阻燃光缆的设计与生产
摘要：本文对“无卤、低烟、低毒、阻燃光缆”的开发作一介绍，其目的是促进通信行业无卤低烟低毒阻燃光缆进一步的开发和应用。
关键词：无卤；低烟；低毒；低腐蚀；高阻燃；开发研究；设计与生产
1 前言
随着人类社会的发展和科学技术的进步，使人类从自然界中获得了巨大的利益和自由，同时各种事故和灾害也频频发生。而在众多灾害中，光缆、线缆等常常扮演火源和导火线的角色，使火灾迅速扩大蔓延，而产生大量烟雾和毒气，并损坏了贵重的电子仪器和设备，严重影响消防救援和现场人员的撤离，从而扩大了灾害。为此，无卤、低烟、低毒阻燃光缆需求旺盛，并广泛地应用于国民经济的各个部门，本文介绍了无卤低烟低毒阻燃光缆的开发研究、设计与生产。
无卤低烟低毒阻燃光缆开发，关键技术是阻燃料的选材，所谓阻燃料是指能延缓着火、降低火焰传播速度，且在离开外部火焰后，其自身燃烧火焰能迅速自行熄灭的护套料。作为光缆的基料，都是含有碳和氢的高分子有机化合物，因而，光缆不论是由于过载和短路造成绝缘过热起火，还是外部火灾引燃光缆护套材料起火，实际都是聚合物在燃烧，所以选择合适的阻燃护套料以抑制光缆燃烧机理致关重要。
如何评价聚合物可燃性，氧指数(Oxygen Index)是阻燃料的一个重要参数。氧指数是指在规定条件下，试样在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需的最低的氧气浓度。以氧所占的体积百分数(%)表示。它是评价聚合物材料相对燃烧性的一种表示方法，以此判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度。要想达到技术关键指标，必须进行材料的合理选择：
我公司一般使用megolon S550及Polyone ECCOH5575，下表是两种材料的部分指标：
无卤阻燃料挤出中的关键工艺因素之一是挤出模具的设计。挤出模具分三种形式：挤压式、挤管式和半挤压式 (如下图所示)。挤压式模具是模芯没有管状承径部分，模芯缩在模套承径后面。料流是靠压力通过模套实现最后定型的，挤出的塑胶层结构紧密、外表平整。由于在模口处产生较大的反作用力，因此，出胶量要较挤管式低得多，且偏心调节困难，绝缘厚薄不易控制。挤管式模具模芯有管状承径部分，模芯口端面伸出模套口或持平。故有挤出速度快、生产操作简单、偏心易调节、护套厚薄容易控制等优点，但该模具类型的缺点是塑胶层致密性较差、外表不如挤压式模具圆整。半挤压式模具模芯有管状承径部分但比较短。模芯承径的端面缩进模套口端面，这是挤压式与挤管式的过渡形式，通常在大规格挤包及护层要求紧密时采用，但有时会出现倒料现象(故在采用此种类型模具生产时需清理干净模具否则易出现挤塑表面不良现象)。考虑到挤压模的压力不宜太大，挤出压力太大时，挤出压力可能产生波动而造成成型护套外径的竹节形波动，因此宜采用半挤压式方式以减小挤出压力，并且采用半挤压式比挤管式可得到较小的挤出过程中的回缩，护套中的应力较快得到松驰以减小回缩。本公司常规层绞式无卤阻燃光缆一般采用半挤压式挤出模成形，而平行钢丝加强的中心束管式无卤阻燃光缆则采用挤压式挤出模具成形。
根据塑料的拉伸比DDR(拉伸比越大，则收缩率越大，一般为1.5左右为最佳)按下式计算模具套内径尺寸，模芯内孔选用比缆芯略大0.5~0.7㎜左右。
DD={(DO2-Di2) DDR+DT2}1/2
式中，DD为模套内径；
DT为模芯外径；
D0为光缆护套外径；
Di为光缆护套内径
拉伸平衡度：
DDR=(DD：D0)/( DT：Di)
其范围定在0.95~1.05之间。
3 主要产品
钢带纵包层绞式阻燃光缆(GYTZS)
- 合理设计并精确控制松套管中光纤余长和松套管的绞合节距，确保光缆中光纤余长最佳，使光缆具有优良的机械抗拉应变特性和温度特性。
