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 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”是當今世界電纜制造業(yè)的發(fā)展方向，我國電線電纜行業(yè)不斷致力于環(huán)保阻燃電纜的開發(fā)，以適應企業(yè)的生存、發(fā)展，以及與國際接軌并參與國際競爭。論文針對目前環(huán)保阻燃型數(shù)字電纜的制造，引進了CMR材料進行設計開發(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，并隨著人們對環(huán)境保護及生命財產安全意識的逐年增強，滿足歐盟ROHS指令的環(huán)保型產品將替代傳統(tǒng)的非環(huán)保型產品。而電子信息技術的膨脹式發(fā)展，使建筑綜合布線用量也越來越大，且存在電力電纜及數(shù)據(jù)電纜混合敷設的狀況（如圖1），一旦發(fā)生火災，后果不堪設想。對于擁有世界上最大寬帶用戶的龐大國內綜合布線市場來說，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前景。

2　高阻燃環(huán)保型CAT6電纜的市場現(xiàn)狀

20世紀80年代中期以來，隨著網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展和計算機性能的不斷提高，人們對綜合布線系統(tǒng)性能的要求也越來越高。目前，網(wǎng)絡傳輸速率已經(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)技術模式。本產品帶寬可以達到250MHz，能滿足快速增長的綜合布線系統(tǒng)對電纜的要求；并隨著人們環(huán)境及安全意識的逐年增強，高阻燃環(huán)保型產品將替代傳統(tǒng)的非環(huán)保型產品。

電纜作為火災的發(fā)生源和傳播源之一，其阻燃防火性能的優(yōu)異程度，越來越受到電線電纜行業(yè)的關注。電纜燃燒時，有毒有害氣體大量產生造成人員傷亡及設備受損。隨著用戶對阻燃電纜的深入了解，對于阻燃環(huán)保電纜的需求也越來越強烈。目前，通常由于電纜的絕緣皮層老化，導致其絕緣性能下降，造成電纜短路引起火災；由于電纜中間接觸電阻過大引起電纜電弧爆炸燃燒引起火災，而火勢沿電纜線路的蔓延更增加了火災的危險性，且此時電纜已不能對數(shù)據(jù)進行傳輸，不能及時準確地把重要的信息傳遞出去，進一步造成了更重大的損失。本產品采用了CMR高阻燃產品，能滿足快速增長的綜合布線系統(tǒng)對高阻燃環(huán)保型數(shù)據(jù)電纜的要求，同時也符合電纜綠色制造的發(fā)展趨勢。

隨著網(wǎng)絡技術的發(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3M中國有限公司、德特威勒電纜系統(tǒng)（上海）有限公司、美國康普國際控股有限公司、泰科電子（上海）有限公司、耐克森凱訊（上海）電纜有限公司等國際知名布線商的調查，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)將在歐洲市場上占據(jù)主導地位。

國際上的發(fā)達國家，各種產品的環(huán)保指標已經(jīng)成為考核產品的必要項目。2011年7月1日，歐盟議會和理事會在歐盟官方公報上發(fā)布指令 2011/65/EU（ROHS 2.0）以取代2002/95/EC，基于鉛、鎘、汞、6價鉻、多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚等物質的危害性評估報告將應用到更加廣泛的領域。REACH是歐盟法規(guī)《化學品的注冊、評估、授權和限制》（REGULATION concerning the Registration， Evaluation，Authorization and Restriction of Chemicals），于2007年6月1日起實施，其中的高度關注物質（SVHC）經(jīng)過多次調整，目前已經(jīng)增加到161項。REACH要求制造商衡量其注冊產品中的每一種化學成分（大約有3萬種）對公眾健康的潛在危害。REACH建立了這樣的理念：社會不應該隨便引入潛在危害不確定的新的材料、產品或技術。對我國不少線纜企業(yè)來說，這些指令無疑是一種更加隱蔽的技術性貿易壁壘，將給電線電纜企業(yè)尤其是出口數(shù)量大的企業(yè)帶來較大的影響。但只有我們突破了種種技術壁壘，取得進入歐洲及世界市場的通行證，綜合布線才能有著巨大的國際市場。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需求也是非常巨大的。

3　現(xiàn)有產品的研究起點及水平

現(xiàn)有環(huán)保阻燃電纜具代表性的是低煙無鹵阻燃電線電纜，它有良好的環(huán)保特性，燃燒時發(fā)煙量較低，而且構成低煙無鹵電纜材料不含鹵素，從而減少了對人身、儀器、設備的損害，有利于發(fā)生火災時及時救援；雖然有良好的阻燃性、耐腐蝕性、極少煙霧濃度等優(yōu)點，但是目前的低煙無鹵材料，其阻燃水平還不能滿足大量數(shù)據(jù)電纜敷設時的阻燃要求，同時在柔軟度上亦不能滿足狹小空間下的敷設要求。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，不僅在阻燃的級別上超越了現(xiàn)有的電纜水平，達到真正的高阻燃要求；同時，在保證高阻燃的前提下，對產品的機械性能及電氣也有相應的要求與突破，真正意義上達到了高阻燃環(huán)保的要求。

