑，廣泛應用于裝修、滅火、電子產品生產，航天航空等各種領域的阻燃加工中。經過阻燃劑加工后的材料，在受到外界火源攻擊時，能夠有效地阻止、延緩或終止火焰的傳播，從而達到阻燃的作用。隨著我國合成材料工業(yè)的發(fā)展和應用領域的不斷拓展，阻燃劑在化學建材、電子電器、交通運輸、航天航空、日用家具、室內裝飾、衣食住行等各個領域中具有廣闊的市場前景。此外，煤田、油田、森林滅火等領域也促進了我國阻燃、滅火劑生產較快的發(fā)展。我國阻燃劑已發(fā)展成為僅次于增塑劑的第二大高分子材料改性添加劑，目前的生產能力20萬T/a左右，年生產量在15萬-17萬T之間，年消費量20萬T左右。不足部分主要從美國和以色列進口，進口的主要品種為有機溴及鹵—磷系阻燃劑。我國阻燃劑生產廠60余家，能夠生產50余種產品，主要為溴磷系列，其中溴系阻燃劑是最重要的系列，約占我國有機阻燃劑的30%。國內阻燃劑的品種和消費量還是以有機阻燃劑為主，無機阻燃劑生產和消費量還較少，但近年來發(fā)展勢頭較好，市場潛力較大。阻燃劑中最常用的鹵系阻燃劑雖然具有其他阻燃劑系列無可比擬的高效性，但是它對環(huán)境和人的危害是不可忽視的。環(huán)保問題是助劑開發(fā)和應用商關注的焦點，所以國內外一直在調整阻燃劑的產品結構，加大高效環(huán)保型阻燃劑的開發(fā)。目前我國有1000多家企業(yè)生產阻燃劑，每年產量近20萬T。粗略估計我國未來發(fā)展前景良好，對阻燃劑的需求量未來5年內將超過北美成為最大的阻燃劑消費地。但是，面對我國每年20萬T的生產力，不僅心生疑問，20萬T的阻燃劑大部分的“何去何從”呢?答案其實很簡單，目前我國生產量雖然很大，但是大部分的消費于國外，用于進出口。而真正用于我國的阻燃劑占的比重卻很小。國內有一批科研院所的阻燃劑研發(fā)水平已與先進國家同步，如中國科技大學火災科學國家重點實驗室和四川大學降解與阻燃高分子材料省重點實驗室的研發(fā)水平就已處于世界前列。隨著對安全性和可靠性認識的提高，許多電線電纜用戶對產品的阻燃性能都提出了要求。例如，煤炭部明文規(guī)定在煤礦中必須使用阻燃性電纜；地鐵、核電站、化工等特殊部門和場合要求使用無煙無鹵阻燃電纜。近幾年來，我國不斷加強對無煙無鹵阻燃電纜的研究和開發(fā)，無煙無鹵阻燃電纜的開發(fā)已列入《國家級電線電纜、光纜新產品開發(fā)指南》中。在無鹵阻燃劑的開發(fā)和應用方面都取得了不少的進展，已研制和生產出不少無機阻燃劑，包括水合氧化鋁系、鋁系，無機磷系，以及鋅、鎂等過渡金屬氧化物，氫氧化物或碳酸鹽等，其中AI(OH)3阻燃劑已形成SR109~SR115系列，計7個品種。一些電纜料生產廠現(xiàn)已研制開發(fā)出無煙無鹵阻燃料。1991年，河北邢臺電纜廠試制的無煙無鹵阻燃電纜通過鑒定，北京電線廠則研制成功無煙無鹵阻燃耐火電纜。此外，像無錫電纜廠、沈陽電纜廠、成都電纜廠、四川電纜廠、天津電纜廠、鄭州電纜廠、哈兒濱電纜廠等都相繼進行無煙無鹵電纜的研制工作。在致力于開發(fā)產品的同時，沈陽電纜廠、上海電纜廠、湘潭電纜廠、鄭州電纜廠、天水電纜廠、黃石電纜廠、寶勝電纜廠等都先后建立了符合標準要求、達到先進水平的燃燒試驗室和煙濃度測定裝置，完善了電線電纜阻燃性能檢測手段。上海電線電纜檢測站于1991年被批準為IEOEE-OOB試驗室，為我國無煙無鹵阻燃電纜產品性能的檢測和鑒定創(chuàng)造了條件。隨著人們對安全性、可靠性和環(huán)保性認識的提高，進人21世紀以來，我國加強了對無鹵無煙阻燃電纜的研制和開發(fā)，在2005年發(fā)布了國家推薦性標準GB/T19666—2005《阻燃和耐火電線電纜通則》，標準中對含鹵和無鹵阻燃電纜的分類及性能要求有了明確的規(guī)定，使阻燃電纜實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化和系列化，給生產阻燃電纜提供了依據(jù)和遵循的規(guī)則。目前，國家明確要求在奧體中心、地鐵、機場、車站、核電站、艦船、化工和高層建筑等特殊場合必須選用無鹵無煙阻燃電纜?，F(xiàn)隨著國內對無鹵阻燃的發(fā)展要求，行業(yè)內對此研究更加細微完善，目前國內無論是對阻燃機理還是對阻燃劑的研究都有了良好、完善的認知。近年來研究更傾向于如何改善、提高阻燃的效果，如何采用新材料、新結構來實現(xiàn)更好的阻燃。