- 松套管材料温度特性好，杨氏模量较高，管内充满检测不到析氢量的防潮光纤用油膏，确保光纤长波长两窗口传输特性长期稳定。
- 采用以下措施确保光缆防潮、防腐和阻燃：
中心加强构件采用高杨氏模量的磷化圆钢丝。
松套管中和缆芯所有缝隙全填充防潮阻水油膏和化合物，确保纵向不渗水。
复合铝带双面涂塑，并与阻燃护套紧密粘结，确保了光缆的径向防潮和阻燃。
光纤带中心管式阻燃光缆(GYDXTZW)
- 合理选择成叠光纤带螺旋绞入松套管中的节距，精确控制松套管中成叠光纤带的余长，使光缆具有优良的机械抗拉应变特性和温度特性。
- 松套管材料温度特性好，杨氏模量较高，管内充满检测不到析氢量的防潮光纤油膏，确保光纤长波长两窗口传输特性长期稳定。
- 216芯以内，光缆横截面相对较小，适宜于管道施工。
- 松套管位于光缆物理中心，有利于光缆弯曲。
- 松套管中充有防潮油膏，松套管外纵包阻水带和双面覆膜皱纹钢带，并与阻燃护套紧密粘结，既确保了纵向不渗水，又确保了径向防潮和阻燃。
- 两根平行圆钢丝既起到抗张力作用，又起到抗侧压作用。
5 结束语
无卤低烟阻燃光缆被誉为清洁光缆，有以下优点
1．阻滞火焰延燃的高阻燃性能在燃烧的情况下，其充分的优化设计可以阻止 电缆的燃烧趋势。
2．低发烟量燃烧时，传统PVC护套光缆或其它阻燃光缆，发出大量的浓烟，阻碍火灾救援和人员疏散。使用特殊聚烯烃聚合物的阻燃型清洁光缆，可以将燃烧时的发烟量减少到最低程度，避免了二次灾害的产生。
3． 蚀性卤素气体等有毒气体逸出燃烧时，传统的PVC护套阻燃电缆发烟的同时伴随着大量有毒的卤化氢气体的产生。阻燃型清洁光缆不产生任何有毒气体，因为该光缆无卤素成分。
4．无腐蚀性气体产生，金属未被腐蚀燃烧时，传统的PVC护套光缆产生大量的卤化氢等腐蚀性气体，将腐蚀电子设备如：计算机等。
我厂开发的无卤低烟阻燃光缆的各项性能优异，各项指标均超过了标准要求，得到检测部门的广泛赞誉
关键词：无卤；低烟；低毒；低腐蚀；高阻燃；开发研究；设计与生产
1 前言
随着人类社会的发展和科学技术的进步，使人类从自然界中获得了巨大的利益和自由，同时各种事故和灾害也频频发生。而在众多灾害中，光缆、线缆等常常扮演火源和导火线的角色，使火灾迅速扩大蔓延，而产生大量烟雾和毒气，并损坏了贵重的电子仪器和设备，严重影响消防救援和现场人员的撤离，从而扩大了灾害。为此，无卤、低烟、低毒阻燃光缆需求旺盛，并广泛地应用于国民经济的各个部门，本文介绍了无卤低烟低毒阻燃光缆的开发研究、设计与生产。
GYSTZS无卤阻燃光缆及防蚁光缆
无卤低烟低毒阻燃光缆开发，关键技术是阻燃料的选材，所谓阻燃料是指能延缓着火、降低火焰传播速度，且在离开外部火焰后，其自身燃烧火焰能迅速自行熄灭的护套料。作为光缆的基料，都是含有碳和氢的高分子有机化合物，因而，光缆不论是由于过载和短路造成绝缘过热起火，还是外部火灾引燃光缆护套材料起火，实际都是聚合物在燃烧，所以选择合适的阻燃护套料以抑制光缆燃烧机理致关重要。
如何评价聚合物可燃性，氧指数(Oxygen Index)是阻燃料的一个重要参数。氧指数是指在规定条件下，试样在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需的最低的氧气浓度。以氧所占的体积百分数(%)表示。它是评价聚合物材料相对燃烧性的一种表示方法，以此判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度。要想达到技术关键指标，必须进行材料的合理选择：
我公司一般使用megolon S550及Polyone ECCOH5575，下表是两种材料的部分指标：
megolon S550
Polyone ECCOH5575
