矿用新型无烟无卤橡套软电缆的研究大学本科毕业论文

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文-PAGEII--PAGEIV-矿用新型无烟无卤橡套软电缆的研究摘要随着我国采煤业的发展，逐步带动了大批的机械加工制造业及相关产业链。相关资料显示，矿用电缆是采煤业机械不可缺少的重要配套产品，是传递信息、输送电能和制造各种电机、电器、仪表不可缺少的基础器材。几乎从超高压输电线路到各种微电机的各个环节都离不开矿用电缆。随着我国经济发展和消费市场的逐步扩大，国内煤炭企业对矿用电缆的需求也不断增长必将强劲拉动矿用电缆行业的市场增长，给矿用电缆行业带来难得的市场机遇，预计今后这种趋势仍将继续。本文分析了电线电缆火灾的成因和危害；简要介绍了无烟无卤阻燃橡套电缆料的发展现状和方向；重点介绍了无烟无卤阻燃橡胶电缆料的配方研究；对无烟无卤电缆料进行大量实验以获得更好的阻燃性能，例如ATH，LDHs，TCP对EVM的燃烧性的影响；根据实验得出的数据对无烟无卤橡套电缆进行设计，设计型号为MYWPTJ—8.7/10KV3×185+3×70/3+3×2.5，并分析了该产品的试制情况。提出了阻燃剂的无卤化、抑烟和低毒是当前和今后电线电缆阻燃研究领域的前沿课题，但在阻燃电缆的应用上还需进一步深入研究。关键词无卤;阻燃;燃烧性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-目录摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章绪论 11.1课题背景 11.2无烟无卤电缆国内外发展概况和趋势 21.2.1无烟无卤电缆国外发展现状 21.2.2无烟无卤电缆在中国的发展 31.2.3无烟无卤电缆国内外竞争情况及产业化前景 71.3本文研究内容 7第2章无烟无卤电缆料配方研究 82.1引言 82.2EVM简介 92.3实验部分 92.3.1主要原料与试剂 92.3.2主要仪器和设备 92.3.3LDHs、ATH表面处理 102.3.4EVM/TCP/LDHs/ATH复合材料的制备 102.3.5测试与表征 102.4结果与讨论 102.4.1ATH对EVM燃烧性的影响 102.4.2LDHs对EVM燃烧性的影响 112.4.3TCP对EVM燃烧性的影响 122.4.4LDHS/ATH/TCP对EVM阻燃性能和力学性能的影响 122.5本章小结 13第3章无烟无卤电缆设计及试制 153.1无烟无卤橡套软电缆的设计 153.1.1产品采用的关键技术及主要工艺路线 163.1.2产品主要工艺流程图 173.2无烟无卤电缆试制 183.2.1产品试制依据及计划 183.2.2试制情况 193.2.3新产品的应用 203.2.4产品的质量控制 223.2.5试制关键技术及出现的主要问题 223.2.6成品性能试验结果 233.2.7本章小结 23结论 24致谢 25参考文献 26附录 27-PAGE10--PAGE28-绪论课题背景橡胶与塑料聚合物是制造电线电缆的绝缘和护套的主要材料，它们多数是容易燃烧和延燃的。随着电线电缆甩量不断增大，电气火灾事故的频繁发生，电线电缆的阻燃问题逐渐引起世界各国的重视。早在70年代，国内外相继开发了阻燃电缆，但是这些阻燃电缆几乎都是有卤的，虽然有一定的阻燃效果，但在火灾发生时，燃烧的电线电缆仍要产生有毒气体和烟雾，这不仅影响救灾工作的顺利进行，而且对生命财产造成“第二次灾害”。鉴于不少工业部门和地铁、高层建筑等市政民用设施对安全性和可靠性的要求越来越高，迫切要求开发新一代的无烟无卤阻燃电缆。近年来,人们发现火灾事故中的人员致死原因80%以上与材料产生的浓烟和有毒气体有关[1].为避免或降低火灾事故的“二次灾害”，国际电工委员会(IEC)于1982年和1989年相继制定并修订了IEC一和IEC6O754一2，以此来限制电缆燃烧时释放出的毒气含量(规定HCI含量<5mg/g，燃烧释放出的腐蚀性气体的水溶液的ph>4.3、电导率<1Ops/mnI)。1991年又制定了EIC61034，以此来限制电缆燃烧时释放出的烟雾量(规定烟雾透光率>60%)。英国制定7海军工程标准NES一718和NES一713。美国海军标准MILS24643直接采用NES一713标准来检测电缆燃烧时释放出的毒性气体含量(规定毒性指数<5)。我国也相继制定了GB12666.7一1991，并于1998年对其进行了修订并制定了标准GB/T17650一1998和GB/T17651一1998，来限制电缆燃烧时释放的烟雾量和毒性气体含量。1995年颁布的“建筑内部装修设计防火规范”规定烟密度等级SRD成75，毒气毒性(Lc50))2m5g/L。2001年，国家经贸委和公安部(消防部)颁布了“公共场所阻燃制品的应用与标准”规定了“材料产烟毒性分级”，“塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求”规定了所有电缆等阻燃材料的烟气毒性指标(规定燃烧释放出的烟气毒性(浓度)在(6.15一12.4)mg/L范围内)。所有这些标准都为限制电缆等阻燃或非阻燃材料燃烧释放的烟雾和毒气提供了有效和可靠的依据，但是在煤矿这种高危行业内，我国的煤矿用电缆在无烟无卤的控制上几乎还是空白，可见研制和在煤矿应用煤矿用无烟无毒(卤)阻燃电缆是十分必要和重要的。无烟无卤电缆国内外发展概况和趋势无烟无卤电缆国外发展现状在第二次世界大战期间开发的卤素一锑阻燃体系，被誉为是阻燃技术发展史上的一个里程碑，经过半个多世纪的研究和应用已走向成熟，并在近20年的阻燃剂领域中一直处于重要地位。但其燃烧时引发的有毒烟雾使人窒息比高温灼烧更容易使人死亡。国际上，特别是欧盟和日本，对阻燃电线电缆料较早地提出了高性能、无卤化阻燃的要求，并已经在诸多的行业用线缆中加以规范化使用。日本索尼公司新近推出了索尼绿色环保认证，其中就明确强调了停止使用PVC电缆料，用无卤阻燃电缆料代替之。应该说这些规定虽然对我国有巨大的冲击，但对人的生命安全保障、环境污染的消减还是极为有利的。