電纜防火涂料的應用和發(fā)展方向

電纜防火涂料的應用和發(fā)展方向一、電纜的火災危急性電是當代社會的主要能源，電力的輸送及信息和信號的傳遞均離不開電線電纜，隨著我國工業(yè)特殊是動力工業(yè)的不斷進展，大負荷、超高壓輸供電技術的應用日益普遍，一個大型工廠中鋪設的電線電纜通?？蛇_數(shù)十萬米長，導致電線電纜火災危急性日益突出。由于電纜的護套和絕緣層一般都是由塑料和橡膠材料制成，具有易燃性。當電纜在過載、短路、局部過熱等故障狀態(tài)及外熱作用下就會引起絕緣材料絕緣電阻下降、失去絕緣力量、甚至燃燒，進而引發(fā)火災事故。因此在電纜密集敷設的場所，極易引起火災。而且，一旦火災發(fā)生，火勢將順著電纜的延燃而擴散，從而造成重大經(jīng)濟損失。電纜火災一旦發(fā)生，其火勢猛烈，擴散很快，在2～3s內起火，30～60s內可擴散l00m以外，同時產(chǎn)生大量濃煙和有毒氣體，因撲救困難，往往造成重大的經(jīng)濟損失，嚴峻威逼人們的生命財產(chǎn)平安。豎井中更是由于高度差的存在會導致自然揚風，使得電纜燃燒更加迅猛。假如電纜火災發(fā)生在發(fā)電廠、郵電通信系統(tǒng)及大型工礦企業(yè)，還有可能造成大面積停電，帶來惡劣的社會影響。近年來，由于電纜密度和電力負荷的增加，由電線電纜引起的火災爆炸事故呈上升趨勢。美國在1965～1975年統(tǒng)計的3285次電氣火災事故中，電線電纜火災事故就占30.5%，直接損失約4000萬美元；我國1995～2005年間，因電纜著火延燃造成的重大事故共90起，造成直接和間接損失達70多億元。2002年1月16日，山東省威高集團醫(yī)用高分子股份有限公司輸液車間內的電熱鼓風干燥箱配電線路短路引起火災，大火燒毀廠房10600m2，燒毀注塑、滅菌、包裝等生產(chǎn)設備及大批原材料，直接財產(chǎn)損失766.9萬元；1995年10月15日，山東省膠州市張應鎮(zhèn)青島世原鞋業(yè)有限公司技術部制造預備車間因電纜線短路發(fā)生火災，燒毀該車間全部建筑10386m2及機器設備383臺，直接財產(chǎn)損失2785.8萬元。二、電纜型防火涂料的進展國外對電纜防火非常重視，20世紀60年月開頭，工業(yè)發(fā)達的美國、日本等國家，已在電纜外殼阻燃化處理方面做了大量工作，除對電纜外殼本身進行阻燃處理外，還先后討論了防火涂料、防火包帶等，收到了良好效果。其中防火涂料的使用最為經(jīng)濟、便利，所以許多國家對電纜防火涂料的使用都有法律性的規(guī)定，日本規(guī)定在電纜隧道里每隔一段距離必需涂刷肯定長度的防火涂料，防火隔墻兩側的電纜也必需涂覆肯定長度的防火涂料；俄羅斯對要害部位的電纜，不僅要求電纜本身具有耐火性，而且還必需加涂防火涂料，做到雙保險；其他國家如美、英、法、德等國也都有規(guī)定。我國能源部于1994年制定的GB50217-1994《電力工程電纜設計規(guī)范》中明確提出將電纜防火涂料的應用作為防火愛護措施。1998年10月我國公安部發(fā)布了GA181-1998《電纜防火涂料通用技術條件》規(guī)定了電纜防火涂料的定義、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)章、標志、使用說明、包裝、貯存及運輸?shù)韧ㄓ眉夹g條件，將我國電纜防火涂料的討論、開發(fā)及推廣應用納入一個規(guī)范化的軌道。我國電纜防火涂料產(chǎn)品的研制始于20世紀70年月末和80年月初，是在飾面型防火涂料基礎上結合自身要求進展起來的。