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1、CMP阻燃等级数字通信对称电缆的设计与制造宁波东方大金通信科技有限公司俞国军摘要：介绍了CMP阻燃等级数据电缆的主要结构及原材料特点，详细讲述了FEP绝缘的挤出设备、工艺等方面的技术特点和参数，本文章主要论述了电缆的设计与制造。关键词：CMPFEP数据电缆制造1、前言高层建筑防火是整个社会关心的话题，在美国，由于上世纪七十年代大规模火灾的教训，国家规定所有高层建筑必须使用以氟树脂FEP为绝缘材料的CMP级线缆。然而在中国，新型的阻燃电缆产品还刚处于起步阶段。随着我国经济的不断发展，一座座高层建筑拔地而起，建筑内部的综合布线却一直存在着防火隐患：2000年3月河南洛阳的东都大厦、2002年6月北
2、京蓝极速网吧、2003年2月哈尔滨天潭酒店、2004年2月吉林中百商厦这些建筑都因为电缆助燃的原因而毁于一旦，埋葬在火海中的生命更是数以千计。提高人们对阻燃电缆的认知、大范围推广阻燃电缆的应用已迫在眉睫。国内外一系列重大火灾的调查表明，对于建筑物内的人和设备来说，火灾时威胁最大的不是明火和热量，而是各种易燃材料在燃烧时产生的烟雾。这些浓烟很容易使人中毒窒息，并且其中夹杂的细小烟雾颗粒和导电碳粒子更可弥漫到远离火场的设备间和办公场所，可能对设备造成毁灭性的损害，其不利影响可能持续困扰用户相当长的时间，潜在损失更是无法估量。数据电缆是大楼综合布线中用量最多，并直接分布在大楼的每个角落，在火灾中，它
3、的助燃作用最大。据专家介绍，一栋40层的大楼约铺设60万米普通通信电缆，其包覆材料如果换算成汽油，则相当于3000升。这些缆线一旦燃烧起来，就算没有其他助燃材料，焚毁一栋大厦也是绰绰有余。国内通信线缆主要的防火等级采用了美国标准的CMP、CMR、CM。CMP级别阻燃线缆被公认为防火性能最好的线缆，其可以不增加任何布线管道情况下达到很高的阻燃效果，我们下面对其设计和制造作以下详细的论述。2.1 2、电缆的基本结构与材料电缆的基本结构CMP阻燃等级数据电缆结构和普通数据电缆并没有两样，还是四对实心绝缘对绞对称结构，六类电缆还需要在四对中间夹一个十字形填充骨架。2.2绝缘和护套材料和普通数据电缆相比
4、，CMP阻燃等级数据电缆的绝缘和护套材料具有很大的区别，我们通过表1对比CMP阻燃等级数据电缆和普通CM阻燃等级数据电缆的主要材料的不同。表1:CMP阻燃等级与普通CM级数据电缆材料选用的比较差异点普通CM级CMP级绝缘材料名称高密度聚乙烯（HDPE）聚全氟乙丙烯（FEP）氧指数17.595熔点126135C260266C介电常数2.32.1其他燃烧时有浓密的烟产生，在一定温度下，产生严重的滴流，造成二次燃烧不燃烧，一定温度时有少量烟产生，并有少量滴流。护套材料名称聚氯乙烯（PVC）低烟聚氯乙烯（LS-PVC）氧指数30548以上烟密度（透光率）5065%90%以上其他燃烧后成粉末状掉落。燃烧
5、后能结成硬块包覆在电缆表面，防止绝缘滴流。2.3中心十字骨架材料CMP阻燃等级数据电缆中心十字填充骨架材料最理想的材料就是FEP,但是由于FEP原材料的价格昂贵，市场也有低烟无卤性阻燃PE材料，其价格相对便宜，但是抗拉强度不足，容易造成十字形骨架变形或断裂，故采用FEP十字骨架。3、FEP绝缘挤出设备3.1挤出机的材质熔融后的FEP氟塑料在挤出机内流动过程中会产生微量的腐蚀性气体，因而与氟塑料直接接触的部件需要使用耐热、耐腐蚀的金属（材料要Fe含量少，Ni/Cr含量高）。螺杆、分流板、法兰、十字机头、模芯、模套等部位可以使用Inconel600、Monel400、HastelloyC276、G