4　CMR高阻燃環(huán)保型CAT6電纜產品設計

CMR高阻燃環(huán)保電纜具有較強的阻燃特性、穩(wěn)定可靠的導電性能、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題與不足，提高了應用系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。

4.1技術路線

本產品采用的高阻燃CMR級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。當電纜結構設計合理時，通過CMR級電纜的UL1666燃燒試驗，燃燒透光率亦可達到30%以上，具有良好的擠出加工性能；且由于本產品擁有高性能的環(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)保問題，因此真正實現(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：導體拉絲—絕緣擠出--絞對—成纜—護套—成圈—檢驗出貨。

4.1.2工藝控制：

1）絕緣單線

絕緣單線的生產控制對于CAT6電纜的性能影響至關重要。

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

嚴格控制導體橢圓度：如果成品拉絲?？撞粓A，那么拉出的導體就不圓整；導體在擠塑前經(jīng)過過線輪或其他裝置時造成的損傷也有會使導體變形等。

嚴格控制絕緣圓度：如果擠塑溫度過高，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也會造成絕緣不圓；絕緣芯線在過線輪或其他裝置上造成擦傷等。

在生產高頻網(wǎng)絡線時，導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）絕緣偏芯會影響數(shù)字電纜的工作電容和電感從而引起阻抗的波動。通常情況下，隨著線纜傳輸?shù)燃壴礁撸亩纫笤礁?，例如?類同心度要求不小于92%，超5類同心度不小于95%，6類及以上電纜時同心度應在97%以上。在此介紹兩種簡單快捷的偏芯度和同心度計算。

①測量4個對稱點的壁厚，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測量4個對稱點的壁厚，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）需要從以下幾點來嚴格控制絕緣偏心：模具選用不當，模芯與導體間的間隙過大使導線在模芯內晃動造成偏芯；擠塑溫度過高，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不到要求，這就需要更換模具。

（4）導體與絕緣的附著力不宜過小，也不宜過大。附著力過小，后續(xù)對絞和成纜工序會導致導體與絕緣之間的相對轉動，造成微觀上的不均勻，影響SRL值；而附著力過大，在有些場合下，會影響使用。因此，應根據(jù)電纜的具體使用情況，確定附著力的控制范圍并嚴格控制。

（5）需要從以下幾點嚴格控制導體和絕緣附著力：首先，嚴格控制導體擠塑前的預熱溫度，這是控制導體和絕緣附著力的關鍵，預熱溫度不能過高或過低；其次，嚴格控制導體的清潔程度，如果導體在進入擠塑機前不能徹底干燥，那么導體上的液體在受熱時可能氣化，影響導體與絕緣的附著力，還有可能導致導體表面質量不好；最后，需要嚴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）絞對工序

對絞對的絞合節(jié)距進行合理設定，節(jié)距誤差控制在±2 mm。絞對結構對稱穩(wěn)定，經(jīng)過反復的試制、驗證，摸索掌握絞對合理的節(jié)距設定。并且穩(wěn)定地控制收放線張力。同時還應考慮絞對的退扭率，測試頻率越高，要求的退扭率也越大。

3）成纜工序

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

4）護套

由于產品需要滿足UL CMR燃燒試驗，選用滿足UL CMR要求的護套材料，通過調模具的配置及收放線張力的控制，保證護套圓整，松緊度一致，護套與纜芯間要緊密結合，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)存放運輸時電纜的穩(wěn)定性。

5）總體要求

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

4.1.3主要技術指標

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

2） 阻燃性能：滿足UL 1666 CMR；

3） 電氣性能：滿足TIA 568C.2；

4） 單根導體直流電阻：≤7.4Ω/100m；

5） 線對直流電阻不平衡：≤2.5%；

6） 線對工作電容：≤5.6nF/100m；

7） 對地電容不平衡：≤330pF/100m；

8） 插入損耗（IL）性能：≤25.4dB/100m、250MHz，遠低于參考標準中規(guī)定的≤32.8dB/100m、250MHz，富裕量達到7.4dB；

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

4.1.4產品性能測試

產品通過：UL CMR安全規(guī)范及性能認證、RoHS環(huán)保檢測。

4.2CMR阻燃材料

高阻燃CMR級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)保電纜具有較強的阻燃特性、穩(wěn)定可靠的導電性能、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題與不足，提高了應用系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。

5　結束語

電線電纜產品出口到歐盟的技術壁壘，其中阻燃要求和環(huán)保指令是至關重要的。隨著人們對電線電纜火災危險性認識不斷加深，為減少電線電纜火災造成的損失，人們對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)研究也不斷受到國內外制造商的關注，同時也推動了國內對于高端高阻燃環(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.