吳士杰，陳勁，崔久德

（WuShijie，Chen Jing， Cui Jiude）

（江蘇亨通線纜科技有限公司）

（Jiangsu Hengtong Wire & Cable Technology　Co.，Ltd.）

CMR高阻燃環(huán)保CAT6電纜的研發(fā)

吳士杰，陳勁，崔久德

（WuShijie，Chen Jing， Cui Jiude）

（江蘇亨通線纜科技有限公司）

（Jiangsu Hengtong Wire & Cable TechnologyCo.，Ltd.）

“綠色環(huán)保阻燃電纜”是當(dāng)今世界電纜制造業(yè)的發(fā)展方向，我國(guó)電線電纜行業(yè)不斷致力于環(huán)保阻燃電纜的開發(fā)，以適應(yīng)企業(yè)的生存、發(fā)展，以及與國(guó)際接軌并參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。論文針對(duì)目前環(huán)保阻燃型數(shù)字電纜的制造，引進(jìn)了CMR材料進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。

CMR高阻燃；安全環(huán)保；CAT6數(shù)據(jù)電纜

1　引言

隨著IT業(yè)的飛速發(fā)展，綜合布線系統(tǒng)傳輸頻率向更高的帶寬發(fā)展，6類纜將占據(jù)今后綜合布線系統(tǒng)的主流地位，并隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)及生命財(cái)產(chǎn)安全意識(shí)的逐年增強(qiáng)，滿足歐盟ROHS指令的環(huán)保型產(chǎn)品將替代傳統(tǒng)的非環(huán)保型產(chǎn)品。而電子信息技術(shù)的膨脹式發(fā)展，使建筑綜合布線用量也越來(lái)越大，且存在電力電纜及數(shù)據(jù)電纜混合敷設(shè)的狀況（如圖1），一旦發(fā)生火災(zāi)，后果不堪設(shè)想。對(duì)于擁有世界上最大寬帶用戶的龐大國(guó)內(nèi)綜合布線市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，滿足高阻燃及歐盟ROHS指令的環(huán)保型6類纜將有著廣闊的市場(chǎng)前景。

2　高阻燃環(huán)保型CAT6電纜的市場(chǎng)現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展和計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，人們對(duì)綜合布線系統(tǒng)性能的要求也越來(lái)越高。目前，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率已經(jīng)從以前的10 Mb提高到100 Mb至155Mb、622Mb異步傳輸模式及更高的千兆比局域網(wǎng)技術(shù)模式。本產(chǎn)品帶寬可以達(dá)到250MHz，能滿足快速增長(zhǎng)的綜合布線系統(tǒng)對(duì)電纜的要求；并隨著人們環(huán)境及安全意識(shí)的逐年增強(qiáng)，高阻燃環(huán)保型產(chǎn)品將替代傳統(tǒng)的非環(huán)保型產(chǎn)品。

電纜作為火災(zāi)的發(fā)生源和傳播源之一，其阻燃防火性能的優(yōu)異程度，越來(lái)越受到電線電纜行業(yè)的關(guān)注。電纜燃燒時(shí)，有毒有害氣體大量產(chǎn)生造成人員傷亡及設(shè)備受損。隨著用戶對(duì)阻燃電纜的深入了解，對(duì)于阻燃環(huán)保電纜的需求也越來(lái)越強(qiáng)烈。目前，通常由于電纜的絕緣皮層老化，導(dǎo)致其絕緣性能下降，造成電纜短路引起火災(zāi)；由于電纜中間接觸電阻過(guò)大引起電纜電弧爆炸燃燒引起火災(zāi)，而火勢(shì)沿電纜線路的蔓延更增加了火災(zāi)的危險(xiǎn)性，且此時(shí)電纜已不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，不能及時(shí)準(zhǔn)確地把重要的信息傳遞出去，進(jìn)一步造成了更重大的損失。本產(chǎn)品采用了CMR高阻燃產(chǎn)品，能滿足快速增長(zhǎng)的綜合布線系統(tǒng)對(duì)高阻燃環(huán)保型數(shù)據(jù)電纜的要求，同時(shí)也符合電纜綠色制造的發(fā)展趨勢(shì)。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，綜合布線在世界范圍有著巨大的發(fā)展空間，根據(jù)千家綜合網(wǎng)對(duì)3M中國(guó)有限公司、德特威勒電纜系統(tǒng)（上海）有限公司、美國(guó)康普國(guó)際控股有限公司、泰科電子（上海）有限公司、耐克森凱訊（上海）電纜有限公司等國(guó)際知名布線商的調(diào)查，顯示在綜合布線系統(tǒng)中銅纜所占的比例至少在70%以上，而6類纜綜合布線系統(tǒng)將在歐洲市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。