例如新型的無鹵膨脹型阻燃劑應用到長玻璃纖維增強聚丙烯材料(LGFPP)，以此來研究阻燃劑的加入以及不同長玻纖含量對該體系阻燃效果以及力學性能的影響[11]。無鹵高效阻燃劑HPCTP的合成、表征與應用研究。無機磷腈為主鏈骨架的化合物具有良好的耐熱阻燃性，苯氧基磷腈具有高氧指數(shù)，無排煙量，放出的氣體無腐蝕和無毒，長期使用溫度可達250℃等優(yōu)點。其中六苯氧基環(huán)三磷腈(HPCP)是重要的無鹵、高磷氮含量的高效阻燃劑，可將其直接添加到聚合物基體中制備阻燃材料[12]。一種新型無鹵阻燃劑體系對無密度聚乙烯(LDPE)進行了阻燃研究。通過氧指數(shù)(LOI)、垂直燃燒(UL-94)、熱重分析(TGA)等手段研究了埃洛石的加入量對阻燃體系阻燃性能和熱性能的影響[13]。然而，國內大部分產品都存在機械性能和加工性能較差等問題。近幾年來，國內雖在無鹵阻燃電纜料研究方面獲得了可喜的進展，但目前所使用的無鹵阻燃電纜料在一定程度上還是依賴進口，且產品價格很高，大約是國內價格的1.5-2.0倍，因而國內在無鹵阻燃電纜料的研究方面需加大開發(fā)力度。無煙無鹵電纜國內外競爭情況及產業(yè)化前景根據(jù)已公布的我國“十一五”煤礦工業(yè)發(fā)展規(guī)劃，整個“十一五”期間煤炭產量為26億噸，全國大中型煤礦建設規(guī)模達8.1億噸，“十一五”期間，重點建設10個千萬噸級現(xiàn)代化露天煤礦和10個千萬噸級安全高效礦井。與之配套的各類礦用電纜年需求量將有較大幅度的增長。隨著煤礦采掘對安全等級要求不斷提高，煤礦用電線電纜產品也面臨安全、升級、換代的需要。本項目所生產的礦用電纜產品具有較高的技術含量，是采煤安全與國家電網建設和改造所需的重要配套物資，符合煤礦“一通三防”的安全要求，具有良好市場前景。本文研究內容相較于含鹵素阻燃電纜料的應用中發(fā)現(xiàn)，在火災發(fā)生時雖然可以提高材料的燃燒點，但隨之產生的濃煙以及有毒氣體會加重火災災情，無鹵阻燃的研究更顯必要，無鹵阻燃電纜在火災發(fā)生時可有效的抑制火焰的蔓延，同時產生低濃度煙霧并無有害氣體產生大大彌補了含鹵阻燃電纜燃燒時的缺點，同時亦不影響其電學性能，但其中的缺點也不容忽視，過多添加阻燃劑會導致其力學性能下降。本文詳細系統(tǒng)的了解無鹵阻燃橡膠的優(yōu)點及其應用價值，詳細完整的概括敘述無鹵阻燃劑的原料、阻燃劑的配方、阻燃劑的性能。并且縱觀國內外最新研究成果，研究技術與進展，更深入的整理綜述無鹵阻燃橡膠的應用發(fā)展與前景。無煙無鹵電纜料配方研究引言隨著國民經濟的發(fā)展電線電纜用量日趨擴大，對電線電纜的阻燃，發(fā)煙等性能也提出了更高的要求。聚烯烴類高分子材料是一種易燃材料，用其制作的電線電纜，在高壓、熱源等條件下容易引起火災，而火焰會沿著線纜迅速蔓延到整個線路。鹵系阻燃劑以其添加量少、阻燃效果顯著而得到廣泛應用，在阻燃聚烯烴領域中曾占有重要地位。但此類含鹵阻燃材料在燃燒時發(fā)煙量大，會產生大量腐蝕性氣體和有毒氣體，給滅火、逃離和恢復工作帶來很大困難，并造成二次危害。因此，隨著人們環(huán)保意識提高、對阻燃技術認識的逐漸深入以及相關法律法規(guī)的出臺，阻燃劑無鹵化已成為阻燃技術發(fā)展的主要方向之一，無鹵阻燃橡膠電纜料也得到了廣泛應用[14]。因為各種無煙無鹵阻燃電纜使用條件不同，有的采用熱塑型無煙無鹵阻燃材料作為護套層，有的則采用熱固(交聯(lián))型無煙無鹵阻燃材料制成，雖然，熱塑型無煙無鹵阻燃材料在國內外市場上比較多，即使國產化的材料，在性能、工藝等方面正日趨穩(wěn)定，但是它有些性能與熱固型無燃無鹵阻燃材料相比，仍有一定差距，所以在應用方面具有一定的局限性[15]。目前主要使用的無鹵阻燃劑是氫氧化鋁（ATH）和氫氧化鎂（MH），但是單獨使用ATH、MH阻燃效率低，需要大量添加才能達到一定的阻燃效果，這樣將會嚴重影響阻燃材料的力學性能和加工流動性[16]。水滑石(layeredDoubleHydroxides，簡稱LDHs)是一類層狀陰離子型粘土；其典型的化學組成是[Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O]，最早于1842年，由瑞典的Circa發(fā)現(xiàn)，其結構類似水鎂石(brucite)Mg(OH)2型的正八面體結構[17,18]。