其理化性能及耐候性較好，涂層較薄，遇火能生成勻稱致密的海綿狀泡沫隔熱層，有顯著的隔熱防火效果。在以后的十年間，我國的電纜防火涂料得到了快速進展，消失了氯化橡膠、過氯乙烯、醇酸等類型的電纜防火涂料。電纜防火涂料作為電纜防火愛護的一種重要產(chǎn)品，通過20年來的應用，對阻擋火焰擴散、防止火災的發(fā)生和進展、削減電纜火災損失、愛護人民生命財產(chǎn)平安發(fā)揮了樂觀作用，其應用也從不規(guī)范到規(guī)范。到目前為止，國內生產(chǎn)企業(yè)已進展到近50家，遍布20多個省、市、自治區(qū)，已形成跨行業(yè)跨部門的討論生產(chǎn)體系。三、電纜型防火涂料的阻燃機理電纜防火涂料的防火機理大致可歸納如下：①涂料本身具有難燃性，使被愛護的電纜不直接與空氣接觸而延遲電纜著火和削減燃燒的速度；②防火涂料受火進行熱分解，產(chǎn)生不燃性惰性氣體，沖淡電纜受熱分解出的可燃氣體，使之不易燃燒或燃燒速率減慢；③防火涂料受熱分解出NO、NH3等基團，與有機游離基化合，中斷聯(lián)鎖反應，減小火勢；④防火涂料受熱膨脹發(fā)泡，形成炭質泡沫隔熱層，封閉被愛護的電纜，阻擋其著火燃燒。電纜防火涂料成膜后，在常溫下為一般涂膜，在火焰或高溫作用下，膨脹炭化，形成較原涂膜厚度大幾十倍甚至上百倍的不易燃的海綿狀炭化層。這種炭化層是很好的隔熱體，能使被愛護的電纜在肯定時間內保持較低的溫度。涂覆于電纜表面的防火涂料，按要求應為1mm，受熱膨脹后，形成的海綿狀泡沫隔熱層可達60～100mm。據(jù)有關資料介紹，涂層膨脹發(fā)泡后，形成的海綿狀泡沫炭化層其熱導率較發(fā)泡前的涂層低10倍以上，而涂層與泡沫炭化層的厚度相差近百倍，熱源與被愛護電纜的溫度差將近800℃。不難看出，在傳熱面積基本全都的狀況下防火涂料受熱形成的海綿狀泡沫層的隔熱效果是非常明顯的。四、電纜型防火涂料原料的選用電纜防火涂料是在飾面型防火涂料基礎上結合自身要求進展起來的，因而原料的討論及選用可參考飾面型防火涂料。電纜防火涂料作為特種涂料，除了應具有一般涂料的裝飾作用和對電纜基材供應物理愛護外，還需要具有阻燃耐火的特別功能，這就要求它們在肯定溫度下能發(fā)泡形成防火隔熱層。因此對其基料有一個特別要求，要求基料能與整個涂料體系協(xié)和，使涂料既有良好的機械理化性能，又能在受火時形成較好的泡沫隔熱層，為了達到肯定的阻燃耐火時間，要求發(fā)泡層在高溫下也不脫落。另外電纜橡膠類材料是高彈性體，并且電纜需要常常檢修移動，這就要求涂層應具有足夠的耐伸縮變化的性能，還要求防火涂料對橡膠電纜類材料無腐蝕性能、附著力好、室溫固化性好、涂膜裝飾性好。上述這些要求打算了選擇的關鍵之一是解決涂料與基材有良好的黏結性等問題。另外，對所選用的樹脂基料進行改性，使其配入各種阻燃添加劑后，既有抱負的防火隔熱性，又能適應電線電纜地下溝應用的環(huán)境條件。在電纜防火涂料的討論中，所選用的樹脂不僅使防火涂料有很好的防火效果，還需要從應用的角度動身，要求防火涂料具有抗水性、抗酸性、堿性、防霉性和電纜防腐蝕性及對電纜基材有較強的黏結性。電纜防火涂料的基料一般選用氯化橡膠、過氯乙烯、氨基樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂、醇酸樹脂等溶劑型樹脂和丙烯酸乳液、氯乙烯一偏二氯乙烯乳液、乳白膠、苯丙乳液等水溶型樹脂。能用于制備電纜防火涂料的樹脂有許多，在實際中常常采納兩種以上的樹脂混合使用，相互之間取長補短，以獲得抱負的涂膜性能。阻燃劑是電纜防火涂料的另一關鍵組分，它對電纜防火涂料的防火隔熱性能影響是極大的。