目前常用的低烟无卤阻燃电缆材料主要分为两大类：聚烯烃和乙丙橡胶。其中，低烟无卤阻燃聚烯烃电缆材料是主流。本文将重点介绍低烟无卤阻燃聚烯烃电缆材料，并对其配方技术、性能、挤出设备和工艺进行分析。
配方技术
低烟无卤阻燃聚烯烃电缆材料通常由聚烯烃混合树脂和阻燃填料（如氢氧化铝、氢氧化镁）组成，并添加适量的抗氧化剂以提高耐热寿命。有时为了减少燃烧时产生的烟雾，还会添加一些烟雾抑制剂，例如钒、镍、钼、铁、硅和氮化合物。其阻燃机理是：燃烧时，阻燃填料氢氧化铝和氢氧化镁会释放结晶水并吸收大量热量；同时，脱水反应会产生大量水蒸气，稀释可燃气体，从而阻止燃烧；此外，材料表面会形成一层不熔化、不燃的硬质氧化物层，阻断聚合物与外部高温氧气反应的通道，最终使材料具有阻燃和自熄性。
低烟无卤阻燃聚烯烃电缆材料必须具有良好的阻燃性能。其配方中必须含有大量的氢氧化铝和氢氧化镁，通常超过150份，并且大量的无机阻燃剂填充必然会导致材料的物理机械性能、电性能和挤出加工性能大幅下降。为了平衡其阻燃性能与物理机械性能，使材料能够充分满足最终用途的技术要求，常用的方法有：一方面，对聚烯烃材料进行改性接枝，以提高聚烯烃材料的极限性能；另一方面，对无机阻燃剂的表面进行化学改性，通常使用偶联剂进行处理。
表现
大量无机阻燃剂的使用赋予了低烟、无卤阻燃聚烯烃电缆材料阻燃、低烟、无卤、低毒的特性，并使其物理机械性能、电气性能和加工性能保持一致。这与其他非阻燃和含卤阻燃材料存在差异。由于低烟无卤电线电缆的使用场合及其配套产品的生产工艺不同，其性能要求也各不相同，例如抗拉强度、断裂伸长率、老化温度和指标、体积电阻率、耐油性、耐刮擦性等。在性能、柔韧性、阻燃要求等方面，不同类型的电缆往往侧重点不同。在无卤材料技术中，上述某些指标相互制约，因此不可能存在一种能够满足所有类型电线电缆所有要求的全能产品。其中最突出的问题是：断裂伸长率与阻燃性之间的关系。柔软性、热变形和老化性能之间存在矛盾。所有材料制造商所能做的，就是在满足基本性能要求的前提下，权衡某些性能的优缺点，并使用不同品牌的产品来适应不同要求的电线电缆。以下是对传统低烟无卤阻燃聚烯烃电缆材料性能的介绍。
1. 阻燃性能
除了阻燃之外，低烟无卤阻燃电缆材料与含卤阻燃电缆材料相比，还具有低烟、无卤、低腐蚀性和低毒性等特点。
（1）氧指数
目前，GB/T 2406方法主要用于测试阻燃电缆材料在室温下的氧指数，以评价其阻燃性能。虽然高温氧指数对于阻燃电线电缆同样重要，但由于测试条件等因素，通常很少进行测试。另一个与材料阻燃性密切相关的参数——温度指数——也很少被测试。NES 715标准规定了温度指数的测试方法，该指数表示材料在空气中能够自燃所需的环境温度升高到多高。低烟无卤电缆材料在室温下的氧指数可达33-35，能够满足一般电缆阻燃要求，其温度指数约为300。
作为世界上最常用的燃烧测试方法，氧指数不能作为判断材料阻燃性的唯一指标。评估材料的自熄性似乎是衡量其阻燃性能更为合适的方法。例如，聚氯乙烯或含卤阻燃聚烯烃的氧指数只要达到30左右，即可用作绝缘截面积为0.5mm²的电线，并通过UL标准的VW-1燃烧测试；而低烟无卤阻燃聚烯烃即使氧指数超过34，也可能无法满足VW-1燃烧测试的要求。此外，对于同一种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆材料，氧指数高的产品并不一定具有更好的自熄性。例如，以碳酸钙和聚硅氧烷为阻燃剂的无卤材料，在合适的基体材料下，氧指数可以达到36-38，但其自熄性能可能不如氧指数为32-34的聚烯烃/矿物氢氧化物体系。一些国外用户已开始采用UL 94中的V-0等级来评估无卤材料的自熄性能，作为氧指数评估指标的补充。目前，在阻燃性能指标方面，更接近实际燃烧性能的锥形量热仪法越来越受到关注。该方法可以测量材料燃烧时的着火时间、升温速率和总热值等燃烧参数，并进行定量评估。实验表明，升温速率较高的无卤材料更容易向周围环境扩散热量，更容易扩大燃烧范围，即容易延缓燃烧，自熄性能较差。然而，高氧指数的无卤材料升温速度未必比低氧指数的材料快，低氧指数的材料升温速度反而可能更慢。虽然仅凭氧指数来评价材料的阻燃性存在一定的局限性，但该方法简便易行，且在大多数情况下能够相对准确地反映同类型材料阻燃性的差异，因此，通常情况下，将氧指数作为评价材料阻燃性的指标也并非不可取。
（2）烟密度