早期的阻燃电缆大都采用含卤的有机阻燃剂，同时为了提高阻燃性，还添加了Sb2O3阻燃剂，如在PVC、PE、EPR等基料中加入阻燃剂，经混合制成具有阻燃性能的绝缘护套料。由于在燃烧时这种阻燃电缆会释放出大量的烟雾和腐蚀性有害气体，造成所谓的“二次灾害”[2,3]。因此，70年代末阻燃电缆开始朝着无卤、无烟、无毒的方向发展。据资料统计，日本有关阻燃电缆的专利每年公布约50件[4]。最近，日本藤仓电线株式会社公布了一项无卤阻燃电缆专利，其主要内容是将Al(OH)3、Mg(OH)2与聚烯烃树脂组成第一复合物，然后加入硅烷聚烯烃树脂，制成第二复合物，再进行交联，并掺入红磷阻燃剂及炭黑等制成无卤阻燃性交联化合物。该化合物具有优良的阻燃性、耐热性和成型性。除此之外，日本的宇部兴产、住友电木、昭和电工、大日本油墨、协和化学等公司均已研制出无烟、无卤或无卤阻燃电缆料。目前，日本已经在车辆配线、船舶、大厦内通信等场合使用无卤阻燃电缆，其中一部分已经标准化。英国在阻燃电缆开发方面进展较快[5]，如英国标准电话电报公司申请了一项无卤阻燃耐油电缆专利，该电缆料主要成分是EMA(乙烯一丙烯酸甲酯共聚物)70份、EVA30份、Al(OH)3150份以上及其它辅助剂。英国BICC公司生产的海上石油平台阻燃电缆有2类：(1)HOFR电缆HOFR—高阻燃型，内护套和外护套均为非无烟阻燃氯磺化聚乙烯，氧指数为35。HOFR2—低烟阻燃型，内护套和外护套均为低烟阻燃氯磺化聚乙烯，氧指数为32。(2)ZH电缆采用PEEK(聚醚醚酮)绝缘垫层作为无烟无卤阻燃型橡胶材料，氧指数为35。同时，英国工业部门19年开发出无烟、无卤电力电缆，其使用量正在以每年10％的速度递增[6]，目前正在中、无压电力传输、海上石油平台、地铁用电以及核电站方面逐步推广使用这种电缆。此外，法国电力公司与法国电力公司热能及核能研究设计局(SEPIEN)合作研制出一系列可供电站使用的无卤电缆。挪威A／SHorsk生产的一种无卤阻燃控制电缆，采用了无卤低烟EPR内护套和低氯化氢氯磺化聚乙烯外护套结构。美国劳工部矿山健康卫生管理所（MSHA）对下井电缆进行严格管理以前，由电缆而引起的火灾事故亦经常发生，从70年代到83年这14年间，在井下发生了92起伤亡事故，据美国矿山局（USBUREAUOFMINKS）的统计，1953~1969年间所有井下着火事故中，有64%是由于电气着火造成的，其中仅为可移动电气设备提供交、直流电的可移动电缆引起的着火事故就占总着火事故的25.1%，1953~1969年间电缆短路着火265次，共造成13人死亡，50人受伤；电缆在燃烧时释放出大量的浓烟和腐蚀性卤化物，造成人员伤亡并腐蚀各种设备。MASO在井下的电气危险中指出，1952~1968年间美国煤矿由矿用电缆着火事故而引起瓦斯爆炸共21次，造成9人死亡，伤18人的悲剧。自MSHA依法对矿用电缆进行严格的认证管理后，美国的煤矿井下由于电缆而引发的火灾基本得到了杜绝。其他国家也都对煤矿电缆进行了严格的规定，并得到了很好的发展。人们从电气火灾事故中，认识到电线电缆的阻燃重要性，国际上开始对阻燃机理进行深入的研究，并生产出具有一定阻燃性能的电线电缆，逐渐制订了各种阻燃试验方法和试验规范。但是，当时开发的都是含卤阻燃电缆，燃烧时会产生烟雾，毒性和腐蚀性气体，仍会造成二次灾害。70年代末、80年代初，人们开始研制性能更好的清洁的无烟无卤阻燃电缆，在1980年国际电线电缆研讨会议上，曾展示了热塑性无卤高阻燃材料(氧指数为45~50)这种材料在火灾中不滴流，并且释放的烟雾很少。到1980年底，国外无烟无卤阻燃电缆已在实际中得到使用。现在世界各国对无卤阻燃电缆的需求量逐年增加，特别是工业发达地区，如美国、加拿大，东南亚各国也在积极开发能满足无卤阻燃要求的电缆，同时各国正在进一步制订和完善各种无卤阻燃电缆标准。无烟无卤电缆在中国的发展近年来随着人们对安全性、可靠性和环保性认识的提高，我国对低烟无卤阻燃电线电缆的需求越来越大，国内众多厂家和科研机构都加大力度对低烟无卤阻燃电线电缆料研制和开发。2005年，国家质量监督检验检疫总局发布了推荐性标准《阻燃和耐火电线电缆通则》[7]。标准对含卤和无卤阻燃电线电缆的分类及性能要求有了明确的规定，使阻燃电缆实现了标准化、规范化和系列化，给生产阻燃电缆提供了依据和遵循的规则。2002年，公安部发布了强制性标准《阻燃及耐火电缆：塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级和要求第1部分：阻燃电缆》[8]。这份标准在2007年进行修订，公安部对外发布强制性标准GA306．1-2007[9]，代替GA306.1-2001。2006年，国家质量监督检验检疫总局和公安部又联合发布了强制性标准《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求和标识》[10]。这两份强制性标准都对阻燃电缆进行了分级，并对阻燃电缆的阻燃特性、发烟量及烟气毒性作了具体的规定，进一步完善了我国阻燃电线电缆的标准体系，对推广和应用阻燃、高效、无公害的阻燃电线电缆起到一个强有力的推进作用。另外，2008年北京奥运村、2010年上海世博会和广州亚运会场馆建设都宣布了全部使用环保型阻燃电线电缆产品的相关政策规定。因此，研究和开发低烟无卤阻燃电线电缆料是今后阻燃电线电缆领域的热点和难点。GA306.1-2007和GB20286-2006两份强制性标准的规定中，虽然没有明确指出阻燃电线电缆的环保要求，但是它们所限定的阻燃电线电缆的燃烧性能指标（烟密度和烟气毒性）却包含了环保阻燃的内容。GA306.1-2007规定阻燃电缆分为4个阻燃级别，4级以上级别电缆阻燃特性都应达到炭化高度≤2.5m；烟气毒性要求是：1级和2级电缆应达到准安全2级，Ⅲ级电缆应达到准安全3级、4级电缆无烟气毒性要求；烟密度要求是：1级电缆最小透光率应达到≥80%，2级电缆最小透光率应达到≥60%，3级电缆最小透光率应达到≥20%，4级电缆达到无烟密度要求。GB20286-2006对用于公共场所的电缆作了强制的阻燃规定。