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河南机电高等专科学校毕业论文低烟无卤阻燃环保电缆研究及产品设计摘要:本文对近年来广泛应用的无卤低烟阻燃环保电缆特征极其标准制定和生产质量问题进行了详细讨论.无卤阻燃低烟环保电缆的应力开裂影响因素主要与材料选用,工艺挤出,也与使用环境和和存储条件有关.关键词:无卤低烟阻燃环保电缆;电缆材料;挤出工艺;应力开裂;影响因素ExploringLSZHEM-cableanditsstresscrackingmechanismAbstract:ThewidelyusedLSZHEM-cableandtheaffectingfactorsforitsstresscrackingindetail.Themainfactorforcablecrackingarerelatedtoselectionofcablecompoundandextrusionprocess.Thecablecrackingmaybealsocausedbyinappropriateandstrorageofmaterials.Keywords:LSZHEM-cable;sclectionofcablecompound;extrusionprocess;production;stresscracking;affectingfactor河南机电高等专科学校毕业设计2目录前言…………………………………………………………………………3第一章聚烯烃无卤阻燃技术的研究……………………………………5第一节无卤阻燃剂及作用原理…………………………………………………5第二节金属氢氧化物（水合金属氧化物）阻燃剂………………5第三节磷系阻燃剂…………………………………………………6第四节阻燃剂的协同作用…………………………………………6第五节辐照交联工艺在低烟无卤电线电缆中应用………………7第六节最新纳米技术………………………………………………7第二章低烟无卤阻燃线缆料的市场的技术现状与发展趋势…………9第一节关于有卤无卤的火灾安全的两种概念……………………9第二节线缆产业的进展……………………………………………9第三章环保型电力电缆标准的制定………………………………14第四章关于EM-ZA-YJLY23型电力电缆的设计任务…………………19第一节确定电缆各部分的尺寸……………………………………19第二节电缆电气参数的计算………………………………………21第三节电缆允许连续载流量的计算………………………………24第四节无卤低烟阻燃电缆挤出工艺与质量问题处理……………30第五节有关低烟无卤电缆料挤出及试验有关问题解决方法……31第六节关于交联聚乙烯绝缘交联方式的讨论……………………33结束语：……………………………………………………………………32参考文献：…………………………………………………………………33河南机电高等专科学校毕业设计3前言火灾给人类带来的灾害是惨重的，损失是巨大的，并随着经济发展和城市建设的发展，火灾损失呈上升趋势，因此国内外均对火灾的预防极为重视。电线电缆是传播火灾的重要途径之一，据不完全统计，2002年我国发生的火灾中因电线电缆引起的占35%，在火灾中死亡的人员中有三分之一的是因为吸入电线电缆燃烧时释放的有毒气体而窒息死亡，目前火灾事故中，电线电缆引起的火灾不容忽视，怎样阻止电线电缆的燃烧，即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。因此阻燃电缆是电缆行业极为关注的领域，我国在二十世纪八十年代和九十年代开发并生产了多种阻燃电缆。随着用户对阻燃电缆深入了解，以及电缆燃烧时由于有毒有害气体大量产生造成人员死亡，设备受损及烟雾严重使人员不能及时撤离的危害，提出了电缆不仅具有良好的阻燃性能，而且一旦燃烧后产生的气体中无卤酸（有害气体）并且发烟量低，为此发展了无卤低烟阻燃电缆。