氟塑料電纜材料介紹

氟塑料電纜材料介紹

傳輸速度的高速化和高度的阻燃性能 ：CMP阻燃通信電纜的外包覆材料

·耐火性能

·實施大規(guī)模試驗得出的阻燃性能比較結(jié)果　

·CMP阻燃通信電纜的外包覆材料

·電氣特性

·美國采用的電纜外包覆材料

·世界性的阻燃性試驗

CMP阻燃通信電纜的特征
	(1)阻燃性高 是所有塑料中*難以燃燒的材料。 在美國廣泛應(yīng)用于Plenum空間，稱為CMP。 ＜電纜的試驗結(jié)果＞ (2)燃燒能量低 即使強制使其燃燒所發(fā)生的燃燒能量非常低(僅為聚乙烯的1/9)，所以不必擔心其火焰的蔓延。 (3)低煙 發(fā)生火災(zāi)時冒出的濃煙將成為阻礙人員避難和消防救護活動的因素。該材料燃燒后所發(fā)出的煙霧以及氣體極少。
	(1)毒性低 分解溫度高，所以能趕在發(fā)出分解氣體之前避難。紐約州的試驗結(jié)果表明，該材料的毒性和無鹵型聚乙烯基本相同。 (2)侵蝕性低 試驗結(jié)果表明，該材料的分解氣體對電氣產(chǎn)品電路的影響不比聚乙烯·氯乙烯大。
	(1)傳送損耗低 介電率·介電損耗因數(shù)低于其它樹脂，可減低傳送損耗，不失為*佳的絕緣材料。 (2)傳輸速度高 介電率低，尤其適宜于用做要求高速傳輸?shù)?類增強電纜以及6類LAN電纜的絕緣材料。
	(1) 鋪設(shè)簡單 可不套金屬管線布線，便于鋪設(shè)和改換布線。 (2)容積小·重量輕 因其優(yōu)異的電特性和機械強度，電纜絕緣材料的包覆厚度得以變薄，大量的電纜捆在一起也不會占用太多的空間。 (3)對環(huán)境的依存性小 具有優(yōu)異的耐熱性、耐候性、耐藥性、耐寒性，可長期使用。

建議 盡管建筑物不可能只由完全不燃燒的材料構(gòu)成，但我們可以盡可能地采用防火性能高的材料。 萬一火苗沒能得到控制而導致火災(zāi)時，*重要的是能盡快逃離現(xiàn)場。 使用氟樹脂「NEOFLON FEP」為材料的電纜，則可以控制火勢蔓延和煙霧發(fā)生，以保證迅速離開現(xiàn)場。 以氟樹脂「NEOFLON FEP」為材料的電纜是本公司為智能建筑物的綜合布線系統(tǒng)所特別推薦的產(chǎn)品。

 耐火性能：

作為高層建筑內(nèi)LAN電纜的外皮保護層材料，氟樹脂〈NEOFLONFEP〉具有以下優(yōu)勢。LAN電纜要求具有能控制火勢蔓延、通信高速化的特點，而氟樹脂〈NEOFLONFEP〉所具有的特性表明它有充分的理由能夠充當其包覆材料。
(1)阻燃性
NEOFLONFEP是一種極限氧指數(shù)超過95%的阻燃材料，其燃燒能非常低。即使發(fā)生火災(zāi)，它也不會成為使火勢進一步蔓延的二次火災(zāi)源。
<表-2>阻燃性（極限氧指數(shù)）比較

