本文摘要：高阻燃工程防火专用带的研制开发及应用（焦作铁路电缆有限责任公司 王革 陈育红 崔芳 范雪玲）摘 要：现代社会对在相对封闭及人员密集...

高阻燃工程防火专用带的研制开发及应用
 
（焦作铁路电缆有限责任公司 王革  陈育红  崔芳  范雪玲）
 
摘 要：现代社会对在相对封闭及人员密集场所敷设的电线电缆提出了阻燃防火性能要求，对于部分已敷设的非阻燃电线电缆必须采取有效的整改措施才能达到设计标准要求。本文主要介绍了用于增加非阻燃电线电缆阻燃防护层的高阻燃工程防火专用带的研制开发及其应用技术，方便实用，阻燃防火性能优异。
关键词：高阻燃  工程防火 研发 应用
 

• 前言

从70年代开始，因电缆火灾连年不断，时有发生，电线电缆的阻燃问题已引起了各国普遍关注。特别是近十年，自动化及信息化网络的迅猛发展，使得电线电缆在整个社会消费中的比例不断上升，人类就生活在这样一个如同被电线电缆所包围的网络中。在电线电缆敷设的场所，一旦发生火灾，无情的烈火及产生的毒烟将吞噬其中的生灵。为了减少火灾带来的经济损失和人员伤亡，越来越多的法律法规和设计规范都增加了对电线电缆阻燃防火性能的技术要求。 
根据铁建设[2010]257号文件《关于对铁路桥涵设计规范等11项规范局部修订条文的通知》对TB-10063-2007《铁路工程设计防火规范》的修订要求：9.2.3条规定  站房及其他人员密集的建筑、地下室、通信、信息房间、信号机械室、电力变、配电所，长及特长隧道等场所内的电线、电缆、光缆及其防护材料均应采用阻燃型。但是，目前部分线路在上述要求的场所内敷设的线缆均为非阻燃型信号电缆，为了符合设计规范要求，满足工程验收及运营的安全稳定，必须采取有效措施对信号电缆进行整改。