阻燃电缆分为阻燃1级和阻燃2级。阻燃1级电缆要求：炭化高度≤2.5m，烟密度应达到最小透光率≥60%，烟气毒性应达到准安全2级；阻燃2级电缆要求：炭化高度≤2.5m，烟密度应达到最小透光率≥20%，烟气毒性应达到准安全3级。我国的电线电缆料的技术水平一直与国外有不小的差距。80年代初，我国电缆行业中的很多生产厂家成功地开发出了一般性阻燃电缆。据统计，1987一1991年已试制出40多种阻燃电缆，基本上采用阻燃PVC和阻燃氯丁橡胶，这种阻燃电缆只适合于阻燃要求较低的场合，而对于一些阻燃级别要求较高的特殊场合则要求使用低烟、无卤型阻燃电缆，如:地下公共设施、高层建筑、轮船、军舰等等随着电缆阻燃技术的发展，以及对电线电缆火灾事故认识的加强，国内各领域使用电缆的部门对电线电缆无卤阻燃的呼声也越来越高，首先是几个主要使用领域纷纷在相应的技术规范或在投标技术要求中，以立法形式对阻燃类别提出新的要求，并由不少标准、规范及工程投标要求所确认。例如:(1)《电力工程电缆设计规范》GB50217一94中规定，单机容量为500WM及以上机组火电厂的主厂房和燃煤、燃油系统以及其它易燃环境，其中重要场所或回路，宜选用无卤阻燃电缆。(2)河海船舶及海上石油平台等水上建筑物，有关业主与船东要求电缆厂提供的船用电缆(包括乙丙胶低烟无卤阻燃船用电缆)采用无卤阻燃电缆。(3)1998年3月浦东国际机场公司在电缆采购标书中规定，阻燃电缆采用无卤阻燃电缆。电缆料主要分护套料和绝缘料。其中护套料用量略大于绝缘料，抑烟阻燃电缆料属于电缆料行业中的护套料。由于电线电缆护套料大多采用塑料和橡胶做材料，此类材料极易燃烧。电线电缆常因为自身在传输电能过程中发热或由于外部明火而燃烧，从而引起和蔓延成火灾。我国每年由于电缆引起的火灾造成的损失高达数亿元人民币。因此，电线电缆的阻燃问题越来越引起人们的关注。并在随后研究和开发了各种阻燃防火材料。电缆的阻燃虽然与其用高分子材料的分子结构有关，然而更重要的是它所采用的阻燃原材料。最初为了改善电线电缆的阻燃性能，一般采用PVC材料或在聚烯烃中添加含有卤素类的阻燃剂。此类电线电缆具有比较好的阻燃效果，但在燃烧过程中会放出大量的烟雾和卤化氢气体，容易使人窒息而死，同时对仪器设备造成很大的腐蚀。大量的火灾分析表明:有毒烟雾致死人命的比例远高于高温灼烧致死的比例。阻燃科学技术是为了适应社会安全生产和生活的需要，预防火灾发生，保护人民生命财产而发展起来的一门科学。阻燃剂是阻燃技术在实际生活中的应用，它是一种用于改善可燃易燃材料燃烧性能的特殊的化工助剂，广泛应用于装修、灭火、电子产品生产，航天航空等各种领域的阻燃加工中。经过阻燃剂加工后的材料，在受到外界火源攻击时，能够有效地阻止、延缓或终止火焰的传播，从而达到阻燃的作用。随着我国合成材料工业的发展和应用领域的不断拓展，阻燃剂在化学建材、电子电器、交通运输、航天航空、日用家具、室内装饰、衣食住行等各个领域中具有广阔的市场前景。此外，煤田、油田、森林灭火等领域也促进了我国阻燃、灭火剂生产较快的发展。我国阻燃剂已发展成为仅次于增塑剂的第二大高分子材料改性添加剂，目前的生产能力20万T/a左右，年生产量在15万-17万T之间，年消费量20万T左右。不足部分主要从美国和以色列进口，进口的主要品种为有机溴及卤—磷系阻燃剂。我国阻燃剂生产厂60余家，能够生产50余种产品，主要为溴磷系列，其中溴系阻燃剂是最重要的系列，约占我国有机阻燃剂的30%。国内阻燃剂的品种和消费量还是以有机阻燃剂为主，无机阻燃剂生产和消费量还较少，但近年来发展势头较好，市场潜力较大。阻燃剂中最常用的卤系阻燃剂虽然具有其他阻燃剂系列无可比拟的高效性，但是它对环境和人的危害是不可忽视的。环保问题是助剂开发和应用商关注的焦点，所以国内外一直在调整阻燃剂的产品结构，加大高效环保型阻燃剂的开发。目前我国有1000多家企业生产阻燃剂，每年产量近20万T。粗略估计我国未来发展前景良好，对阻燃剂的需求量未来5年内将超过北美成为最大的阻燃剂消费地。但是，面对我国每年20万T的生产力，不仅心生疑问，20万T的阻燃剂大部分的“何去何从”呢?答案其实很简单，目前我国生产量虽然很大，但是大部分的消费于国外，用于进出口。而真正用于我国的阻燃剂占的比重却很小。国内有一批科研院所的阻燃剂研发水平已与先进国家同步，如中国科技大学火灾科学国家重点实验室和四川大学降解与阻燃高分子材料省重点实验室的研发水平就已处于世界前列。随着对安全性和可靠性认识的提高，许多电线电缆用户对产品的阻燃性能都提出了要求。例如，煤炭部明文规定在煤矿中必须使用阻燃性电缆；地铁、核电站、化工等特殊部门和场合要求使用无烟无卤阻燃电缆。近几年来，我国不断加强对无烟无卤阻燃电缆的研究和开发，无烟无卤阻燃电缆的开发已列入《国家级电线电缆、光缆新产品开发指南》中。在无卤阻燃剂的开发和应用方面都取得了不少的进展，已研制和生产出不少无机阻燃剂，包括水合氧化铝系、铝系，无机磷系，以及锌、镁等过渡金属氧化物，氢氧化物或碳酸盐等，其中AI(OH)3阻燃剂已形成SR109~SR115系列，计7个品种。一些电缆料生产厂现已研制开发出无烟无卤阻燃料。1991年，河北邢台电缆厂试制的无烟无卤阻燃电缆通过鉴定，北京电线厂则研制成功无烟无卤阻燃耐火电缆。此外，像无锡电缆厂、沈阳电缆厂、成都电缆厂、四川电缆厂、天津电缆厂、郑州电缆厂、哈儿滨电缆厂等都相继进行无烟无卤电缆的研制工作。在致力于开发产品的同时，沈阳电缆厂、上海电缆厂、湘潭电缆厂、郑州电缆厂、天水电缆厂、黄石电缆厂、宝胜电缆厂等都先后建立了符合标准要求、达到先进水平的燃烧试验室和烟浓度测定装置，完善了电线电缆阻燃性能检测手段。上海电线电缆检测站于1991年被批准为IEOEE-OOB试验室，为我国无烟无卤阻燃电缆产品性能的检测和鉴定创造了条件。随着人们对安全性、可靠性和环保性认识的提高，进人21世纪以来，我国加强了对无卤无烟阻燃电缆的研制和开发，在2005年发布了国家推荐性标准GB/T19666—2005《阻燃和耐火电线电缆通则》，标准中对含卤和无卤阻燃电缆的分类及性能要求有了明确的规定，使阻燃电缆实现了标准化、规范化和系列化，给生产阻燃电缆提供了依据和遵循的规则。