6、H113等材料。此类材料低温时相对较软，在清理螺杆、机头、模具时应避免使用钢丝刷，应该使用较细的铜丝刷，另外在长时间不运转时应清理干净挤出机内的氟塑料，并垂直悬吊螺杆，避免螺杆长时间水平放置弯曲变形以致不能使用挤出机料筒为了避免磨损要选用比螺杆坚硬的材料，一般使用总成双金属，即料筒内表面使用较硬质耐温耐腐蚀材料，其他使用普通金属，一般其内表面材料为XAlloy306、Halloy（H305,H503）。3.2 挤出机螺杆的设计根据聚全氟乙丙烯的特点，其挤出机螺杆的设计上和其他材料也有所不同，一般采用单头全螺纹、等距突变式压缩螺杆，一般螺杆形状和技术参数如下：长径比：2025螺距：1D加料段长度
7、：14.516.5D压缩段长度：1.52D均化段长度：46D压缩比：3为了确保FEP塑料的充分塑化，一般螺杆均化段长度占总长的2025%左右，螺杆顶端应呈圆锥形或小圆台形，以防止塑料的长时间停滞分解。4、FEP塑料绝缘挤出工艺要点FEP塑料在加工过程中主要有两个特征，即具有熔融破裂的倾向和熔融状态下有特别高的可拉伸性。根据这两个特点，在FEP塑料绝缘生产过程中的温度分布、模具设计和配置、速度和压力等的控制都与此有关。4.1 温度分布FEP挤出机的温度分布一般以280C（进料口）至400C（机头）直线上升为佳，机头温度波动范围应尽可能小（控制在土5C以内），在不致FEP塑料分解的前提下，尽可能提
8、高机头温度，降低塑料粘度。一般温度分布如下：挤出机后部（加料段）：一般为两个区域，第一区域为预热塑料到半熔融状态，一般温度设定在280320E;第二区域为将半熔融状态的塑料加热到熔融状态，一般温度设定在320360C。挤出机中部（压缩段）：使塑料完全熔融并剪切压缩塑料，一般温度设定为360380C。挤出机前部（均化段）：设定温度使塑料混炼充分，能使制品稳定挤出、充分拉伸，这部分温度过高时会导致塑料的劣化和发泡，一般温度设定为380400C。颈部（连接头、法兰）：必须保持这种熔融状态直到让它流动到模具，一般设定温度和挤出机前部相同机头（模具）：设定温度使包覆电线内外不发生熔融破裂，通常和挤出机前
9、部的温度设定相同，在高速的情况下需要设定更高的温度，一般为390410C。4.2模具的设计FEP塑料的成形容易发生熔融破裂，所以通过采用挤管式模具，增大模具开口，降低熔体在模口处的流速，使其在低于临界剪切速率的适当挤出速度下挤出塑料。一般模具设计主要有两个参数，即模具拉伸比（DDR）和模具拉伸平衡系数（DRB）。Df-D：DdDc模具拉伸比（DDR）=D2D2，模具拉伸平衡系数（DRB）=占*D-Db-DcDtDb其中：Dd模套的内径Dt模芯的外径Db绝缘外径Dc导体外径FEP挤出模具拉伸比（DDR）选择范围为70120,一般情况下为100左右，如果随着挤出速度的升高，熔体粘度高时，为了防止发
10、生包覆断裂可以适当减小拉伸比（高速挤出时可以为70）。在绝缘厚度较厚时，为了防止龟裂及熔体下垂造成偏心问题，拉伸比也可以适当降低。拉伸平衡系数一般选择1.05，其允许范围为0.901.1，当拉伸平衡系数大于1.1时，绝缘层强度和耐龟裂性会不足，当其低于0.9时，会无法得到圆形，出现椭圆形或绝缘断裂现象。在模芯设计中，模芯内径应尽可能大，不致使温度较低的导体和模芯内壁接触造成模芯温度低于熔体温度，绝缘内部缠身内应力，以致绝缘开裂，一般情况下，模芯内径比导体外径大35mm。4.3滤网和分流板为了滤除异物，除去空气和挥发物质，增加背压，使混炼均化，稳定挤出机头压力，一般在挤出机螺杆顶部放置34层滤网
