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[阻燃耐火] 電纜材料阻燃能力淺析
P:2010-02-03 10:14:56
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【轉(zhuǎn)載】 鑒于聚氯乙烯 (Polyvinyl Chloride，PVC) 塑料本身的特殊結(jié)構(gòu)，其早已被廣泛地運用在消費類產(chǎn)品中，如包裝材料、信用卡、輸送管線、電纜絕緣層、建筑材料等。相較于與其結(jié)構(gòu)相近的聚乙烯 (Polyethylene、PE) ，PVC 是由一個氯原子取代 PE 結(jié)構(gòu)中的一個氫原子而研發(fā)出來的，因此不僅 PVC 的硬度藉由"氫-氯"間的強力鍵結(jié)而有效提高，且 PVC在高溫環(huán)境下會釋放氯自由基與火焰中的氫或氫氧自由基反應，來達到阻燃目的，同時PVC 的可撓性又能通過添加塑化劑而提升，所以使得 PVC 的運用愈加多元化。 2008年，全球PVC產(chǎn)能高達 3千4 百萬噸，根據(jù) 2005 年發(fā)表的PVC Handbook資料顯示，因上述的 PVC 特性，其中約有 40% 的PVC產(chǎn)能被用作電線電纜的絕緣層(Insulation) 與電纜外層(Jacket)。 只是 PVC 雖因優(yōu)異的特性廣受青睞，但它燃燒時卻會大量產(chǎn)生對人體有害的"戴奧辛" (Dioxins) 毒氣，基于近年環(huán)保團體對于無鹵環(huán)境的要求日益升高，許多用來取代 PVC 的低煙無鹵 (Low Smoke Zero Halogen，LSZH) 材料陸續(xù)被開發(fā)。不過不同材料會呈現(xiàn)差異極大的阻燃能力，所以廠商在設計電線電纜時，應針對不同用途，選擇具適用阻燃效果的絕緣塑料。 電纜材料阻燃能力分析 UL早年已針對材料阻燃力展開研究，并發(fā)表與實境燃燒結(jié)果相近的UL 910 Steiner Tunnel (史坦納燧道)燃燒測試方法�！侗硪弧匪緸閁L與BRE/ FRS (Building Research Establishment/ Fire Research Station)所合作的燃燒測試研究報告，經(jīng)由塑料工業(yè)協(xié)會SPI發(fā)表，主要是針對5 種不同類型的傳輸電纜，包括 CMX/T、CMP、CMX、IEC 332-1 等級(LSZH)以及IEC 332-3等級(LSZH)進行實境仿真燃燒與UL 910 Steiner Tunnel燃燒測試。通過兩種不同的測試方式，我們可觀察出 5 種不同的電纜呈現(xiàn)出的火焰蔓延程度與煙霧濃度的差異。 1將CMX電纜放置于金屬線槽時 測試結(jié)果顯示，以聚乙烯為絕緣層，PVC為外層的CMX電纜，在測試過程中會產(chǎn)生極大的濃煙，電纜本身也在測試過程中燃燒殆盡；而以氟化聚合物做為絕緣層與電纜外層的CMP電纜，不但沒有產(chǎn)生過多煙霧，且火焰蔓延的程度皆維持在測試電纜總長度的20% 以內(nèi)；強調(diào)低煙無鹵的LSZH電纜，雖然不會產(chǎn)生過多的煙霧，但因材料本身的阻燃性不佳，所以在極短的時間內(nèi)即會全數(shù)燃燒殆盡；至于外部以金屬線槽包圍的CMX/T電纜，雖然同樣以 CMX電纜進行測試，但藉由外部線槽的保護與隔離火焰，卻讓CMX/T獲得極佳的測試結(jié)果。 由此可知，材料選用對于電纜的防火能力有極大的影響。以CMX電纜為例，雖然該電纜基于成本考慮，外層選用阻燃性較佳的PVC材料，但因內(nèi)部以PE做為絕緣層，反而使得這樣的組合展現(xiàn)最差的測試結(jié)果。 未來研究方向 為協(xié)助線纜廠商設計兼顧經(jīng)濟效益與安全品質(zhì)的產(chǎn)品，UL持續(xù)深入探究不同用料的電線電纜所應有的不同阻燃需求的燃燒測試方法。但研究材料的阻燃特性必須從材料本身特性著手，因此UL除了不斷開發(fā)更符合實際狀況與更快速的燃燒測試方法外，近年來也加強了材料特性的研究： 1. 材料燃燒時所釋放的熱量是否與燃燒行為之間有量化的關系； 2. 添加物的成分和組成對燃燒能力的影響，及 3. 材料老化是否影響材料阻燃能力等等。 UL 臺灣研發(fā)技術部(Corporate Research)已于2009年初成立了前瞻材料研究實驗室(Advanced Materials Science Laboratory)，計劃通過各種先進的材料分析設備，能對材料特性有更多的了解。該實驗室引進的分析設備包括場發(fā)射式電子顯微鏡、能量分散光譜儀、溫控式拉伸試驗機、熱分析儀器系列 (DMA、DSC、TGA-MS-IR)、成份鑒定設備(GC/MS、ICP、FT-IR、UV)等，未來還將增添燃燒試驗測試設備與其它更先進的材料分析設備，以擴展研究能力。此外，UL臺灣研發(fā)技術部已針對新能源，如鋰電池、太陽能發(fā)電與燃料電池的材料特性與使用安全的測試與分析技術進行研究，并尋求與工研院、塑料中心、核研所等組織的合作，以更精確的研究結(jié)果制定符合市場需求、兼顧公眾安全的標準規(guī)范。
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