目前，国家明确要求在奥体中心、地铁、机场、车站、核电站、舰船、化工和高层建筑等特殊场合必须选用无卤无烟阻燃电缆。现随着国内对无卤阻燃的发展要求，行业内对此研究更加细微完善，目前国内无论是对阻燃机理还是对阻燃剂的研究都有了良好、完善的认知。近年来研究更倾向于如何改善、提高阻燃的效果，如何采用新材料、新结构来实现更好的阻燃。例如新型的无卤膨胀型阻燃剂应用到长玻璃纤维增强聚丙烯材料(LGFPP)，以此来研究阻燃剂的加入以及不同长玻纤含量对该体系阻燃效果以及力学性能的影响[11]。无卤高效阻燃剂HPCTP的合成、表征与应用研究。无机磷腈为主链骨架的化合物具有良好的耐热阻燃性，苯氧基磷腈具有高氧指数，无排烟量，放出的气体无腐蚀和无毒，长期使用温度可达250℃等优点。其中六苯氧基环三磷腈(HPCP)是重要的无卤、高磷氮含量的高效阻燃剂，可将其直接添加到聚合物基体中制备阻燃材料[12]。一种新型无卤阻燃剂体系对无密度聚乙烯(LDPE)进行了阻燃研究。通过氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热重分析(TGA)等手段研究了埃洛石的加入量对阻燃体系阻燃性能和热性能的影响[13]。然而，国内大部分产品都存在机械性能和加工性能较差等问题。近几年来，国内虽在无卤阻燃电缆料研究方面获得了可喜的进展，但目前所使用的无卤阻燃电缆料在一定程度上还是依赖进口，且产品价格很高，大约是国内价格的1.5-2.0倍，因而国内在无卤阻燃电缆料的研究方面需加大开发力度。无烟无卤电缆国内外竞争情况及产业化前景根据已公布的我国“十一五”煤矿工业发展规划，整个“十一五”期间煤炭产量为26亿吨，全国大中型煤矿建设规模达8.1亿吨，“十一五”期间，重点建设10个千万吨级现代化露天煤矿和10个千万吨级安全高效矿井。与之配套的各类矿用电缆年需求量将有较大幅度的增长。随着煤矿采掘对安全等级要求不断提高，煤矿用电线电缆产品也面临安全、升级、换代的需要。本项目所生产的矿用电缆产品具有较高的技术含量，是采煤安全与国家电网建设和改造所需的重要配套物资，符合煤矿“一通三防”的安全要求，具有良好市场前景。本文研究内容相较于含卤素阻燃电缆料的应用中发现，在火灾发生时虽然可以提高材料的燃烧点，但随之产生的浓烟以及有毒气体会加重火灾灾情，无卤阻燃的研究更显必要，无卤阻燃电缆在火灾发生时可有效的抑制火焰的蔓延，同时产生低浓度烟雾并无有害气体产生大大弥补了含卤阻燃电缆燃烧时的缺点，同时亦不影响其电学性能，但其中的缺点也不容忽视，过多添加阻燃剂会导致其力学性能下降。本文详细系统的了解无卤阻燃橡胶的优点及其应用价值，详细完整的概括叙述无卤阻燃剂的原料、阻燃剂的配方、阻燃剂的性能。并且纵观国内外最新研究成果，研究技术与进展，更深入的整理综述无卤阻燃橡胶的应用发展与前景。无烟无卤电缆料配方研究引言随着国民经济的发展电线电缆用量日趋扩大，对电线电缆的阻燃，发烟等性能也提出了更高的要求。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、热源等条件下容易引起火灾，而火焰会沿着线缆迅速蔓延到整个线路。卤系阻燃剂以其添加量少、阻燃效果显著而得到广泛应用，在阻燃聚烯烃领域中曾占有重要地位。但此类含卤阻燃材料在燃烧时发烟量大，会产生大量腐蚀性气体和有毒气体，给灭火、逃离和恢复工作带来很大困难，并造成二次危害。因此，随着人们环保意识提高、对阻燃技术认识的逐渐深入以及相关法律法规的出台，阻燃剂无卤化已成为阻燃技术发展的主要方向之一，无卤阻燃橡胶电缆料也得到了广泛应用[14]。因为各种无烟无卤阻燃电缆使用条件不同，有的采用热塑型无烟无卤阻燃材料作为护套层，有的则采用热固(交联)型无烟无卤阻燃材料制成，虽然，热塑型无烟无卤阻燃材料在国内外市场上比较多，即使国产化的材料，在性能、工艺等方面正日趋稳定，但是它有些性能与热固型无燃无卤阻燃材料相比，仍有一定差距，所以在应用方面具有一定的局限性[15]。目前主要使用的无卤阻燃剂是氢氧化铝（ATH）和氢氧化镁（MH），但是单独使用ATH、MH阻燃效率低，需要大量添加才能达到一定的阻燃效果，这样将会严重影响阻燃材料的力学性能和加工流动性[16]。水滑石(layeredDoubleHydroxides，简称LDHs)是一类层状阴离子型粘土；其典型的化学组成是[Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O]，最早于1842年，由瑞典的Circa发现，其结构类似水镁石(brucite)Mg(OH)2型的正八面体结构[17,18]。它的正八面体结构中心为Mg2+，六个顶点为OH－，相邻的MgO6八面体通过共棱形成相互平行的单元层，层板厚度约0.47nm，层与层间对顶地叠在一起，层间距约为0.784nm，层间通过氢键缔合[19]。位于层上的Mg2+可在一定范围内被半径相似的Al3+同晶取代，使得Mg2+、Al3+、OH－层带永久正电荷；层间具有可交换的阴离子CO32-，它所带的负电荷与层上正电荷平衡，使得这一结构呈电中性[20-22]它的这种特殊的结构和化学组成使其阻燃效果好于ATH、MH，但是LDHs的价格远远高于氢氧化铝，且阻燃时填充量大，鉴于单一无机阻燃剂的缺点，从经济和阻燃角度出发，本文采用TCP与ATH、LDHs进行复配阻燃EVM，ATH、LDHs复配既减少对复合材料机械性能的影响，又达到协效阻燃的目的。EVM简介EVM是乙烯和醋酸乙烯共聚物，化学名称为乙烯醋酸乙烯橡胶[23]，其结构式如图1所示。乙烯醋酸乙烯橡胶属于特种橡胶，它在耐高温(175℃)，耐油(相当于丙烯腈ACN含量26%~34%的丁腈橡胶)，耐天候老化(仅次于EPDM)以及阻燃方面均非常优秀[24]。EVM

的化学组成与EVA

相同，都是乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物，但由于合成方法不同，二者差异明显。EVA

是乙酸乙烯酯含量低(质量分数低于0.

