从材料分析来认识电缆的阻燃特性

文｜杜邦中国集团有限公司 叶俊浩

由于近年来大楼内的电缆，尤其是数据通信电缆（局域网线）的使用数量急剧上升，电缆越来越成为大楼火灾的隐患。有些客户已开始认识到电缆的阻燃特性对大楼安全的重要性。市面上很多厂家都声称自己的电缆是阻燃电缆，但实际并非如此。真正的阻燃电缆对电缆的材料、制造工艺和测试方法都有着严格的规定。一些自称是阻燃电缆其实并没有阻燃的能力，甚至有些使用的是助燃材料，在火灾中不仅不能阻止火势蔓延，相反会提供大火持续燃烧的燃料。所以分清楚电缆是否真正的阻燃对大楼安全是十分重要的。厂家宣传资料上的“阻燃”只能做为一种参考，因为没有人会说自己的电缆是不阻燃的，但如果大家掌握一些材料方面的知识，多问几个为什么，那么大多数所谓的“阻燃”电缆就会露出马脚。

你应该要知道自己所用的电缆是用什么材料做绝缘的？

首先，要知道不同种类，不同用途的电缆所用的材料都是不一样的，例如：电力缆和通信缆用的材料完全不同。同一根电缆外被层（外层）和绝缘层（内层）的材料也是不一样的。以我们今天所讨论的数据通信电缆（局域网线）为例，无外乎表1所示的几种材料。

表1中所列的电缆名称只是因为市场上大家都这么称呼，有些是材料名，有些是测试标准名，并不是统一的叫法，在后文里笔者会提出如何正确称呼电缆的阻燃性能。

表1

从表1中可看出在绝缘层的材料选择中只有聚乙烯PE和氟塑料FEP两种，其中原因是：无论是超5类线还是6类线，甚至是更高速率的7类线，屏蔽的还是非屏蔽的线，其首要的功能是保证信号能够在导体中有效地传输。对绝缘层来说，材料直接包覆在导体上，起到的作用是使电子不从导体中溢出，用宏观的电气指标来说就是减少信号的衰减。所以简单的来讲，电缆的电气性能指标是由绝缘层材料来负责的。

我们再来看 PE和 FEP的分子结构图，如图1、图2所示

图1 聚乙烯PE的分子结构

图2 氟塑料FEP的分子结构图

大家可以发现两者都是一种对称的分子结构，这种对称的结构可以保证对信号的衰减影响最小，所以在选择绝缘层材料时，为了保证线缆的电气特性指标，必须从PE或者FEP这种对称结构的材料里去选择。

同样的道理，为了保证线缆的电气性能，绝缘层的材料是有纯度要求的，因为杂质的介入会破坏材料对称的结构特性，从而降低材料对信号的保护能力，表现为衰减等电气指标的恶化，从而达不到超5类、6类的电气要求。阻燃剂相当于一类杂质，所以在绝缘层里是不能添加阻燃剂，只能是纯的PE或纯的FEP。

我们在电缆制造中要追求线径的稳定、同心度的稳定、表面的光滑都是为了保证这种结构上的对称，从而达到电缆所需要的电气指标。

解释完绝缘层对材料的要求后我们再来看外被层。外被层主要承担物理保护，对电气性能的要求相对较低，所以没有对称结构的要求，选择的范围要广一些，也可以添加各种各样的阻燃剂来提高线缆的阻燃能力。每个厂家提供的阻燃剂配方都不相同，所以线缆的阻燃能力也不同，这就是为什么有的低烟无卤线缆能通过60332-3的燃烧，而有些只能通过60332-1的测试。

另外大部分阻燃剂只是在火灾的初始阶段起作用，其原理是利用化学反应产生一定量的水，来阻止基础材料的燃烧，这个过程称为“水合”作用。一旦阻燃剂消耗完，其基材仍然会燃烧，甚至会更加剧烈的燃烧，同时阻燃剂反应后的余留物质各种各样，大多数是有毒有害的，同时会带来环保等遗留问题。所以我们认为添加阻燃剂只是一种治标不治本的方法，真正的阻燃还是依赖于材料本身的阻燃特性。