選擇的阻燃劑必需與電纜防火涂料中的其他組分相互協(xié)作，使電纜防火涂料具有上述優(yōu)良的理化性能，而且在受火時膨脹發(fā)泡形成結實致密的隔熱層。選用阻燃劑時，需參考國內外有關資料，結合國內資源狀況，對預選適用的阻燃材料進行單項性能試驗討論。通過熱重和差熱分析，確定原料的熱分解性和阻燃性，在此基礎上將其分類，再通過配伍試驗觀看協(xié)同效果，這樣經(jīng)過分析和試驗來確定所選用的阻燃材料。由于膨脹型防火涂料的防火隔熱效能是依靠涂層膨脹后形成的發(fā)泡層所具有的低導熱性而實現(xiàn)的，因此發(fā)泡層質量的好壞，直接影響涂料防火隔熱性能的優(yōu)劣。涂層在膨脹發(fā)泡形成阻燃隔熱愛護層的過程中，存在著發(fā)泡率與發(fā)泡層密實度這一對沖突，若涂料膨脹發(fā)泡率太低，火源與電纜基材之間的有效隔熱距離近，消失防火隔熱效果差的問題；若涂料膨脹發(fā)泡率太大，則發(fā)泡層強度差，簡單被火焰沖破，使其開裂而火焰直接攻擊電纜基材，失去防火愛護的目的。這就要求把握發(fā)泡劑的量，找到涂料膨脹發(fā)泡層的一個最佳高度，當在這一值四周時，發(fā)泡層既有肯定的強度，又使火源與電纜基材有肯定的隔熱距離，從而獲得高質量的發(fā)泡層，取得良好的隔熱效果。由于目前人們在選用阻燃劑時，首先會選用無公害、無污染、無放射性、在使用過程中無毒的綠色環(huán)保型阻燃劑，無機阻燃劑不僅有良好的阻燃效果，且無毒，燃燒時不產(chǎn)生濃煙和毒氣，原料來源豐富，成本亦低。因而在討論中采納加入肯定量無機添加劑以提高涂料膨脹發(fā)泡層的質量，從而達到最佳防火效果。由于非膨脹防火涂料涂層較厚，難以滿意電纜的彎曲要求，因此電纜防火涂料的成膜物質主要以高氯聚乙烯、氯化橡膠、丙烯酸樹脂、醇酸樹脂、苯丙乳液、氯偏乳液等為主。脫水成炭催化劑可選擇磷酸銨鹽和偏磷酸銨鹽，為提高涂層的抗水性，通?？蛇x用在水中溶解度較小的聚磷酸銨。炭化劑有季戊四醇、二季戊四醇、多季戊四醇、淀粉、糊精等，炭化劑的選擇不僅要考慮其分解溫度，還要考慮和脫水炭化溫度的匹配，通常選用季戊四醇。常用的主發(fā)泡劑是三聚氰胺，幫助發(fā)泡劑有聚磷酸銨、氯化石蠟等。為進一步提高炭化層的強度，在涂料配方中應加入炭化層補強劑，炭化層補強劑的作用與膨脹劑相反，用量應適當，如肯定量的石棉粉和酚醛纖維。著色劑可選擇遮蓋力強、著色力高及化學性能穩(wěn)定的鈦白粉和有機顏料。堿性的顏料能中和高溫下脫水成炭催化劑分解出來的磷酸，影響涂層的膨脹發(fā)泡效果，不宜采納。對溶劑型電纜防火涂料，選擇的溶劑不能破壞電纜絕緣護套料的性能，依據(jù)電廠和變電站的施工防火要求，可選用醋酸丁酯。在GA181-1998中，抗彎性與阻燃性同為A類缺陷指標，與阻燃性同等重要。在其他材料基本確定的狀況下，可通過填加增塑劑的方法來解決。一般小分子的增塑劑對炭化層有破壞作用，較大分子的增塑劑在提高涂膜韌性的同時基本不對其他性能造成負面影響。如磷酸酯類阻燃增塑劑，當以肯定的配比加入涂料中攪拌勻稱后，所制得的涂料柔韌性大大提高，能滿意電線電纜彎曲的要求。同時由于這種增塑劑兼具阻燃的性能，不會影響涂料的防火性能。五、進展方向無機防火涂料隔熱性、耐候性均差，進入20世紀80年月后基本已被淘汰，現(xiàn)在所使用的電纜防火涂料均是膨脹型防火涂料。一般來說，溶劑型電纜防火涂料的理化性能及耐侯性能均優(yōu)于水性電纜防火涂料，所以目前我國電纜防火涂料主要以溶劑型電纜防火涂料品種居多。但是溶劑易燃，施工時的火災隱患也相當大，加之溶劑對人體有不同程度的損害，因此特殊是在電纜豎井、電纜溝、電