• 阻燃方案筛选及材料研制

1.阻燃方案筛选
焦作铁路电缆有限责任公司的研发人员配合铁道部第三勘察研究设计院的技术人员就如何解决信号电缆的阻燃防火问题通过充分的技术沟通与探讨，一致认为：整改措施可采用两个方案。方案一：对上述要求的场所内的所有非阻燃电缆全部更换为阻燃电缆。方案二：对上述要求的场所内的非阻燃电缆通过增加阻燃防护措施使其达到阻燃电缆的性能指标。
显而易见，如果采用方案一，势必割除已敷设电缆，并且每根电缆增加一个电缆专用接头盒，更换成阻燃电缆后接入室内或隧道等场所，这项举措浪费巨大。如果采用方案二，既可达到阻燃电缆的性能指标，同时也可避免返工施工带来的巨大经济损失。因此，采取增加阻燃防护措施对信号电缆进行整改成为不二的选择。而且，这项研究成果还可推广应用至其它品种的非阻燃电缆，不必更换电缆即可使电缆具有阻燃及耐高温性能。
2. 高阻燃工程防火专用带的研制
阻燃电缆的阻燃性能是指在规定试验条件下，试样被燃烧，在撤去火源后，火焰在试样上的蔓延仅在规定范围内并且自行熄灭的特性，即具有阻止和延缓火焰发生或蔓延的能力。因此，阻燃电缆并非不燃，只是具有一定的延燃和阻燃性能。
采取何种设计方案才能科学经济有效的使非阻燃电缆达到增加阻燃防护功能的要求成为研发工作的重要环节，为此焦作铁路电缆有限责任公司对不同的设计方案、材料及其使用方便程度进行了大量的调研、试验和论证。
方案一：采用阻燃防护套管的方式增加阻燃防护
防护套管采用特殊的异型模具使用阻燃塑料挤制而成，套管两侧复合自锁扣封条，采用自锁扣的方式密封套管，以达到电缆阻燃防护的目的。
     研发过程中发现，阻燃套管硬度较大，施工使用困难很大，由于阻燃套管是紧密的套在电缆护套外部使用的，所以套管的直径必须和电缆外径紧密配合，考虑施工现场电缆型号规格不同，电缆外径尺寸大小不一，不同直径规格的套管给生产加工、成本控制以及施工单位的采购、使用等均带来很多不便。
方案二： 采用包带方式实现电缆的阻燃防护
首先，必须确定原材料。通过搜集国内市场多家公司的相关产品进行试验筛选，我们初步确定三种产品进行小批量样品试制，后期经过单根垂直燃烧、成束燃烧、弯曲试验、径向防潮试验、毒性指数试验以及成本分析，最终确定出高阻燃工程防火专用带的原材料。
高温阻燃胶带采用进口优质高密度阻燃布为基材，涂覆阻燃胶粘剂，经过高温复合处理成型，具有优异的防火耐高温性能，再剥离性和优越的粘接性。产品断裂伸长率不小于3％，耐温260～280℃，具有阻燃、耐高温、防水等性能，符合ROHS环保要求，是理想的阻燃防护包覆材料。
电缆绕包方案及材料的筛选
试验一，采用一层耐高温阻燃胶带复合普通阻燃带，以纵包方式紧密包裹在电缆护套外部，经单根垂直燃烧试验验证，阻燃效果不理想。
试验二，采用一层耐高温阻燃胶带复合高阻燃带，以纵包方式紧密包裹在电缆护套外部，经单根垂直燃烧试验验证，阻燃效果明显，但电缆阻燃防护层的弯曲性能较差，会造成施工使用过程中易出现阻燃防护层开裂的问题。
试验三，采用一层耐高温阻燃胶带复合高阻燃带，以绕包方式紧密包裹在电缆护套外部，经单根垂直燃烧试验验证，阻燃效果明显，电缆弯曲性能优异，便于施工使用。
基本的阻燃防护层结构及材料确定之后，考虑到产品不仅要满足电缆增加阻燃防护后的使用性能要求，还必须通过相应的试验标准要求，以下是我们进行阻燃性能、弯曲性能、阻燃防护层径向防潮性能和毒性指数的检验试验数据和资料，以确认研发产品能够满足设计要求。
（1）阻燃性能试验
     我们使用高阻燃工程防火专用带绕包后的信号电缆样品进行成束燃烧试验，试验方法依据GB/T18380.3《电缆在火焰条件下的燃烧试验 第3部分 成束电线或电缆的燃烧试验方法》（等效采用IEC60332-3-25），其阻燃性能完全满足GB/T 19666-2008《阻燃和耐火电线电缆通则》的要求。标准要求20分钟供火燃烧后样品的炭化高度不应超过2.5米，本样品委托铁道部产品质量监督检验中心通信信号检验站进行检测，成束燃烧试验后阻燃防护层的炭化高度仅为0.51米，可见防护层的阻燃性能优异。
（2）弯曲性能试验
    电缆在现场敷设过程并不全是平行直敷，必然存在不同程度的弯曲情况，这是电缆应有的机械物理性能指标。
我们使用高阻燃工程防火专用带绕包后的电缆产品进行反复弯曲试验，试验方法依据JB/T10696.3《电线电缆机械和理化性能试验方法 第3部分 弯曲试验》，其弯曲性能完全满足标准要求。标准要求电缆弯曲用的圆柱体直径为25D（D表示电缆外径），经反复3次弯曲后的电缆阻燃防护层表面无正常视力可见的裂纹。
除此之外，考虑到施工现场的具体情况，我们对样品进行了更为苛刻的弯曲试验，使用高阻燃工程防火专用带绕包后的电缆产品在直径为10D（D表示电缆外径）的圆柱体上进行弯曲试验后电缆阻燃防护层表面无正常视力可见的裂纹。
（3）径向防潮性能试验
    考虑到使用现场对电缆防水密封性能的具体需求，我们还对样品进行了浸水试验用以检验阻燃防护层的径向防潮性能。试验方法为将阻燃防护带绕包后的电缆产品按允许弯曲半径条件下弯曲成圈浸入水中（露出端头），24小时后取出，剥开阻燃防护层观察电缆外护套表面无水迹。
（4）毒性指数试验
     毒性指数试验是通过少量材料样品在规定条件下和过量空气中完全燃烧时所产生的小分子群测定燃烧产物的毒性。试验将分析样品燃烧后的产物并定量测定下列14种毒性气体（见表1）浓度，通过与该物质在30分钟暴露时间内致人以死的气体浓度按照规定公式进行计算比对，从而判断材料的毒性大小。
表1