國(guó)際上的發(fā)達(dá)國(guó)家，各種產(chǎn)品的環(huán)保指標(biāo)已經(jīng)成為考核產(chǎn)品的必要項(xiàng)目。2011年7月1日，歐盟議會(huì)和理事會(huì)在歐盟官方公報(bào)上發(fā)布指令 2011/65/EU（ROHS 2.0）以取代2002/95/EC，基于鉛、鎘、汞、6價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚等物質(zhì)的危害性評(píng)估報(bào)告將應(yīng)用到更加廣泛的領(lǐng)域。REACH是歐盟法規(guī)《化學(xué)品的注冊(cè)、評(píng)估、授權(quán)和限制》（REGULATION concerning the Registration， Evaluation，Authorization and Restriction of Chemicals），于2007年6月1日起實(shí)施，其中的高度關(guān)注物質(zhì)（SVHC）經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，目前已經(jīng)增加到161項(xiàng)。REACH要求制造商衡量其注冊(cè)產(chǎn)品中的每一種化學(xué)成分（大約有3萬(wàn)種）對(duì)公眾健康的潛在危害。REACH建立了這樣的理念：社會(huì)不應(yīng)該隨便引入潛在危害不確定的新的材料、產(chǎn)品或技術(shù)。對(duì)我國(guó)不少線纜企業(yè)來(lái)說(shuō)，這些指令無(wú)疑是一種更加隱蔽的技術(shù)性貿(mào)易壁壘，將給電線電纜企業(yè)尤其是出口數(shù)量大的企業(yè)帶來(lái)較大的影響。但只有我們突破了種種技術(shù)壁壘，取得進(jìn)入歐洲及世界市場(chǎng)的通行證，綜合布線才能有著巨大的國(guó)際市場(chǎng)。由此可見，公司開發(fā)的滿足歐盟環(huán)保指令的6類纜在世界上的市場(chǎng)需求也是非常巨大的。

3　現(xiàn)有產(chǎn)品的研究起點(diǎn)及水平

現(xiàn)有環(huán)保阻燃電纜具代表性的是低煙無(wú)鹵阻燃電線電纜，它有良好的環(huán)保特性，燃燒時(shí)發(fā)煙量較低，而且構(gòu)成低煙無(wú)鹵電纜材料不含鹵素，從而減少了對(duì)人身、儀器、設(shè)備的損害，有利于發(fā)生火災(zāi)時(shí)及時(shí)救援；雖然有良好的阻燃性、耐腐蝕性、極少煙霧濃度等優(yōu)點(diǎn)，但是目前的低煙無(wú)鹵材料，其阻燃水平還不能滿足大量數(shù)據(jù)電纜敷設(shè)時(shí)的阻燃要求，同時(shí)在柔軟度上亦不能滿足狹小空間下的敷設(shè)要求。但新開發(fā)的CMR高阻燃環(huán)保電纜，采用PVC做基材，并考慮燃燒熱、發(fā)煙量的控制，不僅在阻燃的級(jí)別上超越了現(xiàn)有的電纜水平，達(dá)到真正的高阻燃要求；同時(shí)，在保證高阻燃的前提下，對(duì)產(chǎn)品的機(jī)械性能及電氣也有相應(yīng)的要求與突破，真正意義上達(dá)到了高阻燃環(huán)保的要求。

4　CMR高阻燃環(huán)保型CAT6電纜產(chǎn)品設(shè)計(jì)

CMR高阻燃環(huán)保電纜具有較強(qiáng)的阻燃特性、穩(wěn)定可靠的導(dǎo)電性能、良好的環(huán)保性能、防蟲鼠害的特性，解決了現(xiàn)有阻燃電纜在使用中存在的問(wèn)題與不足，提高了應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。

4.1技術(shù)路線

本產(chǎn)品采用的高阻燃CMR級(jí)PVC電纜料是以聚氯乙烯樹脂為基材添加特種阻燃劑、消煙劑及穩(wěn)定劑、增塑劑等元素，經(jīng)特殊配方精密混煉加工而成。具有優(yōu)異的阻燃性，較低的發(fā)熱量及發(fā)煙量。當(dāng)電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理時(shí)，通過(guò)CMR級(jí)電纜的UL1666燃燒試驗(yàn)，燃燒透光率亦可達(dá)到30%以上，具有良好的擠出加工性能；且由于本產(chǎn)品擁有高性能的環(huán)保能力，符合RoHS、Reach等歐洲的環(huán)保要求，成功地解決了傳統(tǒng)電纜的環(huán)保問(wèn)題，因此真正實(shí)現(xiàn)了CMR高阻燃環(huán)保CAT6電纜的阻燃以及環(huán)保能力。

