电缆用于传输电能和日益增多的数据。在多层建筑物中，铺设了大量电缆，用于水平方向房间间和垂直方向楼层之间的线路连接。在从地下室至楼顶连接各楼层的电梯井内，也铺设了用于收集和传输楼顶光伏模块电能的电缆。中低压电缆、电话电缆和局域网通信电缆是所有住宅建筑的组成部分。工业建筑和公共建筑大多为多层建筑，也铺设了大量的电力、火灾报警和应急照明等电缆。

除了导线或传输线芯，所有电缆一般还包含大量具有可燃性的聚合物材料，这些材料构成电缆的绝缘层、护套或内衬层。因此，在发生火灾时，电缆提供了大量的燃料，电缆过热、起弧、短路或其他电气故障都是潜在的点火源。此外，在现代建筑物中，电缆构成了贯穿各个空间的网络，因此，电缆对火灾的蔓延起到推波助澜的作用。

在电缆的正常使用中，阻燃剂的作用非常重要。一方面阻燃剂能阻止或延缓火焰的蔓延，使局部着火不会蔓延至整栋大楼以致危及楼内人员。另一方面一旦发生火灾，阻燃剂能减少有毒气体产生或烟雾的积聚，在学校、医院、机场和车站等人员密集的建筑物内尤其如此。高效的阻燃剂和阻燃解决方案的能赢得时间，保证人员有从建筑物中逃生的时间，也提高了消防部门有在火灾初期就将火灾扑灭的概率。

电缆消防安全

常用的建筑物电缆标准的金字塔结构如图 1 所示，这些标准在图中的排列基于电缆的消防安全等级。耐火电缆或达到耐火等级的电缆在发生火灾时能继续正常使用，必须在一定的时间内和一定强度的火灾中保证电路完好无损。火灾报警电缆和应急照明电缆属于最高耐火等级类别。这些电缆也必须在急冷水条件下和机械应力条件下达到严苛的性能测试标准。

传播火焰是电缆所能导致的最严重的危害，因此阻止火焰传播是建筑物内所有电缆的一项重要性能指标。世界各地为电缆的燃烧性能制定了不同的标准和测试方法，所有测试的性能等级判据都包括了燃烧长度和热释放量。

烟雾的产生和烟密度影响火灾受害者的逃生和幸存几率，因此，许多标准对此也进行了规范。保险公司常常要求将酸性气体排放量低作为一个燃烧性能等级的判据，这是因为在燃烧时释放的大量酸性气体与消防水相结合将造成严重的间接损害。同时酸性气体也具有刺激性，可能会阻碍火灾受害者，使其难以逃生。

图 1： 建立电缆燃烧性能（右侧）与电缆消防安全（左侧）之间“联系”的电线电缆常用标准金字塔结构。

耐火性和火焰传播等术语与在建筑物内的实际生活情景密切相关。大规模的测试发现电缆的性能参数彼此相关，这些参数不但受到聚合物材料的影响，也受到电缆设计的影响。而产烟量、酸性气体排放量和阻燃性属于材料性质，则通常取决于材料的选择。

材料-电缆料

在多种基础聚合物中，使用了磷氮无机无卤阻燃剂，这些聚合物基材本身可能不含卤。但如果用于聚氯乙烯等含卤聚合物，磷氮无机阻燃剂也可以显著改善最终产品的环境特性和健康特性。

01 聚氯乙烯电缆

增塑聚氯乙烯塑料仍然是电缆行业使用的最重要聚合物材料。虽然聚氯乙烯本身具有优良的阻燃性，但软聚氯乙烯中由于添加了大量易燃增塑剂，使聚氯乙烯电缆成为了建筑物内的一个重要燃料源。

从可燃性和火焰传播方面考虑，三氧化二锑（ATO）是一种适用于柔性聚氯乙烯的非常有效的阻燃剂。令人遗憾的是，虽然三氧化二锑具有重要的环境特性和健康特性，但采用三氧化二锑作为聚氯乙烯的阻燃剂时，燃烧产生的烟雾是> 一个劣势。与不含阻燃剂的聚氯乙烯电缆相比，含三氧化二锑的聚氯乙烯电缆产生的黑烟明显更多。