特性/種類	氟樹脂		其它樹脂
	FEP	ECTFE	PE	PVC
極限氧指數(shù) ※(Oxgen index %)	>95	60	18	45

※ASTM No.D2863
※極限氧指數(shù)即表示氧指數(shù)是指使該材料繼續(xù)燃燒而不熄滅所需的氧氣量的百分比。

※ PE：聚乙烯、PVC：聚氯乙烯

<圖-6>各種材料的燃燒能量比較

(2)CMP阻燃通信電纜的阻燃性和低煙性（斯泰納風洞試驗）

美國NFPA(National Fire ProtectionAssociation：全美防火協(xié)會)為防止由于鋪設(shè)在走廊吊頂層、密閉的管道內(nèi)或活動地板內(nèi)的電纜引起的火災(zāi)蔓延，對電纜外皮保護層材料以及電纜的阻燃性能作出了嚴格規(guī)定。采用FEP材料作為絕緣層的電纜通過了該協(xié)會的阻燃性能認證，經(jīng)UL910斯泰納風洞試驗(NFPA-262)證明，采用FEP材料作為保護層的電纜具有和鐵制金屬管同等的低燃燒性和低煙性特性。＜圖７＞＜圖８＞＜圖９＞

<圖-7>斯泰納風洞試驗（UL910）
斯泰納風洞試驗（UL910）通過實際使用電纜來測試電纜的耐燃性和發(fā)煙率，其測試結(jié)果近似于實際發(fā)生火災(zāi)情況下的使用結(jié)果。日本（社）電線綜合技術(shù)中心（簡稱：JECTEC）擁有這種測試設(shè)備。

＜測試方法＞
將電纜橫鋪在7.3m長的鐵制架上，向煤氣爐鼓風，測試在煤氣爐燃燒下電纜的火焰蔓延距離以及從電纜冒出的煙霧量，試驗時間持續(xù)20分鐘。

各種電纜的試驗結(jié)果如<圖-8>丄<圖-9>

<圖-8>蔓延率比較（火焰蔓延） <圖-9>濃煙率比較
·火焰蔓延距離在1.5m以下為合格 ·峰位煙密度在0.5以下為合格

※注： 絕緣體

護套材料

實施大規(guī)模試驗得出的阻燃性能比較結(jié)果：

下列圖片是世界阻燃性試驗中采用大規(guī)模試驗設(shè)備（BRE/FRS所有）對LAN電纜的阻燃性能和冒煙率作出的比較測試結(jié)果。試驗方法是將由200根電纜組成的電纜捆擺放于吊燈層空間，放在事先準備在下層房子右端的木材發(fā)出的火焰下烘烤，以測試電纜的延燒以及冒煙情況，試驗時間持續(xù)60分鐘。試驗時，用鼓風機從上端抽出空氣，制造強制性的空氣流，以忠實地再現(xiàn)實際火災(zāi)情景。根據(jù)電纜的不同種類，實施了3次試驗。請參照下面3張圖片。
另外，采用斯坦納管道試驗（ＵＬ９１０）方法也能得出同樣的結(jié)果。
[絕緣材料／包裝材料]
上層：普通通信電纜 [ CMX]
中層：低煙無鹵通信電纜 [ CSOH/CM
下層：阻燃通信電纜 [CMP]
注）LSZH：低煙無鹵樹脂、PE：聚乙烯

 

	點火后經(jīng)過1分53秒后	上層：普通電纜（CMX)	點著了。濃煙籠罩，視野模糊。
		中層：低煙無鹵電纜（LSOH/CM)	無變化
		下層：阻燃電纜（CMP）	無變化。

 

	點火后經(jīng)過14分53秒后	上層：普通電纜（CMX)	已全部燃燒
		中層：低煙無鹵電纜（LSOH/CM)	比上層著火晚，點火6分鐘后開始燃燒。 火勢與上層一樣迅速蔓延。
		下層：阻燃電纜（CMP)	無變化。

CMP阻燃通信電纜的絕緣層材料：

隨著通信事業(yè)的迅速發(fā)展，不遠的將來，圖像通信的傳輸速度將提高至100Mbps以上。從長遠來看，盡快引進采用具有優(yōu)異電性能的FEP材料制造的CMP阻燃通信電纜是非常有利的。FEP具有優(yōu)良的阻燃性能，萬一發(fā)生火災(zāi)時，它對火勢的蔓延能起到一定的控制作用。
●圖
LAN電纜的外皮保護層材料要求具有傳輸高速化、阻燃性高的特性。下面是適宜于用作LAN電纜保護層材料的主要構(gòu)成：