4.1.1工藝流程

工藝流程為：導(dǎo)體拉絲—絕緣擠出--絞對(duì)—成纜—護(hù)套—成圈—檢驗(yàn)出貨。

4.1.2工藝控制：

1）絕緣單線

絕緣單線的生產(chǎn)控制對(duì)于CAT6電纜的性能影響至關(guān)重要。

（1）當(dāng)導(dǎo)體或絕緣不是理想的圓柱時(shí)會(huì)造成電場(chǎng)畸變，影響電場(chǎng)的分布，從而影響電纜的許多項(xiàng)電氣性能指標(biāo)。如果導(dǎo)體不是圓柱體，意味著絕緣的厚度不均勻，那么在對(duì)絞工序后，兩導(dǎo)體間的距離，即兩導(dǎo)體間絕緣的厚度呈現(xiàn)周期性的變化。而當(dāng)絕緣的不是圓柱體時(shí)，在對(duì)絞工序后會(huì)造成兩導(dǎo)體的中心距呈現(xiàn)周期性的正弦或余弦變化。

嚴(yán)格控制導(dǎo)體橢圓度：如果成品拉絲?？撞粓A，那么拉出的導(dǎo)體就不圓整；導(dǎo)體在擠塑前經(jīng)過(guò)過(guò)線輪或其他裝置時(shí)造成的損傷也有會(huì)使導(dǎo)體變形等。

嚴(yán)格控制絕緣圓度：如果擠塑溫度過(guò)高，熱的絕緣料在冷卻前由于受到重力作用而下墜，造成絕緣不圓；擠塑?？撞粓A也會(huì)造成絕緣不圓；絕緣芯線在過(guò)線輪或其他裝置上造成擦傷等。

在生產(chǎn)高頻網(wǎng)絡(luò)線時(shí)，導(dǎo)體最大橢圓度不宜大于0.002mm，絕緣的最大橢圓度不宜大于0.007mm。

（2）絕緣偏芯會(huì)影響數(shù)字電纜的工作電容和電感從而引起阻抗的波動(dòng)。通常情況下，隨著線纜傳輸?shù)燃?jí)越高，同心度要求越高，例如，5類同心度要求不小于92%，超5類同心度不小于95%，6類及以上電纜時(shí)同心度應(yīng)在97%以上。在此介紹兩種簡(jiǎn)單快捷的偏芯度和同心度計(jì)算。

①測(cè)量4個(gè)對(duì)稱點(diǎn)的壁厚，取最大值與最小值的差再除以2。例如，如果最大

壁厚為0.269，最小壁厚為0.263，那偏芯度就是（0.269-0.263）/2=0.003。

②測(cè)量4個(gè)對(duì)稱點(diǎn)的壁厚，取最小值與最大值的比再乘以100%。例如，如果

最大壁厚為0.269，最小壁厚為0.263，那么同心度就是0.263/0.269×100%=97.7%。

（3）需要從以下幾點(diǎn)來(lái)嚴(yán)格控制絕緣偏心：模具選用不當(dāng)，模芯與導(dǎo)體間的間隙過(guò)大使導(dǎo)線在模芯內(nèi)晃動(dòng)造成偏芯；擠塑溫度過(guò)高，在冷卻前熱的塑料因重力作用下墜而造成偏芯、模芯和模蓋同心度達(dá)不到要求，這就需要更換模具。

（4）導(dǎo)體與絕緣的附著力不宜過(guò)小，也不宜過(guò)大。附著力過(guò)小，后續(xù)對(duì)絞和成纜工序會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體與絕緣之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，造成微觀上的不均勻，影響SRL值；而附著力過(guò)大，在有些場(chǎng)合下，會(huì)影響使用。因此，應(yīng)根據(jù)電纜的具體使用情況，確定附著力的控制范圍并嚴(yán)格控制。

（5）需要從以下幾點(diǎn)嚴(yán)格控制導(dǎo)體和絕緣附著力：首先，嚴(yán)格控制導(dǎo)體擠塑前的預(yù)熱溫度，這是控制導(dǎo)體和絕緣附著力的關(guān)鍵，預(yù)熱溫度不能過(guò)高或過(guò)低；其次，嚴(yán)格控制導(dǎo)體的清潔程度，如果導(dǎo)體在進(jìn)入擠塑機(jī)前不能徹底干燥，那么導(dǎo)體上的液體在受熱時(shí)可能氣化，影響導(dǎo)體與絕緣的附著力，還有可能導(dǎo)致導(dǎo)體表面質(zhì)量不好；最后，需要嚴(yán)格控制擠塑后的冷卻速度，第一段冷卻必須確保是熱水，特別是氣溫較低的季節(jié)。