它的正八面體結構中心為Mg2+，六個頂點為OH－，相鄰的MgO6八面體通過共棱形成相互平行的單元層，層板厚度約0.47nm，層與層間對頂?shù)丿B在一起，層間距約為0.784nm，層間通過氫鍵締合[19]。位于層上的Mg2+可在一定范圍內被半徑相似的Al3+同晶取代，使得Mg2+、Al3+、OH－層帶永久正電荷；層間具有可交換的陰離子CO32-，它所帶的負電荷與層上正電荷平衡，使得這一結構呈電中性[20-22]它的這種特殊的結構和化學組成使其阻燃效果好于ATH、MH，但是LDHs的價格遠遠高于氫氧化鋁，且阻燃時填充量大，鑒于單一無機阻燃劑的缺點，從經濟和阻燃角度出發(fā)，本文采用TCP與ATH、LDHs進行復配阻燃EVM，ATH、LDHs復配既減少對復合材料機械性能的影響，又達到協(xié)效阻燃的目的。EVM簡介EVM是乙烯和醋酸乙烯共聚物，化學名稱為乙烯醋酸乙烯橡膠[23]，其結構式如圖1所示。乙烯醋酸乙烯橡膠屬于特種橡膠，它在耐高溫(175℃)，耐油(相當于丙烯腈ACN含量26%~34%的丁腈橡膠)，耐天候老化(僅次于EPDM)以及阻燃方面均非常優(yōu)秀[24]。EVM

的化學組成與EVA

相同，都是乙烯與乙酸乙烯酯的共聚物，但由于合成方法不同，二者差異明顯。EVA

是乙酸乙烯酯含量低(質量分數(shù)低于0.

4)

、支化度低而結晶度高的共聚物，屬于塑料，廣泛用于熱熔膠和制鞋業(yè)。EVM

是乙酸乙烯酯含量高(質量分數(shù)為0.

4～0.

8)

、支化度高的無定形共聚物，屬于橡膠，通過合理配合可獲得性能優(yōu)良的硫化膠。EVM

的主鏈是飽和結構，化學穩(wěn)定性好，因此其具有優(yōu)異的耐熱、耐臭氧和耐候性能。乙酸乙烯酯側鏈的引入既賦予EVM一定的耐油性能，同時破壞了主鏈的規(guī)整性，因此其具有良好的低溫柔順性。主鏈中非極性亞甲基結構賦予EVM

良好的低溫耐屈撓和耐極性溶劑性能。近年來在電線、電纜[25]、膠輥、家用電器及汽車橡膠配件等產品上的應用非常廣泛，已經成為某些特殊橡膠產品所不可取代的重要原材料圖1EVM的化學結構式實驗部分主要原料與試劑EVM，朗盛集團；ATH，美國雅寶；硬脂酸，天津恒興化學制造有限公司；TCP，天津聯(lián)瑞化工有限公司；去離子水，自制；過氧化二異丙苯（DCP），分子量，270.38，中國上海試劑總廠；三烯丙基異三聚氰酸酯(TAIC)，杭州科利化工有限公司；LDHs，一次粒子粒徑20~60nm，大連富美達新材料科技有限公司；炭黑，寶化集團；白炭黑，蘇州藏書粉體有限公司；其他均為市售。主要儀器和設備雙輥筒開放式塑煉機，SK-160B，上海橡膠機械廠；平板硫化機，QLB-D，上海橡膠機械廠；沖片機，CP-25，廣州實驗儀器廠；鼓風干燥箱，101-1，上海市實驗儀器總廠；超聲震蕩儀，KQ-100B，昆山市超聲儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋，PKS-12，上海經濟區(qū)嘉興市中新醫(yī)療儀器有限公司；型增力動攪拌器，DJ1C，江蘇大地自動化儀器廠；AGS-J型液晶屏顯電子拉力試驗機，高鐵檢測儀器有限公司；；氧指數(shù)測定儀，HC-2CZ，南京市方山分析儀器設備廠；水平垂直燃燒試驗儀，AG5100，珠海安規(guī)測試有限公司。LDHs、ATH表面處理濕法改性：分別將的ATH和LDHs與3wt%硬脂酸和去離子水加到三口燒瓶中，將裝有反應物的三口燒瓶放入溫度為90℃電熱恒溫水浴鍋，開動攪拌器。當轉速達到700r/min時，開始計時，等反應到30min后取出樣品，抽濾，熱風干燥。EVM/TCP/LDHs/ATH復合材料的制備按照配方稱取原料，在室溫下先將EVM粒子在雙輥開煉機上融合成片，同時薄通3-5次，依次加入加工助劑、增塑劑、防老劑、補強劑、填充劑、待粉料吃完，開煉機輥距調整為0.5~1.0mm，橫包和三角包交替各打5個，然后薄通下片，未加硫化劑的試片冷卻至室溫，將試片從新放置到開煉機上混煉，邊混煉邊添加硫化劑，硫化劑吃完以后，調小輥距，橫包和三角包各打6個后下片。測試與表征氧指數(shù)測試：按照GB/T2406-1993標準測定阻燃復合材料的氧指數(shù)，試樣尺寸為：110×6.5×3mm。