蘇榮，楊屹

中國(guó)信通院泰爾認(rèn)證中心，北京，100088

0 引言

近年來,由于我國(guó)通信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，人們?cè)趯?duì)光纜產(chǎn)品的需求不斷增加的同時(shí)，安全和健康問題也始終得到生產(chǎn)者與用戶的關(guān)注，并逐漸成了當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)的關(guān)鍵焦點(diǎn)。通信光纜是國(guó)家和社會(huì)的通信命脈，也是現(xiàn)代信息社會(huì)的重要基石，其安全問題必然不可忽視。雖然良好的力學(xué)、傳輸性能是光纖和光纜產(chǎn)品的基本要求，但對(duì)于布設(shè)于高層建筑室內(nèi)以及一些電力、礦用、地鐵、隧道等特殊場(chǎng)合使用的光纜也對(duì)阻燃性能提出了明確的要求，因此了解不同阻燃光纜的生產(chǎn)要素、應(yīng)用特點(diǎn)與敷設(shè)方式對(duì)光纜生產(chǎn)者和用戶都具有重要意義。

阻燃光纜是一類可以延遲著火并減緩火災(zāi)傳播速度的新型光纜。在阻燃光纜脫離明火影響范圍后，燃燒火焰將迅速自動(dòng)熄滅，可避免進(jìn)一步的火災(zāi)破壞。通過近些年來的持續(xù)投入，研究者與生產(chǎn)者已陸續(xù)開發(fā)出各種適合于不同使用場(chǎng)合的光纜阻燃技術(shù)。目前阻燃光纜已大規(guī)模應(yīng)用于建筑內(nèi)綜合布線、電力通信業(yè)、航空業(yè)、航海業(yè)、采礦業(yè)、軌道交通業(yè)以及各種易引起火災(zāi)事故的特種通信場(chǎng)合[2]。由于當(dāng)前國(guó)內(nèi)阻燃光、電纜的工程建設(shè)缺乏明確、具體和詳細(xì)的技術(shù)操作標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際工程往往只能靠工程師的個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)來開展，長(zhǎng)此以往，將造成許多工程問題難以被發(fā)現(xiàn)與監(jiān)測(cè)，阻礙工程質(zhì)量的進(jìn)一步提升[3]。針對(duì)此類問題，本研究根據(jù)阻燃電纜的類型和構(gòu)造，著重就阻燃光纜的生產(chǎn)要素、應(yīng)用與架設(shè)進(jìn)行探討分析[1]。

1 阻燃光纜生產(chǎn)要素

1.1 阻燃材料

加工阻燃光纜外護(hù)套材料時(shí)，生產(chǎn)廠家一般會(huì)在塑料中添加適當(dāng)?shù)淖枞紕棺o(hù)套在燃燒過程中能降低其物理或化學(xué)反應(yīng)的能力，從而提高護(hù)套料的阻燃性能。按照化學(xué)分子結(jié)構(gòu)其可分為鹵系阻燃劑和無鹵阻燃劑，常用的阻燃劑多含有鹵素和磷、氯、溴及氫氧化鋁、氫氧化鎂等。

通常維持燃燒所需的是自由基連鎖反應(yīng)，而常用的鹵系阻燃劑是以終止自由基連鎖反應(yīng)機(jī)理而發(fā)揮阻燃的作用。鹵系阻燃劑通常包括溴類、氯類、磷類三大類別，優(yōu)勢(shì)在于對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能幾乎沒有影響，與基體樹脂相容性好，分解溫度大多在200～300℃。鹵系阻燃劑與各種高聚物的蒸發(fā)溫度與分解溫度范圍相近，所以高聚物在分解時(shí)，捕捉高分子材料分解時(shí)的自由基，阻止、延緩或抑制燃燒鏈的反應(yīng)，形成氣相阻燃、凝聚相阻燃的協(xié)同效應(yīng)，提高了阻燃效率，減少了阻燃劑的添加量。鹵系阻燃劑雖具有以上阻燃優(yōu)點(diǎn)，但這些材料的分解和燃燒產(chǎn)物是對(duì)人類有毒害的物質(zhì)，且燃燒時(shí)釋放出的氣體具有高腐蝕性，往往會(huì)誘發(fā)“二次災(zāi)害”。

無鹵阻燃劑有磷氮系無鹵阻燃劑和無機(jī)阻燃劑。這兩類化合物，分解和燃燒時(shí)不揮發(fā)、不產(chǎn)生腐蝕性氣體，為無公害阻燃劑。目前，光纜生產(chǎn)中無鹵阻燃劑主要為無機(jī)阻燃劑。低煙無鹵阻燃料的基材一般以聚乙烯為主，再填充一部分阻燃劑、潤(rùn)滑劑、交聯(lián)敏感劑等來降低發(fā)煙量，提高阻燃性能、擠塑性能和可交聯(lián)性等。