二氧化碳（CO2）	二氧化硫（SO2）
一氧化碳（CO）	硫化氢（H2S）
甲醛（HCHO）	氯化氢（HCl2）
氮氧化物（NO+NO2）	氨（NH3）
氰化氢（HCN）	氟化氢（HF）
丙稀腈（CH2CHCN）	溴化氢（HBr）
光气，碳酸氯（COCl2）	（苯）酚，石碳酸（C6H5OH）

 
按照JB/T10707-2007《热塑性无卤低烟阻燃电缆料》标准规定，阻燃材料的毒性指数指标要求不大于5为合格。我们研发的高阻燃工程防火专用带，委托上海电缆研究所机械工业电工材料及特种线缆产品质量监督检验中心进行检测，材料的毒性指数为1，材料试样在1150℃±25℃下未能充分燃烧，可见本产品不仅阻燃防火，而且可燃物燃烧后对环境的毒害影响非常之小。

• 高阻燃工程防火专用带的应用

2012年3月22日，在中铁建电气化局集团公司石武客专河南段项目部会议室，焦作铁路电缆有限责任公司研发人员配合铁道部第三勘察研究设计院、郑州铁路局电务处、石武客专河南公司、中铁建电化局石武客专河南段项目部等单位负责人及工程技术人员，针对普通聚烯烃护套信号电缆外缠绕高阻燃工程防火专用带防护与无卤低烟阻燃护套电缆进行模拟现场火灾条件下的燃烧性能试验，以进一步验证阻燃防火的实际应用效果。试验时，将两种电缆并排捆扎在支架上，同时放置在火焰上进行燃烧，试验结果见表2：
表2

燃烧持续时间	阻燃专用带防护后的电缆	无卤低烟阻燃护套电缆
3 min	灼烧部位表面微微发黄变色	灼烧部位护套膨胀鼓包并伴有炭化现象；
10 min	1.灼烧部位表面呈黄白色，未见燃烧，未出现发烟现象； 2. 剖开护层，抽取内部缆芯，缆芯发热但结构完好。	1. 阻燃护套出现燃烧，露出内部钢带层； 2. 撤离火焰后护层自熄，伴有发烟现象； 3. 剖开护层，内部缆芯相互粘连，无法抽取，电缆已无法使用。

无卤低烟阻燃电缆燃烧后露出内部钢带

专用带防护后的电缆燃烧后仅出现发黄变色

试验结果证明：相同试验条件下，非阻燃型电缆经高阻燃工程防火专用带防护后，提高了电缆的耐燃烧性能及耐温等级，电缆护层未出现燃烧现象，其阻燃性能优于无卤低烟阻燃电缆。试验照片如下：
 

 
采用高阻燃工程防火专用带增加电缆的阻燃防护技术，由于施工过程方便快捷，阻燃防火性能完全达到并优于阻燃电缆的实际效果，目前，京石武客专河北段、石郑客专河南段已经成功应用130公里的阻燃防护带，哈大线亦将采用这种阻燃防护方案改善综合站房内的信号干线电缆，防护范围从电缆间电缆引入口外侧始至信号电缆成端止。
为了确保高阻燃工程防火专用带的应用效果，焦作铁路电缆有限责任公司还制定出详细的电缆防护技术方案和严格的施工工艺标准，经铁道部第三勘察研究设计院审核确认，作为现场施工、验收的依据，确保施工质量达标。

• 结束语

（1）高阻燃工程防火专用带采用高性能阻燃耐高温材料经专用设备涂覆阻燃胶、复合、成型、分切等工艺制成，产品具有阻燃、吸热、隔氧、耐高温、无毒等性能，适用于非阻燃型电缆外护层的防护，增加防护层后电缆的阻燃耐火及耐高温性能明显优于普通阻燃型电缆。
  （2）采用绕包高阻燃工程防火专用带增加阻燃防护技术施工方便快捷，经济技术效果明显，具有广泛的推广应用价值，站房及其他人员密集的建筑、地下室、通信、信息房间、信号机械室、电力变、配电所，长及特长隧道等场所内的非阻燃型电线、电缆、光缆等不必更换电缆即可达到优异的阻燃及耐高温性能指标。