无卤阻燃料挤出中的关键工艺因素之一是挤出模具的设计。挤出模具分三种形式：挤压式、挤管式和半挤压式 (如下图所示)。挤压式模具是模芯没有管状承径部分，模芯缩在模套承径后面。料流是靠压力通过模套实现最后定型的，挤出的塑胶层结构紧密、外表平整。由于在模口处产生较大的反作用力，因此，出胶量要较挤管式低得多，且偏心调节困难，绝缘厚薄不易控制。挤管式模具模芯有管状承径部分，模芯口端面伸出模套口或持平。故有挤出速度快、生产操作简单、偏心易调节、护套厚薄容易控制等优点，但该模具类型的缺点是塑胶层致密性较差、外表不如挤压式模具圆整。半挤压式模具模芯有管状承径部分但比较短。模芯承径的端面缩进模套口端面，这是挤压式与挤管式的过渡形式，通常在大规格挤包及护层要求紧密时采用，但有时会出现倒料现象(故在采用此种类型模具生产时需清理干净模具否则易出现挤塑表面不良现象)。考虑到挤压模的压力不宜太大，挤出压力太大时，挤出压力可能产生波动而造成成型护套外径的竹节形波动，因此宜采用半挤压式方式以减小挤出压力，并且采用半挤压式比挤管式可得到较小的挤出过程中的回缩，护套中的应力较快得到松驰以减小回缩。本公司常规层绞式无卤阻燃光缆一般采用半挤压式挤出模成形，而平行钢丝加强的中心束管式无卤阻燃光缆则采用挤压式挤出模具成形。
根据塑料的拉伸比DDR(拉伸比越大，则收缩率越大，一般为1.5左右为最佳)按下式计算模具套内径尺寸，模芯内孔选用比缆芯略大0.5~0.7㎜左右。
DD={(DO2-Di2) DDR+DT2}1/2
式中，DD为模套内径；
DT为模芯外径；
D0为光缆护套外径；
Di为光缆护套内径
拉伸平衡度：
DDR=(DD：D0)/( DT：Di)
其范围定在0.95~1.05之间。
3 主要产品
钢带纵包层绞式阻燃光缆(GYTZS)
- 合理设计并精确控制松套管中光纤余长和松套管的绞合节距，确保光缆中光纤余长最佳，使光缆具有优良的机械抗拉应变特性和温度特性。
- 松套管材料温度特性好，杨氏模量较高，管内充满检测不到析氢量的防潮光纤用油膏，确保光纤长波长两窗口传输特性长期稳定。
- 采用以下措施确保光缆防潮、防腐和阻燃：
中心加强构件采用高杨氏模量的磷化圆钢丝。
松套管中和缆芯所有缝隙全填充防潮阻水油膏和化合物，确保纵向不渗水。
复合铝带双面涂塑，并与阻燃护套紧密粘结，确保了光缆的径向防潮和阻燃。
光纤带中心管式阻燃光缆(GYDXTZW)
- 合理选择成叠光纤带螺旋绞入松套管中的节距，精确控制松套管中成叠光纤带的余长，使光缆具有优良的机械抗拉应变特性和温度特性。
- 松套管材料温度特性好，杨氏模量较高，管内充满检测不到析氢量的防潮光纤油膏，确保光纤长波长两窗口传输特性长期稳定。
- 216芯以内，光缆横截面相对较小，适宜于管道施工。
- 松套管位于光缆物理中心，有利于光缆弯曲。
- 松套管中充有防潮油膏，松套管外纵包阻水带和双面覆膜皱纹钢带，并与阻燃护套紧密粘结，既确保了纵向不渗水，又确保了径向防潮和阻燃。
- 两根平行圆钢丝既起到抗张力作用，又起到抗侧压作用。
5 结束语
无卤低烟阻燃光缆被誉为清洁光缆，有以下优点
1．阻滞火焰延燃的高阻燃性能在燃烧的情况下，其充分的优化设计可以阻止 电缆的燃烧趋势。
2．低发烟量燃烧时，传统PVC护套光缆或其它阻燃光缆，发出大量的浓烟，阻碍火灾救援和人员疏散。使用特殊聚烯烃聚合物的阻燃型清洁光缆，可以将燃烧时的发烟量减少到最低程度，避免了二次灾害的产生。
3． 蚀性卤素气体等有毒气体逸出燃烧时，传统的PVC护套阻燃电缆发烟的同时伴随着大量有毒的卤化氢气体的产生。阻燃型清洁光缆不产生任何有毒气体，因为该光缆无卤素成分。
4．无腐蚀性气体产生，金属未被腐蚀燃烧时，传统的PVC护套光缆产生大量的卤化氢等腐蚀性气体，将腐蚀电子设备如：计算机等。
我厂开发的无卤低烟阻燃光缆的各项性能优异，各项指标均超过了标准要求，得到检测部门的广泛赞誉
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