这些无卤低烟阻燃包括电力电缆、控制电缆、光缆、建筑用线及数据电缆，用于地下铁道、电站、化工厂、船舰、高层建筑、信息产业等重点工程和人员和设备密集场所，随着经济高速发展，高新技术不断更新，产品向高层次发展，无卤低烟阻燃电缆品种和数量大幅增加大势所趋。常规的电线电缆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二恶英、铅、卤等公害。近年来，欧洲、美国及日本对与电线有关的公害十分重视，其政府不仅对电缆制造过程的排放物进行严格的限制，而且对报废电缆的处理实施了全面的监控，迫使电缆厂商用符合环保要求的材料取代传统材料，制造环保型电缆或所谓清洁电缆。环保型电缆的特征是：a.不含有卤素，不产生有害气体及腐蚀性气体；在环保电缆组成材料中，除了不使用卤族元素之外，磷类阻燃剂也应在排除之列。PVC由于含有大量的卤素，其应用已受到了限制。对PVC的应用持最强烈反对态度的是瑞士、德国、瑞典、美国、日本以及其他一些国家，这些国家的立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，据预测，美国将在2005年完全禁止使用PVC。b．燃烧时发烟量少；火灾时，为确保不熟悉现场的人员有逃生机会，可视距离不得低于15m。一般电缆燃烧发烟时的可视距离仅为5~8m，而某些环保型电缆的该项数据竟达到97m。c．具有与目前聚烯烃电缆相同的阻燃性能；选用绝缘和护套材料时，不应片面的苛求材料的氧指数，而应综合考虑以下因素，即电缆的机械和电气性能，电缆是否能通过相应的阻燃试验等。另外在挤出护套前，如先挤出阻燃填充料，可大大提高电缆的阻燃性能。d．不含有铅等重金属，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。当河南机电高等专科学校毕业设计4电线被破碎、掩埋，铅化合物也会从氯化物中拆出，污染土壤和水质，危害人体。有关国际条约及标准对铅、镉等重金属进行了严格的限制，如巴赛尔条约（对有害废弃物过境规定）、EACEM（欧州电子消耗品制造商协会）文件、欧洲标准EN71等。环境激素是指外因性干扰内分泌的化学物质，日本环境厅定义：被吸收到动物体内时，对本来就在体内运行的正常激素作用施加影响的外因物质。e．可以重复利用或废弃处理时不对环境产生危害；目前回收的电缆包覆物，基本上都是作为工业废弃物掩埋或焚烧，或将PVC与PE混在一起，粉碎压缩后制成枕木等建材。环保型电缆由于多数采用可重复加工利用的热塑性塑料，即使不能进行热塑性回收利用的热固性塑料（如交联聚乙烯等），由于其在废弃处理（如焚烧等）时不会产生有毒有害物质，故不会对环境造成危害。目前国外已在进行交联聚乙烯等的重复利用研究和试验。河南机电高等专科学校毕业设计5第一章聚烯烃无卤阻燃技术的研究聚烯烃类高分子材料是一种易燃材料，用其制作的电线电缆，在高压下、热源等条件下容易引起火灾，而火焰会沿着电线电缆迅速蔓延到整个电缆线路。含卤聚合物或与含卤阻燃剂组合而成的阻燃混合物具有优良的阻燃性能，曾作为阻燃材料被广泛应用。但是火灾发生时，这类含卤阻燃材料会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性卤酸气体，造成二次危害。为此，开发新的阻燃体系，研究燃烧时发烟量小，不产生有毒、腐蚀性气体的无卤阻燃聚烯烃是很有必要的。这类材料中的无卤阻燃添加剂主要以金属氢氧化物和磷系化合物为主。这两类化合物，燃烧时不挥发，不产生腐蚀性气体，被称为无公害阻燃剂，在国外已经得到深入的研究和广泛应用，无卤阻燃聚烯烃的研究也取得一定的进展，但还存在一些问题。深入了解各类无卤阻燃剂的性能和阻燃剂的性能和阻燃机理，掌握阻燃材料成型工艺对解决问题很有帮助。第一节无卤阻燃剂及其作用原理高分子材料的燃烧是一个包括热、氧、可燃材料三个要素的复杂过程。从原理上讲，只要减缓或阻止其中一个或几个要素，就可达到阻燃的目的。无卤添加阻燃剂不但可以起到稀释可燃材料浓度的作用，更重要的是，可以通过自身吸热脱水或促使材料脱水，吸收燃烧产生的热量，降低燃烧材料表面温度，达到阻止材料继续燃烧的目的。