從目前用戶要求的阻燃等級(jí)及環(huán)保要求來看，無機(jī)阻燃劑與有機(jī)阻燃劑阻燃效果略低，添加量大造成無機(jī)阻燃劑遠(yuǎn)大于有機(jī)阻燃劑的消費(fèi)量，還需進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

1.2 擠塑設(shè)備

擠塑設(shè)備最關(guān)鍵的部件就是螺桿，影響擠塑質(zhì)量及效能的特征主要有螺桿直徑、長(zhǎng)徑比、壓縮比、螺距、螺紋寬度、螺紋深度、螺旋角、螺桿與螺膛之間的間隙等；不同類型的塑料對(duì)螺桿有不同的要求，即擠制阻燃料時(shí)宜采用專用螺桿而非擠制普通聚乙烯或PVC塑料的普通螺桿。

擠制阻燃性護(hù)套首先需要將阻燃材料進(jìn)行塑煉，使阻燃材料從小顆粒物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈呖伤芰Φ酿ば粤黧w，該工藝過程主要是在擠塑機(jī)的機(jī)膛里進(jìn)行的。

大量難以熔化的金屬氫氧化物被填充入無鹵阻燃材料中，極大地提升了無鹵阻燃材料的熔融黏度，易導(dǎo)致高分子化學(xué)鍵斷裂，并使得護(hù)套材質(zhì)的熱抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能顯著下滑，進(jìn)而出現(xiàn)材料外表破損等問題。在制造過程中，由于螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成的剪切力比較大，因此物料分子之間、螺桿與物料、物料與螺膛之間的碰撞、擠壓與摩擦都較其他材料更為劇烈，增大了生產(chǎn)的剪切熱，進(jìn)而造成實(shí)際生產(chǎn)溫度較設(shè)計(jì)環(huán)境溫度高出許多，影響擠塑的品質(zhì)（出現(xiàn)焦料、氣孔、老化等質(zhì)量問題）。因此，制造商對(duì)所采用的阻燃螺桿材質(zhì)和工藝有許多特殊的要求。

1.3 擠塑模具

影響擠塑產(chǎn)品質(zhì)量高低的因素不僅有擠塑螺桿的設(shè)計(jì)，機(jī)頭擠塑模具的設(shè)計(jì)也與產(chǎn)品質(zhì)量有著很重要的關(guān)聯(lián)。護(hù)層擠塑用的模具主要包括擠壓式、擠管式和半擠壓式三種。三種模具的結(jié)構(gòu)基本一樣，僅僅在于模芯前端有無管狀承線部分或管狀承線部分與模套的相對(duì)位置的不同。

（1）在擠壓型模具中，模芯不存在管狀承線部分。模蓋定徑區(qū)內(nèi)側(cè)與模芯保持一定的空間距離，使塑料直接擠壓在纜芯上，因而出膠多，擠包在纜芯的護(hù)套層緊密，外觀平整，但當(dāng)溫度或螺桿轉(zhuǎn)速有變化引起機(jī)頭壓力變動(dòng)時(shí)，容易發(fā)生偏心，工藝質(zhì)量不好控制。

（2）對(duì)于擠管式模具，管狀承線部分伸出模套外或平模套口。由于管狀承線部分的存在，使塑料不是直接擠壓在纜芯上，而是沿著管狀承線部分向前移動(dòng)，經(jīng)過拉伸再包覆在纜芯上，雖然該模具有護(hù)套層緊密性能差的缺陷，并且外形上無法達(dá)到擠壓型模具的圓整度，但是該模具擠出速率快，生產(chǎn)時(shí)的操作簡(jiǎn)便，塑料厚度均勻易控制，同時(shí)塑料的力學(xué)、物理老化性能比擠壓式擠出的要好。

（3）對(duì)于半擠壓式模具，其模芯的管狀承線部分不伸出模套口，而是稍向里面些，使塑料擠出時(shí)有一個(gè)對(duì)纜芯的壓力而緊包它，半擠壓式介于擠壓式與擠管式之間，是一種過渡形式。生產(chǎn)時(shí)，對(duì)纜芯直徑一致性及設(shè)備收放線張力精度要求較為嚴(yán)格，否則生產(chǎn)時(shí)易出現(xiàn)“竹節(jié)”現(xiàn)象。