水平燃燒測試：按照GB/T2408-1996標準測定阻燃復合材料的水平燃燒等級，試樣尺寸為：125×13.0×3.0mm。力學性能測試：按照GB/T7594-1987、GB/T5013-2008、GB/T2951-2008標準測定阻燃復合材料的力學性能。結果與討論ATH對EVM燃燒性的影響將經濕法處理過的不同份數(shù)的ATH和100份EVM按照配方比例（EVM：100；DCP：3.0；TAIC：2.5；相容劑：1.6；凡士林：3.0；其他為變量）：在雙輥開煉機上常溫共混5~10min，然后在平板硫化機上于15MPa下壓制成3mm厚的薄板，再分別按照GB/T2406-1993和GB/T2408-2008標準制備成標準樣條用于氧指數(shù)和水平燃燒的測定。表1ATH/EVM體系的燃燒性Tab.1CombustioncharacteristicsofATH/EVMcompositesEVM/phrMTH/phr氧指數(shù)/%燃燒等級燃燒現(xiàn)象有、無(發(fā)煙)100017.4FH-4-75mm/min有1002019.1FH-3-32mm/min有1004020.5FH-3-28mm/min有1006022.4FH-3-20mm/min有1008025.3FH-2-45mm無10010026.5FH-2-32mm無10012028.1FH-1無10014030.3FH-1無由表1可知，隨著ATH含量的增加，復合阻燃材料的氧指數(shù)逐漸升高，燃燒等級也逐漸提高；但是單獨使用ATH時，阻燃效率并不是很高，當ATH的含量為20phr時，材料的氧指數(shù)僅為19.1，比純EVM只高了1.7；只有當ATH含量為140phr時，氧指數(shù)才達到30.3，燃燒等級提高到FH-1級；并且隨著ATH含量的增加，燃燒時產生的煙越來越少，當ATH含量為80phr以上時，材料燃燒時已經無煙生成，這說明ATH有一定抑煙及作用。LDHs對EVM燃燒性的影響LDHs單獨阻燃EVM，LDHs的添加量（配方其它組分不變，就是將ATH換成LDHs）分別為：20份、40份、60份、80份、100份、120份、140份、阻燃效果如表2所示。表2LDHs/EVM體系的燃燒性Tab.2CombustioncharacteristicsofLDHs/EVMcompositesEVM/phrLDHs/phr氧指數(shù)/%燃燒等級燃燒現(xiàn)象有、無(發(fā)煙)100017.4FH-4-75mm/min有1002020.1FH-3-28mm/min有1004021.5FH-3-24mm/min有1006023.5FH-3-16mm/min有1008026.9FH-2-40mm無10010028.8FH-2-30mm無10012031.4FH-1無10014034.6FH-1無 由表2可知隨著LDHs用量的增加氧指數(shù)隨著增加，相同質量分數(shù)的LDHs的氧指數(shù)大于ATH的氧指數(shù)，這也與我們以上的兩種物質的結構分析相吻合。（此處分析是說明水滑石的結構有別于氫氧化鋁，阻燃效果好于氫氧化鋁。）TCP對EVM燃燒性的影響添加的TCP（配方其它組份不變，阻燃劑更改為TCP）在燃燒時釋放出磷酸，磷酸脫水形成偏磷酸，偏磷酸聚合生成呈粘稠狀液態(tài)膜的聚偏磷酸覆蓋于固體可燃物表面。磷酸和聚偏磷酸都是強酸，它們還可使高聚物脫水碳化形成碳殼。表3TCP/EVM體系的燃燒性Tab.3CombustioncharacteristicsofTCP/EVMcompositesEVM/phrTCP/phr氧指數(shù)/%燃燒等級燃燒現(xiàn)象有、無(發(fā)煙)100017.4FH-4-75mm/min有1005.019.8FH-3-40mm/min有10010.021.9FH-3-34mm/min有10012.524.1FH-3-21mm/min有10015.026.3FH-2-35mm有10017.528.1FH-2-29mm有10020.030.1FH-1煙量較多，迅速自熄10022.531.1FH-1煙量較多，迅速自熄由表3可以看出TCP有較好的阻燃性能，添加量為17.5phr（每百克的份數(shù)）時候氧指數(shù)為28.1，當添加量為22.5phr時候氧指數(shù)達到31.1，但是燃燒時有少量的黑煙。