2）絞對(duì)工序

對(duì)絞對(duì)的絞合節(jié)距進(jìn)行合理設(shè)定，節(jié)距誤差控制在±2 mm。絞對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)稱穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)反復(fù)的試制、驗(yàn)證，摸索掌握絞對(duì)合理的節(jié)距設(shè)定。并且穩(wěn)定地控制收放線張力。同時(shí)還應(yīng)考慮絞對(duì)的退扭率，測(cè)試頻率越高，要求的退扭率也越大。

3）成纜工序

絞合過(guò)程對(duì)放線的張力要求較高，針對(duì)這種特殊性，在電纜的成纜過(guò)程中，通過(guò)放線張力的控制、模具的合理配置等手段，保證纜芯結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定一致。

4）護(hù)套

由于產(chǎn)品需要滿足UL CMR燃燒試驗(yàn)，選用滿足UL CMR要求的護(hù)套材料，通過(guò)調(diào)模具的配置及收放線張力的控制，保證護(hù)套圓整，松緊度一致，護(hù)套與纜芯間要緊密結(jié)合，盡量少留空隙。最后需保證成品性能的一致性及穩(wěn)定性；采用盤具裝盤，這樣可以保證后續(xù)存放運(yùn)輸時(shí)電纜的穩(wěn)定性。

5）總體要求

為了滿足CMR高阻燃、環(huán)保及要達(dá)到CAT6電纜的性能，各道生產(chǎn)工序均要控制環(huán)境的衛(wèi)生和生產(chǎn)設(shè)備的張力穩(wěn)定性。

4.1.3主要技術(shù)指標(biāo)

1） 環(huán)保性能：滿足SJ/T 11365-2006 電子信息產(chǎn)品中有毒物質(zhì)的檢測(cè)方法；

2） 阻燃性能：滿足UL 1666 CMR；

3） 電氣性能：滿足TIA 568C.2；

4） 單根導(dǎo)體直流電阻：≤7.4Ω/100m；

5） 線對(duì)直流電阻不平衡：≤2.5%；

6） 線對(duì)工作電容：≤5.6nF/100m；

7） 對(duì)地電容不平衡：≤330pF/100m；

8） 插入損耗（IL）性能：≤25.4dB/100m、250MHz，遠(yuǎn)低于參考標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的≤32.8dB/100m、250MHz，富裕量達(dá)到7.4dB；

9） 輸入阻抗（Z0）性能： 1～250MHz：（100±10）Ω，其穩(wěn)定性，高于參考標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的（100±15）Ω。

4.1.4產(chǎn)品性能測(cè)試

產(chǎn)品通過(guò)：UL CMR安全規(guī)范及性能認(rèn)證、RoHS環(huán)保檢測(cè)。

4.2CMR阻燃材料

高阻燃CMR級(jí)PVC電纜料是以聚氯乙烯樹脂為基材添加特種阻燃劑、消煙劑及穩(wěn)定劑、增塑劑等，經(jīng)特殊配方精密混煉加工而成。CMR高阻燃環(huán)保電纜具有較強(qiáng)的阻燃特性、穩(wěn)定可靠的導(dǎo)電性能、良好的環(huán)保性能及防蟲鼠害的特性，解決了現(xiàn)有阻燃電纜在使用中存在的問(wèn)題與不足，提高了應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。

5　結(jié)束語(yǔ)

電線電纜產(chǎn)品出口到歐盟的技術(shù)壁壘，其中阻燃要求和環(huán)保指令是至關(guān)重要的。隨著人們對(duì)電線電纜火災(zāi)危險(xiǎn)性認(rèn)識(shí)不斷加深，為減少電線電纜火災(zāi)造成的損失，人們對(duì)電線電纜的防火特性、安全可靠性、環(huán)保性提出了更高的要求，加上數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率不斷增加，高阻燃環(huán)保型CAT6電纜的開發(fā)研究也不斷受到國(guó)內(nèi)外制造商的關(guān)注，同時(shí)也推動(dòng)了國(guó)內(nèi)對(duì)于高端高阻燃環(huán)保型電纜的發(fā)展。

The Research and Design of CMR High Flame Resistant Environmental Friendly CAT 6 Cable

CMR high flame resistant； safe and environmental friendly； CAT 6 cable

【 Abstract】 "Environmental friendly flame resistant cable " is the development direction of the world's cable manufacturing industry. National cable industry is continuously committed to the development of environmentally friendly flame retardant cable to be in line with international standard and to take part in the international market competition. And this article introduced CMR materials according to the demand of environmental friendly flame retardant data cable currently.