雖然護(hù)層擠塑用的模具有三種，但生產(chǎn)阻燃護(hù)套料時(shí)，由于塑料加工的特性，光纜生產(chǎn)廠家采用擠管式模具較為廣泛。

擠管式模具在設(shè)計(jì)、選配使用時(shí)需考慮：

（1）模芯的中心孔徑是通過纜芯而設(shè)計(jì)的，為了固定纜芯的位置，孔徑僅能比纜芯的直徑略大一些，如模芯孔太小，纜芯容易刮傷或護(hù)套表面起“竹節(jié)”；太大容易引起偏心，又會(huì)引起塑料倒流，致使纜芯拉斷；模芯內(nèi)孔比纜芯大0.5～1.2mm。

（2）模套孔徑直接影響著產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸和制品的表面質(zhì)量，太大了會(huì)使擠出品表面粗糙無光或表面“起筋”或“脫料”；太小了，擠出品雖然表面光滑，但粗細(xì)不均；模套孔徑比纜芯外徑大（3～4）t mm（t為護(hù)套厚度）。

（3）模芯和模套承線部分的長(zhǎng)度。模芯承線太短，容易因磨損而被擴(kuò)大，此時(shí)線芯的位置不能固定，易產(chǎn)生偏心現(xiàn)象；如果太長(zhǎng)，則擠出壓力偏小，纜芯所受的摩擦阻力增大，可能引起斷纜；模芯承線部分長(zhǎng)6～10mm（隨模芯尺寸大小略微變動(dòng)）。

（4）模套承線部分的長(zhǎng)短與機(jī)頭內(nèi)的壓力很有關(guān)系，承線部分較長(zhǎng)時(shí)，塑料不易流出，機(jī)頭內(nèi)積累較高壓力，否則塑料隨來隨流，擠出壓力不足；模套承線部分為1～3mm（隨模套尺寸大小略微變動(dòng)）。

（5）在拉管式模具生產(chǎn)時(shí)，模芯與模套的端面一般相平，當(dāng)需要對(duì)管壁內(nèi)徑的大小進(jìn)行微調(diào)時(shí)，可前后移動(dòng)模芯位置，如模芯前伸凸出，則管壁內(nèi)徑變大，而管壁厚度變薄。

（6）另外，在生產(chǎn)過程中要進(jìn)行抽真空，提高擠包塑料層與纜芯表面緊密程度。抽真空不良，易使護(hù)套表面“起筋”或起“竹節(jié)”。

2 阻燃光纜的應(yīng)用

阻燃光纜使用范圍很廣，在人口密度較高的公共區(qū)域，應(yīng)該盡可能選擇采用低煙無鹵的阻燃光纜。對(duì)于人口密度較小的工業(yè)生產(chǎn)區(qū)，通常采用低煙低鹵阻燃光纜。與低鹵阻燃光纜相比，無鹵阻燃光纜具有腐蝕性低和產(chǎn)煙量少的優(yōu)勢(shì)，但其熱力學(xué)性能和電性能都明顯下降。因此，在進(jìn)行鋪設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使低煙無鹵阻燃光纜的彎曲半徑更高[2]。此外，不宜將非阻燃光纜與阻燃纜并行鋪設(shè)，也不能并行鋪設(shè)不同類別的阻燃光纜。

供電通信中，除了主用特種線纜以外，還會(huì)使用具有防雷特性、防止電腐蝕及保障終端安全的全介質(zhì)阻燃光纜，并主要利用吊線鉤掛架空和管道敷設(shè)光纜。若與其他光纜同溝鋪設(shè)，則要充分考慮該光纜的阻燃效果和等級(jí)條件。而另外一個(gè)應(yīng)用方向就是用作特種光纖的引入光纜，這也是目前電力通信中的最常見使用形式。

地鐵、軌道等通信系統(tǒng)并非獨(dú)立的子系統(tǒng)，而是幾個(gè)單獨(dú)的子系統(tǒng)的綜合。它以數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)為核心，與各子系統(tǒng)配合進(jìn)行話音和數(shù)據(jù)連接互通，同時(shí)還有無線通信、視訊、乘客信息等服務(wù)。因此，地鐵、輕軌系統(tǒng)對(duì)通信光纜的需求更加關(guān)注阻燃和振動(dòng)特性[5]。