由以上可以看出，單獨使用一種阻燃劑阻燃EVM都有各自的缺點，所以考慮將這幾種阻燃劑復配使用，相互彌補各自的不足，從而達到理想的阻燃效果。LDHS/ATH/TCP對EVM阻燃性能和力學性能的影響LDHS/ATH/TCP對EVM阻燃性能的影響為了研究TCP、LDHs和MTH協(xié)同對EVM燃燒性能的影響，我們設計了表4配方。由表4可知，隨著體系中TCP的含量的增加，復合材料的氧指數(shù)升高的很快，這是三者之間協(xié)效阻燃結果；當材料燃燒時，TCP釋放出的偏磷酸和聚偏磷酸促使LDHs和ATH更能徹底的脫掉層間水，LDHs、AL(OH)3分解產生的水蒸汽更容易吸收一定的熱量，同時稀釋了氧氣含量，降無了體系的溫度，分解生成的氧化物層也可均勻地覆蓋在材料的表面，從而將熱量與聚合物材料分隔開，起到協(xié)效阻燃作用。復合材料燃燒時產生煙的很少，這是由于LDHs和ATH有很好的協(xié)同抑煙作用，所以復合材料的發(fā)煙量很小，由表3可以看出TCP雖然有很好的阻燃效果，但是在燃燒時有煙，和LDHs和ATH復配以后煙量會減少，說明LDHs和ATH有抑煙作用，由表4可以看出當TCP的添加量為20phr，LDHs和ATH的添加量各為35phr時，復合材料的極限氧指數(shù)為35.2。表4TCP/LDHs/ATH/EVM體系的燃燒性Tab.4CombustioncharacteristicsofTCP/LDHs/ATH/EVMcompositesEVM/phrTCP/phrATH/phrLDHs/phr氧指數(shù)/%燃燒等級燃燒現(xiàn)象1005.047.547.528.8FH-2-25mm少量黑煙，迅速自熄10010.045.045.030.0FH-1少量黑煙，迅速自熄10012.542.542.532.5FH-1少量黑煙，迅速自熄10015.040.040.033.7FH-1少量黑煙，迅速自熄10017.537.537.534.8FH-1少量黑煙，迅速自熄10020.035.035.035.2FH-1少量黑煙，迅速自熄10022.532.532.536.0FH-1少量黑煙，迅速自熄LDHs/ATH/TCP對EVM力學性能的影響:我們按照表4中從上到下不同配方阻燃復合材料于常溫下在雙輥開煉機上共混，在平板硫化機上于13MPa下壓制成1mm厚的薄板，按照GB/T1040-92標準制備成標準啞鈴型樣條用于拉伸性能測定。實驗結果如表5所示。隨著TCP的量增加材料的拉伸強度有所降無斷裂伸長率都有所提高。斷裂伸長率的提高可能的原因是：（1）TCP使EVM具有良好的加工流動性，降無了高剛性EVM基體的內應力;（2）TCP與EVM的良好加工流動性在體系的擠出成型過程中促進了EVM分子鏈的取向作用。綜合考慮表4表5可以得出最佳的復配體系的配比為：TCP為20phr，LDHs和ATH各為35phr，此時的極限氧指數(shù)為35.2，水平燃燒等級為FH-1且燃燒時產生少量黑煙，無熔滴，迅速自熄，此時TCP/ATH/LDHs/EVM復合阻燃材料有較好的阻燃性能和力學性能，具有很高的實際應用價值。表5復合材料的力學性能Tab.4themechanicalpropertiesofthecomposites不同配比的TCP的復合材料51012.51517.52022.5拉伸強度/MPa13.512.912.51211.51110.6斷裂伸長%150175190210250280320本章小結（1）LDHs和ATH具有一定的阻燃、抑煙效果，但是單獨用于阻燃EVM時，阻燃效果不是很明顯。（2）TCP有很好的阻燃效果，對材料的機械性能影響很小，但是用量增大后燃燒時有黑煙產生。（3）LDHs和MTH和TCP復配，由于LDHs和ATH有很好的抑煙效果，復配體系的發(fā)煙量很少。（4）阻燃劑復配體系的最佳配比為：LDHs、ATH、TCP的含量分別為35phr、35phr和20phr，此時的復合材料有較好阻燃性能和力學性能，本配方已成功運用于我司的機車電纜外護套，其中工藝性能良好，擠出表面光滑，斷面無氣孔，物理機械性能滿足礦用電纜相關標準。無煙無鹵電纜設計及試制無煙無鹵橡套軟電纜的設計設計的電纜應滿足以下條件：（1）工作溫度：-15℃～75℃；（2）電纜的導電線芯的直流電阻符合MT818-2009中導體的規(guī)定；（3）單根垂直燃燒試驗符合MT386中條款4.2的要求：進行的單根電線電纜垂直燃燒試驗，若上支架下緣和炭化部分起始點之間的距離大于50mm，則判定該項試驗為合格。