注※ 4 外皮保護層材料
PVC:聚氯乙烯樹脂
PVDF:聚偏氟乙烯
ECTFE:乙烯-三氟氯乙烯共聚物
PE:聚乙烯
※　７ 其它:FEP以外的絕緣電線
※?。?LSF:低煙性Hume PE
※　９ LSZH:低煙無鹵PE
※１０ FR:增加阻燃性能
※１１ 加＜＞符號:日英美三國1995年的主流產(chǎn)品

電氣特性:

（1）介電率、介電損耗因數(shù)和信號衰減量
以下公式表明了介電率、介電損耗因數(shù)和信號衰減量的關(guān)系以及介電率和信號傳輸速度的關(guān)系。如表5所示，F(xiàn)EP的介電率和介電損耗因數(shù)指數(shù)在所有樹脂中為*小。這表明FEP的信號衰減小、傳輸速度高，是*適宜于LAN電纜的包覆材料。

<表-5>各種塑料的電特性

特性（周波數(shù)）		FEP	低密度PE	交聯(lián)式PE	高密度PE	軟質(zhì)PVC
介電率	103Hz	2.1	2.25～2.35	2.27～7.40	2.30～2.35	4.0～5.0
	106Hz	2.1	2.25～2.35	2.27～7.50	2.30～2.35	3.5～4.5
介電損耗因數(shù)	103Hz	6×10-5	<5×10-4	0.0005～0.049	<3×10-4	0.09～0.16
	106Hz	5×10-4	<5×10-4	0.0004～0.005	<3×10-4	0.09～0.10

<表-6>包覆材料的種類和阻尼率
 

 

頻率 (MHz)	5類 (EIA/TIA規(guī)格)	5類 FEP/FEP※1	5類 FEP/PVC※1	3類 PVC/PVC※1
10	6.6	5.9	5.9	8.2
16	8.2	7.5	7.5	11.4
20	9.2	8.5	8.5	12.8
31.25	11.8	11.2	11.2	16.9
62.50	17.1	16.1	16.1	27.3
100	22.0	20.5	20.5	38.7

※1：[絕緣體/包裝材料]

（2）頻率、環(huán)境溫度依存性
FEP的介電率和介電損耗因數(shù)比其它材料小，而且在極廣的頻率帶范圍內(nèi)都幾乎不變。在高頻率范圍也能保持低介電率、低介電損耗因數(shù)的FEP包覆電纜，在高速傳輸（高頻率領(lǐng)域）領(lǐng)域的信號阻尼率小于其它材料。所以，我們確信它能滿足今后不斷發(fā)展的高速化信息系統(tǒng)的需求。
另外，F(xiàn)EP所具有的這些電氣特性不受環(huán)境溫度影響，用于室內(nèi)布線時，即使溫度發(fā)生變化，通信系統(tǒng)也不會受到任何影響。
<圖-15>介電率的頻率、環(huán)境依存性

<圖-16>介電損耗因數(shù)的頻率、環(huán)境依存性

美國采用的電纜外皮保護層材料:

■高層建筑的防火對策
70年代，世界貿(mào)易大廈等高層建筑中曾經(jīng)多次發(fā)生大規(guī)?；馂?zāi)?；馂?zāi)規(guī)模迅速擴大的原因之一是由于鋪設(shè)在吊頂層、活動地板里層的電線、電纜的包覆材料引起的火勢蔓延。1975年，美國政府在有關(guān)防火措施的法律中規(guī)定：鋪設(shè)在吊頂層、活動地板里層的電線、電纜必須采用金屬管。1978年，又制定了防火測試標準（UL910）。因FEP材料和以FEP為基礎(chǔ)的混合材料具有優(yōu)異的阻燃性能用其為絕緣層電纜可達到UL910的測試要求，美國國家電器規(guī)程（NEC）中，規(guī)定此種電纜可不用套金屬管布線放在plenum空間內(nèi)，并稱之為CMP等級。因此CMP電纜在美國迅速得到普及應(yīng)用。