在聚氯乙烯中，添加金属氢氧化物阻燃剂，例如，氢氧化铝（ATH）或氢氧化镁（MDH），可以制备现代低烟阻燃（LSFR）型聚氯乙烯电缆料，另外也可以添加少量的氢氧化锡酸锌和硼酸锌作为协同阻燃剂。在聚氯乙烯中，氢氧化锡> 酸锌作为协同阻燃剂与氯共同作用，既能防止火焰蔓延，又能通过生成焦炭减少烟雾。

基于上述阻燃剂，可以设计产烟量低和盐酸（HCl）排放量少的护套材料，同时，也能满足常常要求的可燃性和火焰蔓延判据（参见表 1）。

表 1 总结了聚氯乙烯、其他卤化基础聚合物、相关的磷氮无机阻燃剂和电缆的最终应用。

表 1： 在聚氯乙烯电缆料和其他卤化聚合物中使用的磷氮无机阻燃剂

天花板隔层空间是对阻燃电缆阻燃性能要求最高的建筑物场景之一。在这些空间，也可以使用基于高阻燃性聚氯乙烯混配料的电缆。天花板隔层空间是指楼层结构天花板与吊顶之间的空间。天花板隔层电缆被铺设在建筑物的这些空间内。以下两个因素使这种建筑空间极容易传播火灾。

• 第一个因素是，这些空间用于空气循环和安装供暖空调系统，提供主动通风，因此，也为火灾传播提供通道。

• 第二个因素是，在办公楼和功能建筑物的生命周期内，在此类天花板隔层空间内捕设了许多新电缆，尤其是最近几代数据电缆，同时，废弃的电缆常常未拆除。因此，多年来，这些空间内可燃物质量负荷不断增加。在美国，在天花板隔层空间铺设的电缆必须符合 NFPA 90A 标准。除了氟化乙烯聚合物，只有含大量阻燃剂的特种聚氯乙烯电缆料能满足这一标准的要求。

表 2： 含低烟阻燃剂的聚氯乙烯电缆料典型配方

02 无卤阻燃电缆

利用含无卤阻燃剂（HFFR）或低烟无卤阻燃剂（LSFOH）的聚合物混配料，可以通过多种方式生产安全的功能电缆。选择的聚合物、相应的阻燃剂和阻燃机理以及主要的电缆应用如表 1 所示。

在无卤阻燃电线电缆中，使用量占绝对优势的最重要电缆料基于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）与线性低密度聚乙烯（LLDPE）的共混物，使用精细沉淀法氢氧化铝作为唯一的填料型阻燃剂。细粒氢氧化铝的粒径约 1 微米，用量约 > 60%-65%（重量百分含量）。在电缆料中使用了偶联剂，以保证要求的物理性质（参见表 4）。在不加入任何交联剂的条件下，采用标准的挤出工艺加工这些电缆料。

每当电缆对耐磨蚀性、耐化学性或耐热性有特殊要求时，例如，在制造升降机电缆、电梯电缆或光伏电缆时，使用热固型或交联型电缆料。基于乙烯-丙烯-二烯烃共聚物（EPDM）或乙酸乙烯酯含量高的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物> （EVM）的弹性体电缆料也是可选的方案。交联反应是通过过氧化物诱导的。这些电缆料也含氢氧化铝，其重量百分含量约 50%-60%。有时，添加硼酸锌作为协同阻燃剂，同时，也增加必要的无机填料，这些填料用于提高聚合物的强> 度和硬度。

另一方面，如果使用热塑性电缆料，在电线电缆挤出成型后，也可以通过电子束固化，使电缆料发生交联反应。有时，氢氧化镁（MDH）比氢氧化铝更有优势，具体取决于加工温度。电子束交联是光伏电缆的标准生产技术。耐阳光暴> 晒和耐高温是光伏电缆的最重要要求。

最后但同样重要的是，热塑性聚氨酯（TPU）等热塑性基础材料具有固有的优良耐磨蚀性。在这类聚合物材料中，添加磷氮无机阻燃剂是一项成熟的技术。三聚氰胺衍生物、有机磷酸酯、次膦酸酯和金属氢氧化物（氢氧化铝或氢氧化> 镁）按不同的比例使用，具体取决于制造商采用的电缆生产技术。

表 3： 在无卤阻燃电缆料中使用主要磷氮无机阻燃剂以及电缆料的最重要最终应用

表 4： 基于聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物共混物的典型无卤阻燃电缆料配方