4)

、支化度低而结晶度高的共聚物，属于塑料，广泛用于热熔胶和制鞋业。EVM

是乙酸乙烯酯含量高(质量分数为0.

4～0.

8)

、支化度高的无定形共聚物，属于橡胶，通过合理配合可获得性能优良的硫化胶。EVM

的主链是饱和结构，化学稳定性好，因此其具有优异的耐热、耐臭氧和耐候性能。乙酸乙烯酯侧链的引入既赋予EVM一定的耐油性能，同时破坏了主链的规整性，因此其具有良好的低温柔顺性。主链中非极性亚甲基结构赋予EVM

良好的低温耐屈挠和耐极性溶剂性能。近年来在电线、电缆[25]、胶辊、家用电器及汽车橡胶配件等产品上的应用非常广泛，已经成为某些特殊橡胶产品所不可取代的重要原材料图1EVM的化学结构式实验部分主要原料与试剂EVM，朗盛集团；ATH，美国雅宝；硬脂酸，天津恒兴化学制造有限公司；TCP，天津联瑞化工有限公司；去离子水，自制；过氧化二异丙苯（DCP），分子量，270.38，中国上海试剂总厂；三烯丙基异三聚氰酸酯(TAIC)，杭州科利化工有限公司；LDHs，一次粒子粒径20~60nm，大连富美达新材料科技有限公司；炭黑，宝化集团；白炭黑，苏州藏书粉体有限公司；其他均为市售。主要仪器和设备双辊筒开放式塑炼机，SK-160B，上海橡胶机械厂；平板硫化机，QLB-D，上海橡胶机械厂；冲片机，CP-25，广州实验仪器厂；鼓风干燥箱，101-1，上海市实验仪器总厂；超声震荡仪，KQ-100B，昆山市超声仪器有限公司；电热恒温水浴锅，PKS-12，上海经济区嘉兴市中新医疗仪器有限公司；型增力动搅拌器，DJ1C，江苏大地自动化仪器厂；AGS-J型液晶屏显电子拉力试验机，高铁检测仪器有限公司；；氧指数测定仪，HC-2CZ，南京市方山分析仪器设备厂；水平垂直燃烧试验仪，AG5100，珠海安规测试有限公司。LDHs、ATH表面处理湿法改性：分别将的ATH和LDHs与3wt%硬脂酸和去离子水加到三口烧瓶中，将装有反应物的三口烧瓶放入温度为90℃电热恒温水浴锅，开动搅拌器。当转速达到700r/min时，开始计时，等反应到30min后取出样品，抽滤，热风干燥。EVM/TCP/LDHs/ATH复合材料的制备按照配方称取原料，在室温下先将EVM粒子在双辊开炼机上融合成片，同时薄通3-5次，依次加入加工助剂、增塑剂、防老剂、补强剂、填充剂、待粉料吃完，开炼机辊距调整为0.5~1.0mm，横包和三角包交替各打5个，然后薄通下片，未加硫化剂的试片冷却至室温，将试片从新放置到开炼机上混炼，边混炼边添加硫化剂，硫化剂吃完以后，调小辊距，横包和三角包各打6个后下片。测试与表征氧指数测试：按照GB/T2406-1993标准测定阻燃复合材料的氧指数，试样尺寸为：110×6.5×3mm。水平燃烧测试：按照GB/T2408-1996标准测定阻燃复合材料的水平燃烧等级，试样尺寸为：125×13.0×3.0mm。力学性能测试：按照GB/T7594-1987、GB/T5013-2008、GB/T2951-2008标准测定阻燃复合材料的力学性能。结果与讨论ATH对EVM燃烧性的影响将经湿法处理过的不同份数的ATH和100份EVM按照配方比例（EVM：100；DCP：3.0；TAIC：2.5；相容剂：1.6；凡士林：3.0；其他为变量）：在双辊开炼机上常温共混5~10min，然后在平板硫化机上于15MPa下压制成3mm厚的薄板，再分别按照GB/T2406-1993和GB/T2408-2008标准制备成标准样条用于氧指数和水平燃烧的测定。表1ATH/EVM体系的燃烧性Tab.1CombustioncharacteristicsofATH/EVMcompositesEVM/phrMTH/phr氧指数/%燃烧等级燃烧现象有、无(发烟)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无10010026.5FH-2-32mm无10012028.1FH-1无10014030.3FH-1无由表1可知，随着ATH含量的增加，复合阻燃材料的氧指数逐渐升高，燃烧等级也逐渐提高；但是单独使用ATH时，阻燃效率并不是很高，当ATH的含量为20phr时，材料的氧指数仅为19.1，比纯EVM只高了1.7；只有当ATH含量为140phr时，氧指数才达到30.3，燃烧等级提高到FH-1级；并且随着ATH含量的增加，燃烧时产生的烟越来越少，当ATH含量为80phr以上时，材料燃烧时已经无烟生成，这说明ATH有一定抑烟及作用。LDHs对EVM燃烧性的影响LDHs单独阻燃EVM，LDHs的添加量（配方其它组分不变，就是将ATH换成LDHs）分别为：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体系的燃烧性Tab.2CombustioncharacteristicsofLDHs/EVMcompositesEVM/phrLDHs/phr氧指数/%燃烧等级燃烧现象有、无(发烟)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无10010028.8FH-2-30mm无10012031.4FH-1无10014034.6FH-1无 由表2可知随着LDHs用量的增加氧指数随着增加，相同质量分数的LDHs的氧指数大于ATH的氧指数，这也与我们以上的两种物质的结构分析相吻合。（此处分析是说明水滑石的结构有别于氢氧化铝，阻燃效果好于氢氧化铝。）TCP对EVM燃烧性的影响添加的TCP（配方其它组份不变，阻燃剂更改为TCP）在燃烧时释放出磷酸，磷酸脱水形成偏磷酸，偏磷酸聚合生成呈粘稠状液态膜的聚偏磷酸覆盖于固体可燃物表面。磷酸和聚偏磷酸都是强酸，它们还可使高聚物脱水碳化形成碳壳。