●Plenum和Plenum電纜
Plenum是指天花板上和地板下面，用于空調(diào)風管、布線、維護等空間。鋪設(shè)在Plenum空間的電纜要求通過UL910測試。

■通信系統(tǒng)的高速化
美國的商用樓宇LAN電纜布線標準（EIA/TIA-568A※１）中，對信號傳輸速度以及與之相適應(yīng)的電纜規(guī)格作出了明確規(guī)定（表-1）。5類電纜作為信號傳輸速度*高的LAN電纜得到認可。5類電纜能支持目前所有的通信系統(tǒng)，所以美國的LAN電纜都采用它。
其中，作為用于通信速度為１５５Ｍｂｐｓ※2的ＡＴＭ※3和1Gbps的6類電纜，F(xiàn)EP包覆電線也受到推崇，可望成為支持新一代高速通信網(wǎng)的LAN電纜。

●表-1
美國的非屏蔽雙絞線電纜(UTP)規(guī)格(EIA/TIA-568A)和外包覆材料

 

分類	包覆材料※４	內(nèi)容及用途
	[絕緣材料/護套材料]
1類	PVC/PVC	用于簡易通信	沒有得到EIA/TIA-568A規(guī)格的承認 LAN電纜不采用
2類	PVC/PVC	用于音聲等低等級通信
3類	PVC/PVC FEP/PVDF FEP/ECTFE ECTFE/ECTFE	用于１６MHz以下的信號傳輸 用于１０Mbps以下的LAN電纜 例如：4Mbps Token Ring※５, 10BASE-T※６
4類	FEP/PVC FEP/ECTFE FEP/FEP	用于２０MHz以下的信號傳輸 用于１６Mbps以下的LAN電纜 例如：低損耗10 BASE-T, 16Mbps Token Ring
5類	FEP/PVC FEP/FEP FEP/ECTFE	用于１００MHz以下的信號傳輸 用于１００Mbps以下的LAN電纜 例如：100 BASE-X※６, 16Mbps TokenRing ATM(at 156Mbps)

注※１ EIA/TIA-568A
EIA(Electronic Industries Association)
TIA(Telecommunication Industries Association)
制定的美國商業(yè)建筑布線規(guī)格
※２ Mbps:Mega bit per second　信號傳輸速度單位
※３ ATM:Asynchronous Transfer Mode　新一代高密度高速通信系統(tǒng)
※４ 包覆材料
PVC:氯乙烯樹脂
PVDF:聚偏氟乙烯
ECTFE:乙烯-三氟氯乙烯共聚物
PE:聚乙烯
※５ Token Ring:IBM開發(fā)的電腦LAN系統(tǒng)
※６ 10 BASE-T, 100 BASE-X
Xerox, Intel, Digital Equipment 3公司共同開發(fā)的電腦LAN、"以太網(wǎng)"標準系統(tǒng)

世界性的阻燃性試驗：

 目前，世界各國都在就如何利用各種試驗設(shè)備、試驗方法忠實地再現(xiàn)火災(zāi)實況，以檢測各種電纜的阻燃性能而進行探討。其中，斯泰納風洞試驗設(shè)備（UL910）適宜于進行實體火災(zāi)的大規(guī)模試驗，被認為是理想的試驗裝置。目前世界上共有5臺這種裝置。除美國、英國各擁有兩臺外，日本（社）電線綜合技術(shù)中心（簡稱：JECTEC）也擁有1臺。

圖-3　阻燃性能試驗的層次結(jié)構(gòu)


注※１ BRE/FRS:
英國Building Research Establishment/Fire Research Station 的簡稱。
原英國環(huán)境廳的相關(guān)機關(guān)