氧指數(shù)測量方法的局限性

　阻燃性能是阻燃電纜護套材料的關鍵性能。目前，我國線纜行業(yè)中多用氧指數(shù)（OI）來衡量材料的阻燃性能，通過對原材料氧指數(shù)的測量實現(xiàn)對電纜成束阻燃性能的控制。在國家標準GB/T2406.1-2008《塑料用氧指數(shù)法測定燃燒行為第１部分：導則》和GB/T2406.2-2009《塑料用氧指數(shù)法測定燃燒行為第２部分：室溫部分》中規(guī)定氧指數(shù)是指“在規(guī)定的條件下（通入（２３±２）℃的氧、氮混合氣體），剛好維持材料燃燒的最小氧濃度（以體積分數(shù)表示）"。氧指數(shù)越高則表示材料越難燃燒，氧指數(shù)越低則表示材料越易燃燒。

但近年在生產(chǎn)實際中發(fā)現(xiàn)，所生產(chǎn)的阻燃電纜的成束阻燃性能波動較大（炭化高度各不相同），時有成束燃燒試驗不合格產(chǎn)品出現(xiàn)。對此，采用魚骨圖分析方法進行了研究，發(fā)現(xiàn)造成阻燃電纜阻燃性能變化的主要原因是阻燃護套材料的阻燃性能發(fā)生了變化，對于鎧裝阻燃電纜，還包括其內(nèi)護套材料阻燃性能的變化。經(jīng)查找原始資料后發(fā)現(xiàn)，這些相同型號規(guī)格的阻燃電纜產(chǎn)品所用阻燃護套（或隔離套、內(nèi)襯層等）材料，雖然不是來源于同一廠家，但它們的氧指數(shù)、電壓等級基本一致。

采用不同廠家護套材料生產(chǎn)的同型號阻燃電纜的成束燃燒試驗結(jié)果

UL94垂直燃燒試驗檢測方法

針對傳統(tǒng)氧指數(shù)測量方法評定護套材料阻燃性能的不足，本文借鑒了UL94：2018《Ｔｅｓｔ　ｆｏｒＦｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｌａｓｔｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｆｏｒ　Ｐａｒｔｓ　ｉｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ》標準中材料試樣垂直燃燒試驗（Ｖ級防火試驗）方法進行護套材料阻燃性能評定，試驗裝置如圖１所示。相比氧指數(shù)測量方法采用的由上往下點燃試樣，垂直燃燒試驗采用的火源自下而上點燃試樣，與電纜成束燃燒試驗時的火源點燃方式更為接近。

UL94標準中材料試樣垂直燃燒試驗裝置示意圖

為更好地區(qū)分材料的成炭性、引燃時間和自熄性，對UL94標準中材料試樣垂直燃燒試驗方法進行了改進：確定試驗試樣寬度為（6.0±0.2）ｍｍ，試樣厚度為（3.0±0.2）ｍｍ，施焰時間分別為10s／次和20s／次，施焰方式為火焰熄滅后即二次點火（如出現(xiàn)小火邊上一直蔓延不熄的情況，則不待火焰完一全熄滅，間隔施焰時間后繼續(xù)供火，以避免“小火邊上蔓延"引起的測試結(jié)果波動）。同樣選取上述５家護套材料生產(chǎn)廠家（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）生產(chǎn)的氧指數(shù)≥３２％的低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料分別制成材料試樣１＃～５＃，每個試樣制作２個相同的樣條（Ａ、Ｂ）

進行UL94垂直燃燒試驗，試驗結(jié)果如表所示。

不同廠家低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料的UL94垂直燃燒試驗結(jié)果

根據(jù)上述低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料的UL94垂直燃燒試驗結(jié)果可分析得：

ａ．采用UL94垂直燃燒試驗，可以有效反映阻燃護套材料的阻燃性能，包括難燃程度（不燃次數(shù)越多越好）、自熄性能（不燃次數(shù)及余焰情況）、成炭性能、滴落性能。

ｂ．阻燃護套材料在UL94垂直燃燒試驗中表現(xiàn)的阻燃性能優(yōu)劣與其制成的阻燃電纜成束燃燒試驗結(jié)果密切相關，不論是２０ｓ／次施焰時間還是１０ｓ／次施焰時間，護套材料不燃次數(shù)，均與成品阻燃電纜成束燃燒試驗結(jié)果成反比，材料不燃次數(shù)越多，電纜成束燃燒試驗中的炭化高度越低。

ｃ．相對于２０ｓ／次施焰時間，１０ｓ／次施焰時間可更清晰地區(qū)分阻燃護套材料的垂直燃燒性能。

ｄ．相比于氧指數(shù)測量方法，基于ＵＬ９４垂直燃燒試驗的檢測方法能更為精準地評定護套材料阻燃性能，更有助于對電纜成束阻燃性能的控制，進而預判電纜成束燃燒試驗結(jié)果。

UL94垂直燃燒試驗的應用

電線電纜的阻燃性能除與結(jié)構(gòu)有關外，很大程度上受到阻燃護套材料性能的影響，研究護套材料的阻燃性能對保障成品電纜阻燃試驗的通過有重要的意義。本文通過對護套材料阻燃性能的評定方法的研究得出了如下結(jié)論：

ａ．相比于氧指數(shù)測量方法，基于UL94垂直燃燒試驗的檢測方法能更為精準地評定低煙無鹵阻燃聚烯烴護套材料的阻燃性能。

ｂ．相對于２０ｓ／次施焰時間，１０ｓ／次施焰時間的UL94垂直燃燒試驗檢測方法可更清晰、有效地反映低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料的阻燃性能，并與材料制成的電纜的成束燃燒試驗結(jié)果存在對應關系。

ｃ．采用阻燃性能合格的阻燃ＰＶＣ護套材料（即在10s／次施焰時間的UL94垂直燃燒試驗中達到５次10ｓ不燃）制作了各型號規(guī)格的3.6／6kV非鎧裝電纜，在之后的電纜ＺＣ成束燃燒試驗中發(fā)現(xiàn)所選阻燃ＰＶＣ護套料并不能保證所有型號規(guī)格電纜都能通過ＺＣ成束燃燒試驗。由此開啟了下一步研究工作，即對特定電纜產(chǎn)品通過成束燃燒試驗需用材料的UL94垂直燃燒性能指標的研究，具體目標就是尋找能夠滿足小規(guī)格3.6/6kV 非鎧裝電纜ＺＣ成束阻燃性能的阻燃ＰＶＣ護套料。這可對通過成束燃燒試驗的電纜進行反向研究阻燃護套材料的垂直燃燒性能，找到對應合格阻燃電纜產(chǎn)品的護套材料阻燃性能指標要求，并在批量生產(chǎn)中通過監(jiān)控這一指標，來確保成品電纜成束燃燒試驗合格。