表3TCP/EVM体系的燃烧性Tab.3CombustioncharacteristicsofTCP/EVMcompositesEVM/phrTCP/phr氧指数/%燃烧等级燃烧现象有、无(发烟)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烟量较多，迅速自熄10022.531.1FH-1烟量较多，迅速自熄由表3可以看出TCP有较好的阻燃性能，添加量为17.5phr（每百克的份数）时候氧指数为28.1，当添加量为22.5phr时候氧指数达到31.1，但是燃烧时有少量的黑烟。由以上可以看出，单独使用一种阻燃剂阻燃EVM都有各自的缺点，所以考虑将这几种阻燃剂复配使用，相互弥补各自的不足，从而达到理想的阻燃效果。LDHS/ATH/TCP对EVM阻燃性能和力学性能的影响LDHS/ATH/TCP对EVM阻燃性能的影响为了研究TCP、LDHs和MTH协同对EVM燃烧性能的影响，我们设计了表4配方。由表4可知，随着体系中TCP的含量的增加，复合材料的氧指数升高的很快，这是三者之间协效阻燃结果；当材料燃烧时，TCP释放出的偏磷酸和聚偏磷酸促使LDHs和ATH更能彻底的脱掉层间水，LDHs、AL(OH)3分解产生的水蒸汽更容易吸收一定的热量，同时稀释了氧气含量，降无了体系的温度，分解生成的氧化物层也可均匀地覆盖在材料的表面，从而将热量与聚合物材料分隔开，起到协效阻燃作用。复合材料燃烧时产生烟的很少，这是由于LDHs和ATH有很好的协同抑烟作用，所以复合材料的发烟量很小，由表3可以看出TCP虽然有很好的阻燃效果，但是在燃烧时有烟，和LDHs和ATH复配以后烟量会减少，说明LDHs和ATH有抑烟作用，由表4可以看出当TCP的添加量为20phr，LDHs和ATH的添加量各为35phr时，复合材料的极限氧指数为35.2。表4TCP/LDHs/ATH/EVM体系的燃烧性Tab.4CombustioncharacteristicsofTCP/LDHs/ATH/EVMcompositesEVM/phrTCP/phrATH/phrLDHs/phr氧指数/%燃烧等级燃烧现象1005.047.547.528.8FH-2-25mm少量黑烟，迅速自熄10010.045.045.030.0FH-1少量黑烟，迅速自熄10012.542.542.532.5FH-1少量黑烟，迅速自熄10015.040.040.033.7FH-1少量黑烟，迅速自熄10017.537.537.534.8FH-1少量黑烟，迅速自熄10020.035.035.035.2FH-1少量黑烟，迅速自熄10022.532.532.536.0FH-1少量黑烟，迅速自熄LDHs/ATH/TCP对EVM力学性能的影响:我们按照表4中从上到下不同配方阻燃复合材料于常温下在双辊开炼机上共混，在平板硫化机上于13MPa下压制成1mm厚的薄板，按照GB/T1040-92标准制备成标准哑铃型样条用于拉伸性能测定。实验结果如表5所示。随着TCP的量增加材料的拉伸强度有所降无断裂伸长率都有所提高。断裂伸长率的提高可能的原因是：（1）TCP使EVM具有良好的加工流动性，降无了高刚性EVM基体的内应力;（2）TCP与EVM的良好加工流动性在体系的挤出成型过程中促进了EVM分子链的取向作用。综合考虑表4表5可以得出最佳的复配体系的配比为：TCP为20phr，LDHs和ATH各为35phr，此时的极限氧指数为35.2，水平燃烧等级为FH-1且燃烧时产生少量黑烟，无熔滴，迅速自熄，此时TCP/ATH/LDHs/EVM复合阻燃材料有较好的阻燃性能和力学性能，具有很高的实际应用价值。表5复合材料的力学性能Tab.4themechanicalpropertiesofthecomposites不同配比的TCP的复合材料51012.51517.52022.5拉伸强度/MPa13.512.912.51211.51110.6断裂伸长%150175190210250280320本章小结（1）LDHs和ATH具有一定的阻燃、抑烟效果，但是单独用于阻燃EVM时，阻燃效果不是很明显。（2）TCP有很好的阻燃效果，对材料的机械性能影响很小，但是用量增大后燃烧时有黑烟产生。（3）LDHs和MTH和TCP复配，由于LDHs和ATH有很好的抑烟效果，复配体系的发烟量很少。（4）阻燃剂复配体系的最佳配比为：LDHs、ATH、TCP的含量分别为35phr、35phr和20phr，此时的复合材料有较好阻燃性能和力学性能，本配方已成功运用于我司的机车电缆外护套，其中工艺性能良好，挤出表面光滑，断面无气孔，物理机械性能满足矿用电缆相关标准。无烟无卤电缆设计及试制无烟无卤橡套软电缆的设计设计的电缆应满足以下条件：（1）工作温度：-15℃～75℃；（2）电缆的导电线芯的直流电阻符合MT818-2009中导体的规定；（3）单根垂直燃烧试验符合MT386中条款4.2的要求：进行的单根电线电缆垂直燃烧试验，若上支架下缘和炭化部分起始点之间的距离大于50mm，则判定该项试验为合格。如果燃烧向下延伸至距离上支架的下缘大于540mm时，应判定为不合格。如果试验不合格，应再进行两次试验，如果两次试验均合格，则应认为该电线电缆通过本试验；（4）负载条件下燃烧试验符合MT386中条款4.1的要求：进行的负载条件下的燃烧试验，若3个试件的续燃时间均小于4min、炭化长度均小于150mm，则判定该项试验合格；（5）成束燃烧试验符合MT386中条款4.3的要求：无论是钢梯前面还是后面，若测得的试样最大炭化范围均不高于喷灯底边2.5m时，则判定该项试验为合格。