如果燃燒向下延伸至距離上支架的下緣大于540mm時，應判定為不合格。如果試驗不合格，應再進行兩次試驗，如果兩次試驗均合格，則應認為該電線電纜通過本試驗；（4）負載條件下燃燒試驗符合MT386中條款4.1的要求：進行的負載條件下的燃燒試驗，若3個試件的續(xù)燃時間均小于4min、炭化長度均小于150mm，則判定該項試驗合格；（5）成束燃燒試驗符合MT386中條款4.3的要求：無論是鋼梯前面還是后面，若測得的試樣最大炭化范圍均不高于噴燈底邊2.5m時，則判定該項試驗為合格。試樣未通過本試驗，有爭議時，應再進行兩次試驗，如果兩次試驗結果均符合要求，則應認為該點線電纜通過本次試驗；(6)優(yōu)良的絕緣電阻；（7）燃燒時HCL釋放量≤100mg/g；（8）煙密度（有焰）≤100dm；煙密度（無焰）≤250dm；（9）抗撕強度≥5N/mm高強度≥11N/mm（10）電纜的結構如圖1動力線芯導體動力線芯導體絕緣護套控制線芯地線芯填充屏蔽層圖1煤礦用無煙無鹵橡套軟電纜產品結構圖煤礦用無煙無鹵橡套軟電纜應用環(huán)境分析：煤礦電纜使用場合惡劣，如：長期在瓦斯氣體、高溫、高濕度、頻繁移動、場合下工作。使用期間，電纜必須承受拉力、壓力、砸壓、彎折、摩擦等強力沖擊。煤礦用無煙無鹵橡套軟電纜應用場合如圖3和圖4。圖3礦用新型無煙無鹵橡套軟電纜應用場合示意圖圖4礦用新型無煙無鹵橡套軟電纜應用場合示意圖煤礦用無煙無鹵橡套軟電纜技術標準引用情況：本產品參照MT818-2009《煤礦用阻燃電纜》制定的企業(yè)標準生產，同時還可根據(jù)用戶需要按國際電工委員會推薦標準IEC、英國標準、德國標準及美國標準生產。產品采用的關鍵技術及主要工藝路線電纜材料的選擇：（1）導體：為提高導體的柔軟性，導體均選用第5類退火裸銅導體或者第5類退火鍍錫導體；（2）絕緣材料：由于礦用電纜使用環(huán)境惡劣，要求礦用電纜應絕緣滿足如下要求：較高的物理機械性能，成品抗張強度達到6.5MPa.較高的耐候性，通過135攝氏度老化，127攝氏度空氣彈老化通過同時通過耐臭氧實驗。具備優(yōu)良的電氣絕緣性能和具備柔軟特性我們自產型號為XJ-30A乙丙橡膠絕緣材料，這些材料各項技術指標均能滿足Q/320584PDH068-2013標準中的要求。（3）護套材料：護套材料直接和礦井中的物質直接接觸，所以除了具備絕緣性能特性外還具有高阻燃、高抗撕和高強度。具備優(yōu)良的耐磨性能和很好的機械物理性能，抗張強度大于11MPa；抗撕強度要大于5.0MPa；沖擊電壓試驗：經受75kV正負各10次沖擊電壓試驗及后續(xù)3.5U0，15min工頻電壓試驗；局部放電試驗：1.73U0下進行局部放電試驗，放電量應不大于20PC；4小時.電壓試驗經受4U0，小時.工頻電壓試驗不擊穿；煙密度（有焰）≤100Dm、煙密度（無焰）≤250Dm；關鍵試驗的指標：拉伸強度、斷裂伸長率實驗：評定方法：GB7594-1987.7中要求；結果判定：通過電纜阻燃性能評定方法：GB/T18380.12；結果判定：通過電纜的抗撕性能：評定方法：中要求；結果判定：通過局放實驗：評定方法：GB/T3048.12；結果判定：通過。產品主要工藝流程圖加文字說明鍍錫銅鍍錫銅導體絞合、填充成纜電壓試驗長度計米噴碼印字成品檢驗出廠交付入庫包裝標識小料稱量橡膠擠橡連硫擠包絕緣擠橡連硫擠外護套絕緣混合料護套混合料橡料混煉控制線芯成纜動力線芯編織屏蔽無煙無鹵電纜試制煤礦用無煙無鹵橡套軟電纜作為煤礦的工業(yè)用品，遍布于煤礦的各個角落，是井下作業(yè)采區(qū)工作面的電纜。電纜具有柔軟、耐油、抗撕裂、無煙無鹵、阻燃及優(yōu)良的機械性能。礦用新型無煙無鹵橡套軟電纜在火災發(fā)生后，能使火焰不蔓延，燃燒時發(fā)煙量少，釋放出有毒氣體少，減少對人體及儀器設備的傷害，并且能在短時間內仍能維持工作，以保證控制、電力、監(jiān)視、導引及警報系統(tǒng)維持正常的功能，人員的疏散，使損傷減小到最無程度。煤礦用無煙無鹵橡套軟電纜技術水平先進，產品附加值和利稅率比普通橡套電纜產品要高。由于我國煤炭資源儲存條件復雜，煤礦地質災害頻發(fā)，在世界上是煤礦事故多發(fā)性國家，安全生產形勢仍然十分嚴峻。