在煤礦井路中通過光纖實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的傳輸。由于光纜傳送距離很長(zhǎng)，有利于實(shí)現(xiàn)與井底監(jiān)控中心、礦井安全監(jiān)控指導(dǎo)管理中心和省局監(jiān)測(cè)指導(dǎo)管理中心的網(wǎng)絡(luò)連接，使煤礦安全管理方面的工作不斷向規(guī)范性、科學(xué)性和數(shù)字化的方向上發(fā)展，進(jìn)一步提升了煤礦生產(chǎn)作業(yè)安全水平[3]。

阻燃光纜的應(yīng)用領(lǐng)域還遠(yuǎn)不止這些，其他如室內(nèi)綜合布線、飛機(jī)和船舶集束線、計(jì)算機(jī)中心、油井平臺(tái)等都會(huì)涉及阻燃光纜的使用。

3 阻燃光纜的敷設(shè)

3.1 管道敷設(shè)

對(duì)于部分類型的阻燃光纜，其纜芯內(nèi)部不存在金屬加強(qiáng)芯和金屬護(hù)層，因此其鋪設(shè)中承受的極限拉力低于普通的通信光纜，且抗側(cè)壓性能也低于常見的各類金屬套光纜。這類阻燃光纜在通過管道鋪設(shè)時(shí)，需要依靠機(jī)器和人力結(jié)合的牽引方法進(jìn)行布放。根據(jù)電纜鋪設(shè)地區(qū)的空間開闊程度，機(jī)器和人力結(jié)合的牽引方法也可分成兩類。一類為中間人工輔助的牽引法：在光纜鋪設(shè)區(qū)域內(nèi)的開闊處，將機(jī)械牽引機(jī)布置于光纜布放的最終端位置作為主要牽引力來源，并根據(jù)光纜的穿放難度在中間各處分段進(jìn)行人力牽拉，沿線的各處盡可能設(shè)置專人進(jìn)行井下的接力。另一類為終端人力輔助牽引法：在鋪設(shè)區(qū)域的地形開闊度不足時(shí)，先在線路的中心部位安裝機(jī)械牽引機(jī)，在光纜的開始端通過人力將光纜拖曳至牽引機(jī)位，然后在每隔3～4個(gè)井洞的位置由人力在機(jī)器曳引的協(xié)助下進(jìn)行牽拉。此類方法可提高每次牽拉的長(zhǎng)度，從而降低了人力在進(jìn)行牽拉中的“蛙跳”頻次[4]。

在管道鋪設(shè)阻燃光纜的過程中，施工有以下四個(gè)注意要點(diǎn)：（1）在鋪設(shè)光纜前應(yīng)先徒步勘測(cè)途經(jīng)管線，并對(duì)經(jīng)過管線的孔位的落差點(diǎn)、轉(zhuǎn)彎口以及進(jìn)出人孔點(diǎn)位等進(jìn)行完善的記錄，從而便于設(shè)置專人在施工管理中著重看護(hù)。（2）當(dāng)以繞“8”字的方式敷設(shè)光纜時(shí),圈繞內(nèi)徑的最小值為2m，且為了避免“8”字翻轉(zhuǎn)不良引起的扭折，放纜過程中應(yīng)逆著“8”字的方位解開。（3）在將光纜牽拉至人孔時(shí)，在每8～10個(gè)孔位的間距中應(yīng)留出8～12m的纜線；如需將光纜牽引出人孔，則應(yīng)當(dāng)詳細(xì)考慮所放光纜與人孔壁面相互之間的摩擦，避免因光纜過度受力而產(chǎn)生的損壞。（4）應(yīng)緊貼人孔壁進(jìn)行人孔內(nèi)光纜的布放，并應(yīng)用扎帶對(duì)人孔走線架上的光纜進(jìn)行緊固，還需加掛標(biāo)有光纜型號(hào)、線路方向與所屬單位的標(biāo)志牌。

3.2 架空敷設(shè)

與常規(guī)通信光纜比較，阻燃光纜具有自身重量低、纜徑較細(xì)與柔韌度高等優(yōu)點(diǎn)，因此特別適合于架空線路鋪設(shè)。其中，采用鋼絞線支承進(jìn)行架空是施工中較為普遍的光纜吊掛鋪設(shè)方法。目前，阻燃光纜一般通過下列三種吊掛方法來實(shí)現(xiàn)架設(shè)。

（1）為滑輪牽引法。首先在光纜鋪設(shè)線路上的兩端點(diǎn)桿各設(shè)置一條導(dǎo)向鋼絲索和引導(dǎo)滑輪，并再各設(shè)置一個(gè)具有較大直徑的定向滑輪從而實(shí)現(xiàn)光纜的引上和引下功能。之后，在光纜所懸掛鋼絞吊線上的各20～30m間隔處分別設(shè)置引導(dǎo)滑輪。完成以上一切準(zhǔn)備工作后，將光纜按順序穿進(jìn)端點(diǎn)引導(dǎo)滑輪、大直徑滑輪和各段引導(dǎo)滑輪之間，并將其與牽引端頭相連接，最后便可以通過人力方法對(duì)光纜進(jìn)行分段牽引。