成品电缆通常采用GB/T17651标准中的捆扎燃烧法测试燃烧后电缆的透光率，以评价其低烟性能。低烟无卤电缆的透光率可达60%以上，满足要求。对于材料，通常采用GB/T8323标准中火焰燃烧和无焰燃烧的最大烟密度Dm来评价材料的低烟性能。低烟无卤电缆材料燃烧时的烟排放量远低于含卤阻燃电缆材料。其指标一般为火焰燃烧Dm≦100，无焰燃烧Dm≦200，而含卤阻燃电缆材料的火焰燃烧和无焰燃烧Dm均大于300。
（3）卤素含量
目前，测定卤素和氢卤酸气体含量的方法主要有两种：IEC 754-1 和 MIL-C-24643A。前者不适用于卤酸气体含量低于 5 mg/g 的情况，即不适用于测定无卤材料的卤素含量。后者采用 X 射线原理测量体系中卤素元素的含量，测试精度为 0.2%。严格来说，即使是这种方法也无法完全确定被测材料是否不含卤素。因此，许多无卤材料标准并不将卤素含量作为评价指标，而是采用 pH 值和电导率来表征其无卤性能。只有 BS、IEC 等标准将无卤体系中氢卤化物释放量的指标设定为 ≤5 mg/g 作为评价的临界值。
（4）腐蚀性
国际电工委员会 (IEC) 于 1991 年发布了 IEC 754-2 标准，该标准通过测量 pH 值和电导率来测试电缆材料燃烧时释放气体的酸度，并规定测得的 pH 值 ≥ 4.3 且电导率 ≤ 10 μs/mm 为无卤低腐蚀性标准。IL-C-24643A 规范规定，电缆材料燃烧时释放的气体中卤素含量 ≤ 0.2% 为无卤低腐蚀性标准。低烟无卤电缆材料的 pH 值一般为 4.5～6.0，电导率为 0.7～5 μs/mm。
（5）毒性指数
目前毒性指数主要采用NES 713标准进行检测，即气体分析法。英国海军在其海军工程标准NES 518-1983《降低火灾风险的电缆护套规范》中规定，无卤材料的毒性指数不得大于5。在中国，通常也采用这一指标，但国外也对某些无卤绝缘产品的毒性指数有不超过3的要求。
2. 物理、机械和电气性能
由于无机阻燃剂填充量较大，低烟无卤阻燃聚烯烃电缆材料的物理、机械和电气性能低于非阻燃和含卤阻燃聚烯烃电缆材料。这主要体现在以下几个方面：
（1）抗拉强度和断裂伸长率降低。无卤电缆材料的抗拉强度约为10-14MPa，断裂伸长率约为150-250%；
（2）抗老化性能降低。大量添加无机阻燃剂会极大地影响无卤电缆材料的抗老化性能。热塑性无卤阻燃电缆材料的性能评价通常基于其在100℃×168小时老化后拉伸强度和断裂伸长率的变化率不超过±30%；
（3）热变形增大。由于无卤阻燃电缆材料中高VA含量EVA的比例较高，其耐热变形性能较差。通常以80℃×4小时的变形率不超过50%作为评价指标；
（4）柔软性较差。一般来说，无卤阻燃聚烯烃电缆材料的邵氏A硬度大于HA90，邵氏D硬度大于HD40。
（5）抗冲击性较差，受外力刮擦后容易留下疤痕。这种性能的劣化程度与配方密切相关，不同种类的无卤电缆材料差异很大。
（6）耐湿性差。由于添加了无机阻燃剂氢氧化镁和氢氧化铝，无卤阻燃电缆材料易吸湿。如果没有真空铝箔包装，在正常情况下储存时间最好不要超过1个月，否则会因吸湿而影响使用。对比实验发现，无卤阻燃电缆材料浸入水中一天后，其体积电阻率会下降60%至80%。
（7）体积电阻率和击穿强度均有所下降。与含卤阻燃聚烯烃电缆材料相比，下降幅度并不十分明显；但与非阻燃聚烯烃电缆材料相比，下降幅度则更为明显。
（8）介电常数ε和介电损耗角正切tgδ急剧下降。
标准测试
1. 无卤素：
IEC 60754-1：卤素含量 HCl<0.5%；
IEC 60754-2：PH>4.3，导体<10μs/mm
2. 低烟：
IEC 61034-1、IEC 61034-2，透光率≥60%；低卤素要求烟雾密度Dm<300，最低透光率>30%；
3. 低毒性：
NES 713（英国海军标准）；TI（毒性指数），最大值不超过 5
采用NES713方法评估气体的毒性。毒性指数是指在特定燃烧条件下进行的测试结果。
1. 燃烧过程中释放的卤酸（HCl）量小于5 mg/g —-IEC60754-1
2. pH 值 ≥ 4.3 ————————–IEC60754-2
3. 电导率 ≤10μS/mm ————————–IEC60754-2
4. 透光率（烟雾密度）≥ 60% ————— IEC 61034-1
满足以上四个要求的材料可以称为低烟无卤材料。
注：IEC60754-1 和 IEC60754-2 是无卤素标准，IEC61034-1 是低烟标准。