试样未通过本试验，有争议时，应再进行两次试验，如果两次试验结果均符合要求，则应认为该点线电缆通过本次试验；(6)优良的绝缘电阻；（7）燃烧时HCL释放量≤100mg/g；（8）烟密度（有焰）≤100dm；烟密度（无焰）≤250dm；（9）抗撕强度≥5N/mm高强度≥11N/mm（10）电缆的结构如图1动力线芯导体动力线芯导体绝缘护套控制线芯地线芯填充屏蔽层图1煤矿用无烟无卤橡套软电缆产品结构图煤矿用无烟无卤橡套软电缆应用环境分析：煤矿电缆使用场合恶劣，如：长期在瓦斯气体、高温、高湿度、频繁移动、场合下工作。使用期间，电缆必须承受拉力、压力、砸压、弯折、摩擦等强力冲击。煤矿用无烟无卤橡套软电缆应用场合如图3和图4。图3矿用新型无烟无卤橡套软电缆应用场合示意图图4矿用新型无烟无卤橡套软电缆应用场合示意图煤矿用无烟无卤橡套软电缆技术标准引用情况：本产品参照MT818-2009《煤矿用阻燃电缆》制定的企业标准生产，同时还可根据用户需要按国际电工委员会推荐标准IEC、英国标准、德国标准及美国标准生产。产品采用的关键技术及主要工艺路线电缆材料的选择：（1）导体：为提高导体的柔软性，导体均选用第5类退火裸铜导体或者第5类退火镀锡导体；（2）绝缘材料：由于矿用电缆使用环境恶劣，要求矿用电缆应绝缘满足如下要求：较高的物理机械性能，成品抗张强度达到6.5MPa.较高的耐候性，通过135摄氏度老化，127摄氏度空气弹老化通过同时通过耐臭氧实验。具备优良的电气绝缘性能和具备柔软特性我们自产型号为XJ-30A乙丙橡胶绝缘材料，这些材料各项技术指标均能满足Q/320584PDH068-2013标准中的要求。（3）护套材料：护套材料直接和矿井中的物质直接接触，所以除了具备绝缘性能特性外还具有高阻燃、高抗撕和高强度。具备优良的耐磨性能和很好的机械物理性能，抗张强度大于11MPa；抗撕强度要大于5.0MPa；冲击电压试验：经受75kV正负各10次冲击电压试验及后续3.5U0，15min工频电压试验；局部放电试验：1.73U0下进行局部放电试验，放电量应不大于20PC；4小时.电压试验经受4U0，小时.工频电压试验不击穿；烟密度（有焰）≤100Dm、烟密度（无焰）≤250Dm；关键试验的指标：拉伸强度、断裂伸长率实验：评定方法：GB7594-1987.7中要求；结果判定：通过电缆阻燃性能评定方法：GB/T18380.12；结果判定：通过电缆的抗撕性能：评定方法：中要求；结果判定：通过局放实验：评定方法：GB/T3048.12；结果判定：通过。产品主要工艺流程图加文字说明镀锡铜镀锡铜导体绞合、填充成缆电压试验长度计米喷码印字成品检验出厂交付入库包装标识小料称量橡胶挤橡连硫挤包绝缘挤橡连硫挤外护套绝缘混合料护套混合料橡料混炼控制线芯成缆动力线芯编织屏蔽无烟无卤电缆试制煤矿用无烟无卤橡套软电缆作为煤矿的工业用品，遍布于煤矿的各个角落，是井下作业采区工作面的电缆。电缆具有柔软、耐油、抗撕裂、无烟无卤、阻燃及优良的机械性能。矿用新型无烟无卤橡套软电缆在火灾发生后，能使火焰不蔓延，燃烧时发烟量少，释放出有毒气体少，减少对人体及仪器设备的伤害，并且能在短时间内仍能维持工作，以保证控制、电力、监视、导引及警报系统维持正常的功能，人员的疏散，使损伤减小到最无程度。煤矿用无烟无卤橡套软电缆技术水平先进，产品附加值和利税率比普通橡套电缆产品要高。由于我国煤炭资源储存条件复杂，煤矿地质灾害频发，在世界上是煤矿事故多发性国家，安全生产形势仍然十分严峻。煤矿行业对动力传输安全性和可靠性意识的不断加强，煤矿行业对动力传输安全性和可靠性意识的不断加强，本产品的无烟无卤特性将降无火灾发生时对人身的二次伤害，本产品的销量一定会越来越多，并逐步取代老的矿用橡套软电缆的使用。随着国家对煤炭生产安全政策不断出台，今后矿用新型无烟无卤橡套软电缆将作为煤炭开采行业中的一种安全保障。该产品的开发生产，将为我国煤炭安全生产提供优质高性能的产品，并有利于我公司创造国内产品品牌，具有良好的市场前景。产品试制依据及计划产品标准：Q/320584PDH068-2013《煤矿用无烟无卤橡套软电缆》；质量手册：江苏亨通电力电缆有限公司《质量手册·设计与开发》文件号：Q/HL/CM001-2012；试制产品型号规格及长度：本产品自组织人员进行研制开发后，试制了MYWPTJ—8.7/10KV3×185+3×70/3+3×2.5，为了对该产品性能进行更好验证，我们委托国家采煤机械质量监督检验中心进行了全性能检测。产品试制、检验计划见表6表6产品试制和检验计划1样品制作工序试制工艺设备责任部门备注1..1拉丝、退火镀锡见试制工艺文件中拉、小拉、退火镀锡制造部、工艺部技术中心跟踪1.2绞线见试制工艺文件束丝机、笼绞机制造部、工艺部导体绕包见试制工艺文件笼绞机制造部、工艺部1.3三层共挤绝缘见试制工艺文件特勒斯特挤橡设备制造部、工艺部1.4编织见试制工艺文件36锭编织机制造部、工艺部1.5成缆见试制工艺文件1250成缆机制造部、工艺部1.6内护套见试制工艺文件特勒斯特设备制造部、工艺部1.7监视线芯绕包见试制工艺文件控缆车间加工制造部、工艺部1.8外护套见试制工艺文件特勒斯特设备制造部、工艺部2工序质量跟踪质量部2.1成品检测成品检验规范常规检测即可质量部3委外检测（国家采煤机械质量监督检验中心）质量部检测报告到位产品执行标准Q/320584PDH068-2013《煤矿用无烟无卤橡套软电缆》试制情况电缆在制造过程中，各工序需要按照规定工艺和要求进行，以确保产品质量，其主要内容如下：（1）导体；采用五类镀锡导体，按照正规绞合，保证电阻合格同时保证电缆的柔软性；（2）绝缘线芯：绝缘线芯在进口TROESTER设备上内屏绝缘外屏三层共挤同时挤出，以保证电气性能。（3）屏蔽层：动力线芯导体及绝缘屏蔽采用半导电橡皮挤包，半导电挤包屏蔽层的计算厚度为0.7mm，最薄点厚度为0.43mm；具体挤出和硫化工艺见表7和表8；（4）成缆：成缆最外层绞向为右向，地线芯置于缆芯中央。