煤礦行業(yè)對動力傳輸安全性和可靠性意識的不斷加強，煤礦行業(yè)對動力傳輸安全性和可靠性意識的不斷加強，本產品的無煙無鹵特性將降無火災發(fā)生時對人身的二次傷害，本產品的銷量一定會越來越多，并逐步取代老的礦用橡套軟電纜的使用。隨著國家對煤炭生產安全政策不斷出臺，今后礦用新型無煙無鹵橡套軟電纜將作為煤炭開采行業(yè)中的一種安全保障。該產品的開發(fā)生產，將為我國煤炭安全生產提供優(yōu)質高性能的產品，并有利于我公司創(chuàng)造國內產品品牌，具有良好的市場前景。產品試制依據(jù)及計劃產品標準：Q/320584PDH068-2013《煤礦用無煙無鹵橡套軟電纜》；質量手冊：江蘇亨通電力電纜有限公司《質量手冊·設計與開發(fā)》文件號：Q/HL/CM001-2012；試制產品型號規(guī)格及長度：本產品自組織人員進行研制開發(fā)后，試制了MYWPTJ—8.7/10KV3×185+3×70/3+3×2.5，為了對該產品性能進行更好驗證，我們委托國家采煤機械質量監(jiān)督檢驗中心進行了全性能檢測。產品試制、檢驗計劃見表6表6產品試制和檢驗計劃1樣品制作工序試制工藝設備責任部門備注1..1拉絲、退火鍍錫見試制工藝文件中拉、小拉、退火鍍錫制造部、工藝部技術中心跟蹤1.2絞線見試制工藝文件束絲機、籠絞機制造部、工藝部導體繞包見試制工藝文件籠絞機制造部、工藝部1.3三層共擠絕緣見試制工藝文件特勒斯特擠橡設備制造部、工藝部1.4編織見試制工藝文件36錠編織機制造部、工藝部1.5成纜見試制工藝文件1250成纜機制造部、工藝部1.6內護套見試制工藝文件特勒斯特設備制造部、工藝部1.7監(jiān)視線芯繞包見試制工藝文件控纜車間加工制造部、工藝部1.8外護套見試制工藝文件特勒斯特設備制造部、工藝部2工序質量跟蹤質量部2.1成品檢測成品檢驗規(guī)范常規(guī)檢測即可質量部3委外檢測（國家采煤機械質量監(jiān)督檢驗中心）質量部檢測報告到位產品執(zhí)行標準Q/320584PDH068-2013《煤礦用無煙無鹵橡套軟電纜》試制情況電纜在制造過程中，各工序需要按照規(guī)定工藝和要求進行，以確保產品質量，其主要內容如下：（1）導體；采用五類鍍錫導體，按照正規(guī)絞合，保證電阻合格同時保證電纜的柔軟性；（2）絕緣線芯：絕緣線芯在進口TROESTER設備上內屏絕緣外屏三層共擠同時擠出，以保證電氣性能。（3）屏蔽層：動力線芯導體及絕緣屏蔽采用半導電橡皮擠包，半導電擠包屏蔽層的計算厚度為0.7mm，最薄點厚度為0.43mm；具體擠出和硫化工藝見表7和表8；（4）成纜：成纜最外層絞向為右向，地線芯置于纜芯中央。纜芯外應擠一層橡皮絕緣內護，此種材料選用XJ-10A橡膠做為內護保證絕緣電阻合格；（5）監(jiān)視層：監(jiān)視層采用半導電帶包層+監(jiān)視線（3根）+半導電帶包層結構形式，3根監(jiān)視線芯應間隔均勻并絞合；（6）無煙無鹵橡膠護套擠出：按照表9的硫化工藝擠出，材料厚度、最薄點等參數(shù)嚴格執(zhí)行工藝規(guī)定。表7185mm2三層共擠擠出工藝參數(shù)溫度參數(shù)±（5℃）60機150機90機機頭螺桿機身一機身二螺桿機身一機身二螺桿機身一機身二12347595100751001008010010011011011075表8185mm2三層共擠硫化工藝參數(shù)起車穩(wěn)定悶管時間min水位%線速度m/min蒸汽壓力±0.5bar線速度m/min蒸汽壓力±0.5bar0.773.5123033表9MYDPTJ-8.7/10Kv3×185+3×70/3+3×2.51無煙無鹵外護套擠出和硫化工藝參數(shù)溫度參數(shù)±（5℃）生產速度參數(shù)悶管時間水位%150主機起車穩(wěn)定螺桿機身一機身二機頭模套座線速度m/min蒸汽壓力±0.5bar線速度m/min蒸汽壓力±0.5bar45758580500.652.184033新產品的應用新材料的應用：絕緣、屏蔽和護套：由于無煙無鹵橡套軟電纜的使用環(huán)境，材料必須滿足以下要求；耐溫等級必須在-15℃～75℃之間，這樣能承受礦井溫差的變化。絕緣材料要具有很好的電氣性能、耐熱性能和物理機械性能，這樣才能保證礦用橡套電纜在惡劣的條件下承受各種外來因素的破壞任能正常工作。絕緣屏蔽和絕緣之間具有很好的剝離性能，保證工人安裝方便的同時保證絕緣線芯和接頭之間不會發(fā)生放電。