（2）桿下拖曳法。當(dāng)光纜途經(jīng)線路中的障礙物較少時(shí)，可首先沿架設(shè)路線將光纜布置在桿路下方。在完成初始鋪設(shè)工作后，架設(shè)工人的工作可大大簡(jiǎn)化。安裝工人可使用滑車安裝掛鉤，同時(shí)將光纜也鉤掛在吊線上，高效地完成鋪設(shè)。在吊設(shè)光纜的過程中，還需額外注意端頭的處理工作和光纜接口的預(yù)留尺寸。

（3）預(yù)掛鉤式牽引法。在設(shè)置桿路時(shí)，可提前在鋼絞掛線上安裝一部分掛鉤，接著再將各個(gè)引導(dǎo)滑輪和導(dǎo)向索安裝好。在之后鋪設(shè)光纜時(shí)，便可以把牽引繩分別穿過預(yù)先設(shè)定的掛鉤，并連接光纜的牽引端頭。在牽拉完畢后，需要分別調(diào)節(jié)掛鉤的距離，補(bǔ)足掛線上缺失的掛鉤，并做好桿上的伸縮彎。

3.3 站局敷設(shè)

只能通過人工布放的方法進(jìn)行站局內(nèi)阻燃電纜的鋪設(shè)。布放人必須在統(tǒng)一帶領(lǐng)下進(jìn)行牽引，且為了避免發(fā)生死扣或打小圈的問題，每個(gè)拐彎口和上下梯處均須配備專人進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)于大型站局，為防止與其他光纜發(fā)生重疊相交的問題，建議沿槽道水平地鋪設(shè)光纜。對(duì)于槽道轉(zhuǎn)彎口，為避免光纜的轉(zhuǎn)彎半徑被牽引后過小，建議采用綁帶進(jìn)行捆扎。某些中小型站局沒有設(shè)置爬梯和槽道，因此在布放光纜之前需要在線路穿過的墻面上設(shè)置一部分倒“U”型的支架，從而對(duì)進(jìn)站的光纜實(shí)現(xiàn)固定[5]。

鋪設(shè)進(jìn)入站局的阻燃光纜時(shí)，有三點(diǎn)需要注意的因素。首先，沿上線敷設(shè)光纜時(shí)需要使用扎帶固定光纜，使其保持在上線的橫檔位置上，從而保證站局內(nèi)光纜的整齊度；若線路經(jīng)過轉(zhuǎn)彎點(diǎn)或走線架，需要在該位置前后捆扎光纜，且捆扎點(diǎn)的間隔距離最大為30cm；若線路經(jīng)過爬墻或上下梯并在該處進(jìn)行了光纜捆扎，還需要添加額外的保護(hù)膠管，且其厚度一般不少于1.5mm，從而減輕光纜長(zhǎng)時(shí)間所受側(cè)壓力的影響。其次，當(dāng)光纜的線路存在樓層或墻壁穿越的情況時(shí)，需要將有套帶護(hù)口的塑料管添加在光纜的外護(hù)套上，并使用防火阻燃黏結(jié)劑對(duì)管口進(jìn)行堵塞處理；若光纜線路還存在垂直樓層穿越的情況，需要在每?jī)蓪娱g隔內(nèi)對(duì)光纜分別進(jìn)行固定，并綜合考慮其對(duì)安全性的影響。最后，光纜線路通過管孔敷設(shè)進(jìn)入站局人井時(shí)，應(yīng)將額外膠皮加墊在人井余留的光纜上，之后分散捆綁光纜至每檔的托板或托架上，并在標(biāo)志牌上注明光纜類型與線路走向。

4 結(jié)語

對(duì)于阻燃光纜的生產(chǎn)要素，本文進(jìn)行了詳細(xì)介紹與歸納，并討論了阻燃材料、擠塑設(shè)備和模具的選取；在此基礎(chǔ)上，介紹了阻燃光纜不同應(yīng)用場(chǎng)景與注意事項(xiàng)；最后，結(jié)合工程需求，重點(diǎn)對(duì)阻燃光纜敷設(shè)進(jìn)行了探討。希望本文對(duì)阻燃光纜的生產(chǎn)、應(yīng)用與敷設(shè)具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。