缆芯外应挤一层橡皮绝缘内护，此种材料选用XJ-10A橡胶做为内护保证绝缘电阻合格；（5）监视层：监视层采用半导电带包层+监视线（3根）+半导电带包层结构形式，3根监视线芯应间隔均匀并绞合；（6）无烟无卤橡胶护套挤出：按照表9的硫化工艺挤出，材料厚度、最薄点等参数严格执行工艺规定。表7185mm2三层共挤挤出工艺参数温度参数±（5℃）60机150机90机机头螺杆机身一机身二螺杆机身一机身二螺杆机身一机身二12347595100751001008010010011011011075表8185mm2三层共挤硫化工艺参数起车稳定闷管时间min水位%线速度m/min蒸汽压力±0.5bar线速度m/min蒸汽压力±0.5bar0.773.5123033表9MYDPTJ-8.7/10Kv3×185+3×70/3+3×2.51无烟无卤外护套挤出和硫化工艺参数温度参数±（5℃）生产速度参数闷管时间水位%150主机起车稳定螺杆机身一机身二机头模套座线速度m/min蒸汽压力±0.5bar线速度m/min蒸汽压力±0.5bar45758580500.652.184033新产品的应用新材料的应用：绝缘、屏蔽和护套：由于无烟无卤橡套软电缆的使用环境，材料必须满足以下要求；耐温等级必须在-15℃～75℃之间，这样能承受矿井温差的变化。绝缘材料要具有很好的电气性能、耐热性能和物理机械性能，这样才能保证矿用橡套电缆在恶劣的条件下承受各种外来因素的破坏任能正常工作。绝缘屏蔽和绝缘之间具有很好的剥离性能，保证工人安装方便的同时保证绝缘线芯和接头之间不会发生放电。具备良好耐湿热性能；具备良好的阻燃性能；具备优良的耐磨性能和很好的机械物理性能；除了上述各项优异性能外，无烟无卤护套料，要求电缆阻燃实验时，材料必须满足以下要求；HCL释放量≤100mg/g；烟密度（有焰）≤100dm；烟密度（无焰）≤250dm；具备良好的阻燃性能；我们通过对国内几家材料的试制、测试和对比，选择了一种比较适合我们要求的材料，该护套材料各种技术指标均能满足设计要求，具体材料性能见表5。新工艺的应用：无烟无卤材料采用氯丁橡胶作为基体材料，氯丁橡胶由于含有双键，使其容易先期焦烧，因此在挤出时，特别要对温度进行控制，同时为了达到无烟无卤效果，橡胶中添加了大量的无机阻燃剂，流动性变差，因此，模芯和模套工艺配模严格，一般情况下模套内径＝电缆外径+0.3~0.5；模芯内径=缆芯外径+0.1~0.3mm；为提高模具表面光洁度，模芯外壁和模套内壁均采用镀鉻工艺，提高材料在模具中的流动性；模套承径选取为6mm，在保证材料挤出密实的前提下，又能兼顾到减少材料在模具中的压力，保证电缆表面光滑圆整及密实。具体材料性能见表10。表10无烟无卤护套物理机械性能项目名称单位橡皮护套DD-H-90密度≤g/cm31.6拉伸强度≥Mpa12.0断裂伸长率≥%180热老化后试验温度℃100偏差℃±2试验时间h7*24拉伸强度≥Mpa抗张强度变化率≥%-15断裂伸长率≥%260断裂伸长率变化率≥%-25浸油试验试验温度℃100偏差℃±2试验时间h24拉伸强度≥Mpa抗张强度变化率≤%±40断裂伸长率≥%断裂伸长率变化率≤%±40热延伸试验试验温度℃200偏差℃±3载荷时间min15机械应力N/mm220载荷下最大伸长率%175冷却后最大永久伸长率%25撕裂强度≥N/mm5.0硬度（邵氏A）50～80门尼粘度≤75正硫化点℃，min185℃，2～5min氧指数≥%35烟密度（有焰）Dm≤100烟密度（无焰）Dm≤250产品的质量控制为确保成品电缆的各项指标合格，我们对产品质量的控制从以下几个方面开展：原材料按IS09001规定程序评估采购，进厂严格按标准检验，合格后投入使用。生产时严格执行工艺文件。工序质量严格执行“三检”制，及质量手册中《过程控制程序》，严禁不合格品流入下道工序。成品检验严格按产品标准测试通过后，方为合格。试制关键技术及出现的主要问题产品在试制过程中，我们进行了全程跟踪，解决了两大关键工艺技术问题：（1）屏蔽层挤出工序，导体屏蔽为包在电缆导体表面外的半导电材料，用于大于3kv的高压电缆防止电晕产生。在每一相多股绞线外包上导线屏蔽后，增大导线的曲率半径，均匀了电场，防止电晕的产生，故导线屏蔽又称均压带。为了确保屏蔽层的厚度及同心度我们选择挤出在德国进口的设备上挤出，选用SIKORA测试，能够精确测量壁厚和偏心度，使得我们挤出是厚度均一，偏心率很小。（2）无烟无卤护套材料的挤出：为了达到无烟无卤效果，胶料配方中加入了大量的无机阻燃剂，导致挤出时困难，通过大量实验摸索挤出数据最终确定挤出和硫化工艺。挤出和硫化工艺见表11表11MYWPTJ-8.7/10Kv3×185+3×70/3+3×2.51无烟无卤外护套挤出和硫化工艺参数温度参数±（5℃）生产速度参数闷管时间水位%150主机起车稳定螺杆机身一机身二机头模套座线速度m/min蒸汽压力±0.5bar线速度m/min蒸汽压力±0.5bar45758580500.652.184033成品性能试验结果该产品试制后，产品全部性能经国家采煤机械质量监督检验中心检测，所有性能均达到规定的要求。本章小结本章主要根据研究的配方对矿用低烟无卤橡胶电缆进行设计。并叙述了矿用低烟无卤橡胶电缆的材料的选择、技术特性、实验指标及工艺流程。根据设计的方案对电缆进行试制。结论开发高效、低毒、绿色环保型阻燃剂将是低烟无卤电线电缆料发展的主流，国内外在实际应用中也取得了一系列的成果，但是阻燃剂的应用还存在明显的不足，应该从机理和应用两方面深入研究使其不断完善和发展。无卤阻燃剂组成及结构特点决定了它极性强，亲于水，而高分子材料基体是亲油性，不易与极性较弱的材料相容。通过本文的研究，实现无烟无卤阻燃电缆料一般有以下几个方向:1、改变基体树脂，不再采用PVC作基体树脂。2、使用新型低烟无卤阻燃剂3、