还有一点需要强调的是线缆的阻燃并不是单单依赖外被材料的阻燃能力，相反的绝缘层材料起了更多的影响，一方面是绝缘层材料无法添加阻燃剂来阻燃，而且其在线缆中的用量会大于外被层，一旦达到材料的燃烧温度，就会燃烧。所以我们会在绝缘层材料上选择自身具有阻燃性能的材料，例如氟塑料FEP来提高整根线缆的阻燃能力。

弄清楚手上的电缆是何种材料做的绝缘层和外被层，对选择正确的电缆阻燃等级是有帮助的。但往往厂家不能详细说明电缆所用的材料，这时候你需要留一个心眼，小心用到“助燃”的阻燃电缆。你可以要求厂家提供权威的燃烧测试报告，例如美国UL或欧州IEC的测试报告。注意是权威的也就是用行业里都公认的测试方法测出来的报告，而不是某个厂家自己推行的某种测试方法。因为不同的测试方法会得出不同的测试结果，有些厂家会因为突出自己的某个指标而混淆视听。最常见的是某些低烟无卤电缆为了突出耐火时间用60332-1的燃烧测试方法来代替60332-3的方法。结果是表面上时间是变长了，实际上60332-1是单根燃烧试验，60332-3是成束的燃烧，光看时间并不能代表电缆的阻燃性就好。所以要用权威的测试标准来衡量电缆的阻燃能力，而不是用非标准的测试方法来追求某一个指标的优劣。

目前行业所认可的测试方法以及标准之间的对应关系，如表2所示。

所以我们建议用电缆所能通过的燃烧测试标准来称呼电缆，而不是用材料来称呼。例如：低烟无卤线缆的名称很难准确的表达电缆是60332-1级别的还是60332-3级别的，所以可以直接用60332-1电缆或60332-3级电缆来称呼这类电缆，也可用美国标准里对应CMx线缆( 相当于60332-1)或CM线缆（相当与60332-3）来称准确表述低烟无卤类电缆。

大家可能已经发现：低烟无卤类的线缆无论是60332-1线缆还是60332-3线缆都是阻燃等级较低的电缆，这是因为这类电缆的绝缘层材料和外被层的基本材料PE聚乙烯材料的本身特性所决定的。聚乙烯材料本身容易燃烧，其燃烧性能甚至超过了PVC聚氯乙烯，如图3所示。

表2

纯的PE材料其燃烧性能大致与汽油的燃烧性能相当，即使在外被层添加了阻燃剂，其燃烧性能还是几种材料里最高的。一旦阻燃剂消耗完，一根低烟无卤类的电缆就好比一根固体汽油在燃烧。可想而知在电缆密集的地方，例如数据中心、商业大楼等地方，集中的低烟无卤电缆好比一个加油站，安全隐患十分突出。所以在很多场合的设计规范里都明确指出要使用真正阻燃的CMP级电缆来保证所处场地的防火安全。

2009年6月颁布的《电子信息系统机房设计规范》（GB 50174-2008）里规定：在A类机房里应使用CMP阻燃级别的电缆。在一些行业的标准里更是指明了具体的应用场合。例如在铁道部2009年12月颁布的《高速铁路设计规范》（TB 10621-2009）里指明了在调度中心、票务中心及调度所信息设备机房都需达到 GB 50174-2008里A类建筑的标准使用CMP等级的电缆。

随着国内对阻燃电缆的认识加深以及标准的日益完善，真正的阻燃电缆会逐步被大家所认识，并在需要的场合里合理的使用。希望本文能帮助大家对材料有进一步的认识，从而正确地了解所购电缆的阻燃特性。

图3 不同类型电缆材料的燃烧性能对比