有些阻燃剂在自身脱水后形成一种不燃的隔氧层或使可燃材料表面炭化，隔离与空气的接触，从而起到阻燃的目的。第二节金属氢氧化物（水合金属氧化物）阻燃剂金属氢氧化物主要是指氢氧化铝和氢氧化镁。氢氧化铝即三水合氧化铝，（简称ATH），是主要的无机金属氢氧化物阻燃剂，占无机阻燃剂用量的80%以上，ATH受热后，三个结晶水会在三个不同的温度下释放。ATH的阻燃机理可以归纳为：其一：填充ATH，可以使可燃性高聚物的浓度下降；其二：ATH吸热后脱水，水汽化为水蒸气吸收聚合物燃烧所放出的热量，抑制聚合物的温度升高，稀释可燃性气体和氧的浓度，阻止燃烧反应继续进行；其三：ATH脱水后可在可燃物表面生成AL2O3隔热层，阻止聚合物与氧接触，起到阻燃作用。，ATH的阻燃效果与其添加量有很大的关系，一般需要50%以上才能有明显的效果。如此大的添加量会使塑料的粘度增大，韧性降低，断裂升长率下降。为了解决这个问题，一般采用硅烷偶联剂处理ATH，可取得较好的效果。ATH的粒度对聚合物阻燃性能以及力学性能有很大的影响，研究表明，等量的阻燃剂，粒度越小，比表面积越大，阻燃效果越好，超细粒度的ATH，可增强界面的相互作用，有效的改善共聚物的力学性能。高纯化的ATH会使材料的电气性能得以提高。高纯化是指氢氧化铝的含量大于99.9%，氧化钠的含量低于0.2%的质量分数。河南机电高等专科学校毕业设计6金属氢氧化镁也是一种有效的添加型无卤阻燃剂，其原理和氢氧化铝相似。据研究表明，采用氢氧化镁阻燃聚烯烃氧指数可达到41。以氢氧化镁为无卤阻燃剂的研究很多，均取得较好的效果，氢氧化镁阻燃剂和氢氧化铝类似，也是高添加型阻燃剂，为此，对氢氧化镁进行了各种表面处理是必要的。第三节磷系阻燃剂磷系阻燃剂分为无机和有机磷阻燃剂。无机磷阻燃剂主要以红磷、磷酸盐及磷—氮基化合物为主；有机磷系阻燃剂主要以磷酸酯、亚磷酸酯为主。此外，还有多种磷取代基的化合物、多聚物、齐聚物以及多种磷—氮化合物，故磷系阻燃剂种类非常多。磷系阻燃剂是弱的火焰抑制剂，对聚合阻燃作用主要以凝聚相方面的阻燃为主。磷系阻燃剂在凝聚相方面的阻燃作用在于磷系化合物受热后首先分解为磷酸，磷酸是一种很好的脱水催化剂，从而促使聚合物脱水炭化。在受强热时，磷酸聚合为聚磷酸，它是一种更强的脱水催化剂。磷酸脱水后生成的焦碳层呈石墨状，能隔阻内部聚合物与氧接触，焦碳层导热性能差，使聚合物与热源隔绝，减缓了热分解，从而起到阻燃作用。膨胀型多聚磷酸铵是近年研究较多的一种阻燃剂。其阻燃机理是：燃烧时，膨胀型阻燃剂和各组分之间发生一系列化学反应，并在聚合物表面形成泡沫碳层，此层不但能隔热、隔氧及防熔滴，而且还可以改善磷系阻燃剂发烟量大的缺点。日本将这种膨胀型阻燃剂用在聚合烯烃类化合物中取得良好效果，并有多项专利相继问世。其中，Kanaoka，Kunio等的专利表明，采用聚磷酸铵阻燃剂对乙烯—丙烯共聚物进行阻燃，可使氧指数达到31.1，我国中山大学的研究人员以多聚磷酸铵为阻燃剂，在发兆剂三聚氰胺和成炭剂季戊四醇的协同下，对电线电缆聚丙烯的阻燃性进行了研究，表明它是聚丙烯类电缆阻燃很好的无卤低烟阻燃剂。北京理工大学的欧育湘新近采用了一种在红磷协效剂协同作用下的无卤膨胀型石墨阻燃剂，对聚丙烯的阻燃有很好的效果。张志龙等人在膨胀型阻燃剂中加入了成炭促进剂后发现它对聚乙烯也有很好的阻燃作用。聚磷酸铵阻燃剂也存在一些问题，如与高分子材料结合较差，在制品中容易渗出而降低阻燃性，而且聚磷酸铵在250oC受热分解，难以满足聚合物在较高温度下加工的工艺要求。第四节阻燃剂的协同作用单独使用一种阻燃剂一般很难满足无卤阻燃电缆料的使用要求，因此，常常选用两种或两种以上的阻燃剂配合使用。例如：在ATH中加入适量的硼化物起协同阻燃作用。采用硼酸锌与ATH复配阻燃剂对乙烯—醋酸乙烯共聚物进行阻燃，在500oC以上能形成类似陶瓷的残渣，而仅使用ATH时燃烧物为脆性的易落的灰烬，不能很好的阻止燃烧。Guimond,ChristopherN采用60%的氢氧化镁阻燃剂，对PE/EMA二元体系的阻燃研究表明，垂直燃烧性能优良，但是断裂伸长率低。当采用氢氧化镁、硼酸