11、和一块分流板，滤网材料一般使用镍网或耐腐蚀不锈钢，网眼大小一般在80120目，一般可以为80、100、120三层。分流板材料一般与螺杆相同，开孔率60%65%,开孔大小2mm最为适宜。4.4螺杆转速不同分子量的FEP材料具有不同的熔融指数（MFI）,熔融指数不同的材料，其临界剪切速率也不同，平均分子量越小，熔融指数越高，临界剪切速率也越高。为了保证有较好的产品质量，同时也保证生产效率，一般挤出速度都采取临近临界剪切速率。通常最佳挤出机螺杆转速如下表:熔融指数（g/min）螺杆转速（RPM）10以下101510201525203025353035455、质量控制CMP阻燃等级数据电缆电气性能和部
12、分机械物理性能和普通阻燃级别数据电缆要求一致，质量控制上也基本一致，很多文章都已经对此作了详尽的论述，再次不再重复，本节特别针对绝缘和护套的生产过程中的容易出现质量问题的要点做出分析。5.1 FEP绝缘对数据通信电缆来说，特别是六类以上数据电缆，绝缘外径的波动和同心度两个参数的差异能给产品质量造成很大的变化。由于FEP绝缘采用大拉伸比的挤管式模具挤出，挤出机内部压力相对PE挤出要小很多（同规格挤出机，同样的挤出量下，一般挤压式挤出压力是挤管式挤出的23倍），挤出机内部压力的微小波动能对绝缘外径造成很大的影响。挤出机的压力变化主要是电机的转速不稳和塑料的内流动造成，电机转速不稳定可以通过加大减速
13、比来减小电机转速变化对螺杆速度的影响，一般挤出机的减速比为2030。解决塑料内流动，在螺杆与滤板间设置23层滤网，可以增加反压力，减小螺杆内部压力变化对外部的影响。同心度也是衡量绝缘单线质量好坏的一个标准，也是直接影响产品电气性能较大的参数，对于FEP绝缘挤出增大模芯内孔，可以避免导体与模芯内壁接触，降低模芯温度，由于导体过孔的增大，导体的抖动也明显加大，绝缘同心度也随之波动，增加控制难度。在导体进入模具之前增加一道比导体外径稍大的模具，并可以调节模具的上下左右位置，定好导体位置，在冷却水槽前加设托线轮，也可以调节上下左右位置，减小设备的抖动对产品的影响。由于采用挤管式挤出，绝缘的附着力也是一
14、个很大的问题，一般FEP挤出都通过吸真空来调节拉伸锥度，拉伸锥度越小，锥体越长，产品附着力越小，相反，锥度越大，锥体越短，附着力越大，一般数据电缆为了适合绝缘剥离，锥体长度控制在20mm左右。5.3阻燃PVC护套护套是电缆绝缘的防护层，其质量的好坏直接影响了产品的物理机械性能，对于CMP阻燃等级产品，护套的质量也直接影响了该产品的阻燃性能。一般CMP阻燃等级电缆护套是采用高氧指数、低烟密度的PVC产品，其另外的特性是在产品燃烧后结焦，阻止火焰破坏产品内部绝缘，也杜绝产品绝缘燃烧和滴流。为了使护套打到它应有的作用，我们在护套生产过程中应注意：护套不宜过紧。如果护套太紧，护套内部尚存在很大的内应力
15、，在高温下或燃烧中，护套会大幅收缩，造成部分绝缘无法得到护套的保护，降低了产品性能。因此，护套生产时，模具拉伸比应控制在1.02.5,拉伸平衡系数控制在1.01.05。护套挤出温度不宜过高。高阻燃护套材料为了提高氧指数降低烟密度加了很多阻燃剂和消烟剂，其中不乏AI(0H)3、Mg(0H)2等含水无机物，如果温度过高容易造成材料脱水起泡，不仅降低护套抗拉强度，也降低护套的阻燃性能。6、测试CMP阻燃等级数据电缆的测试主要分为两大类，即电气传输性能和物理机械性能，其中电气传输性能与普通数据电缆一致，在此不再赘述。物理机械性能中我们着重讲述一下大规模燃烧试验的方法与指标。CMP阻燃等级是遵循于美国保险商实验室(UnderwritersLaboratoriesInc以下简称UL)所规定的标准UL910(CabIeFIame-PropagationandSmoke-DensityTest)要求，满足该要求电缆具有足够的阻燃和低烟特性，可不采用电缆管，直接安装于有空气的通道、隐蔽的用作空气通道的中空的建筑物空间，以及其他不进行专门隔离的有空气的空间(如含有油脂、可燃粉尘、蒸汽及类似物质的区域)，故不必符合通常的布线规则。根据该标准规定的燃烧试验方法，我们对燃烧试验