具備良好耐濕熱性能；具備良好的阻燃性能；具備優(yōu)良的耐磨性能和很好的機械物理性能；除了上述各項優(yōu)異性能外，無煙無鹵護套料，要求電纜阻燃實驗時，材料必須滿足以下要求；HCL釋放量≤100mg/g；煙密度（有焰）≤100dm；煙密度（無焰）≤250dm；具備良好的阻燃性能；我們通過對國內幾家材料的試制、測試和對比，選擇了一種比較適合我們要求的材料，該護套材料各種技術指標均能滿足設計要求，具體材料性能見表5。新工藝的應用：無煙無鹵材料采用氯丁橡膠作為基體材料，氯丁橡膠由于含有雙鍵，使其容易先期焦燒，因此在擠出時，特別要對溫度進行控制，同時為了達到無煙無鹵效果，橡膠中添加了大量的無機阻燃劑，流動性變差，因此，模芯和模套工藝配模嚴格，一般情況下模套內徑＝電纜外徑+0.3~0.5；模芯內徑=纜芯外徑+0.1~0.3mm；為提高模具表面光潔度，模芯外壁和模套內壁均采用鍍鉻工藝，提高材料在模具中的流動性；模套承徑選取為6mm，在保證材料擠出密實的前提下，又能兼顧到減少材料在模具中的壓力，保證電纜表面光滑圓整及密實。具體材料性能見表10。表10無煙無鹵護套物理機械性能項目名稱單位橡皮護套DD-H-90密度≤g/cm31.6拉伸強度≥Mpa12.0斷裂伸長率≥%180熱老化后試驗溫度℃100偏差℃±2試驗時間h7*24拉伸強度≥Mpa抗張強度變化率≥%-15斷裂伸長率≥%260斷裂伸長率變化率≥%-25浸油試驗試驗溫度℃100偏差℃±2試驗時間h24拉伸強度≥Mpa抗張強度變化率≤%±40斷裂伸長率≥%斷裂伸長率變化率≤%±40熱延伸試驗試驗溫度℃200偏差℃±3載荷時間min15機械應力N/mm220載荷下最大伸長率%175冷卻后最大永久伸長率%25撕裂強度≥N/mm5.0硬度（邵氏A）50～80門尼粘度≤75正硫化點℃，min185℃，2～5min氧指數(shù)≥%35煙密度（有焰）Dm≤100煙密度（無焰）Dm≤250產品的質量控制為確保成品電纜的各項指標合格，我們對產品質量的控制從以下幾個方面開展：原材料按IS09001規(guī)定程序評估采購，進廠嚴格按標準檢驗，合格后投入使用。生產時嚴格執(zhí)行工藝文件。工序質量嚴格執(zhí)行“三檢”制，及質量手冊中《過程控制程序》，嚴禁不合格品流入下道工序。成品檢驗嚴格按產品標準測試通過后，方為合格。試制關鍵技術及出現(xiàn)的主要問題產品在試制過程中，我們進行了全程跟蹤，解決了兩大關鍵工藝技術問題：（1）屏蔽層擠出工序，導體屏蔽為包在電纜導體表面外的半導電材料，用于大于3kv的高壓電纜防止電暈產生。在每一相多股絞線外包上導線屏蔽后，增大導線的曲率半徑，均勻了電場，防止電暈的產生，故導線屏蔽又稱均壓帶。為了確保屏蔽層的厚度及同心度我們選擇擠出在德國進口的設備上擠出，選用SIKORA測試，能夠精確測量壁厚和偏心度，使得我們擠出是厚度均一，偏心率很小。（2）無煙無鹵護套材料的擠出：為了達到無煙無鹵效果，膠料配方中加入了大量的無機阻燃劑，導致擠出時困難，通過大量實驗摸索擠出數(shù)據(jù)最終確定擠出和硫化工藝。擠出和硫化工藝見表11表11MYWPTJ-8.7/10Kv3×185+3×70/3+3×2.51無煙無鹵外護套擠出和硫化工藝參數(shù)溫度參數(shù)±（5℃）生產速度參數(shù)悶管時間水位%150主機起車穩(wěn)定螺桿機身一機身二機頭模套座線速度m/min蒸汽壓力±0.5bar線速度m/min蒸汽壓力±0.5bar45758580500.652.184033成品性能試驗結果該產品試制后，產品全部性能經國家采煤機械質量監(jiān)督檢驗中心檢測，所有性能均達到規(guī)定的要求。本章小結本章主要根據(jù)研究的配方對礦用低煙無鹵橡膠電纜進行設計。并敘述了礦用低煙無鹵橡膠電纜的材料的選擇、技術特性、實驗指標及工藝流程。根據(jù)設計的方案對電纜進行試制。結論開發(fā)高效、低毒、綠色環(huán)保型阻燃劑將是低煙無鹵電線電纜料發(fā)展的主流，國內外在實際應用中也取得了一系列的成果，但是阻燃劑的應用還存在明顯的不足，應該從機理和應用兩方面深入研究使其不斷完善和發(fā)展。無鹵阻燃劑組成及結構特點決定了它極性強，親于水，而高分子材料基體是親油性，不易與極性較弱的材料相容。通過本文的研究，實現(xiàn)無煙無鹵阻燃電纜料一般有以下幾個方向:1、改變基體樹脂，不再采用PVC作基體樹脂。2、使用新型低煙無鹵阻燃劑3、