電纜防火涂料的用途
發布時間：
2019-03-10
電纜防火涂料目前一般在施工過程中采用三種涂覆方法，全涂、局部涂覆、局部長距離大面積涂覆。根據不同場所、不同環境、電纜數量及其重要性，厚度一般以1.0mm左右為宜，最少0.7mm，多則1.2mm。涂覆比為1～2kg/m2。
電纜是公共建筑中重要的供電設施之一，一旦發生火災會成為建筑火勢蔓延的途徑。另一方面，電纜受火的作用后，易發生短路，擴大災情，并給消防人員火災撲救帶來危險。因此，加強電纜的阻火性能研究和應用非常重要。刷涂防火涂料，是增強電纜耐火性能的常用方法。
1·電纜防火涂料的應用
筆者對所處地級城市的涂料市場進行過調查，發現鋼結構防火涂料、飾面型防火涂料較多，而電纜防火涂料幾乎沒有蹤影，說明此類產品的使用沒有普及。電纜是工程中的重要組成部分，使用電纜防火涂料是一種經濟安全實用的防火措施。
1.1電纜防火涂料用于保護重點線路
在電纜上使用防火涂料主要是確保電纜在火焰中難燃或不燃，并能在一定時間內仍保持正常運行。電纜防火涂料受火的作用后，能形成炭化層，阻止火勢向內延燒，能起到保護線路的作用。如消防用電設施的配電線路。在GB50016-2006《建筑設計防火規范》中就規定，消防用電設備的配電線路應滿足火災時連續供電的需要，明敷時(包括敷設在吊頂內)，應穿金屬管或封閉式金屬線槽，并應采取防火保護措施。在Q/CHECC011-2004《水力發電廠電纜防火阻燃措施設計規范》中規定，電纜防火涂料，應涂覆于貫穿孔洞封堵層的一側或兩側電纜，阻火墻兩側電纜或其他場所需防火保護的電纜;涂覆于進出槽盒端頭電纜及從槽盒內引出的電纜;適用于室內較干燥與清潔環境。
1.2電纜防火涂料對電纜載流量影響小
刷涂電纜防火涂料與采取其它保護措施相比，更為節能，施工也更為便捷。防火涂料因為厚度小，散熱性好，根據試驗，對電纜載流量的影響很小，可以忽略不計。而電力電纜全線敷設在防火槽盒內，或防火橋架內時，電力電纜載流量將下降11%～13%。因此，在工程中，刷涂防火涂料比敷設在槽盒、防火橋架內的耗能低，而且降低工程成本，更為經濟。
1.3電纜防火涂料能阻止火勢豎向蔓延
電纜一般來說鋪設在管道井中，管道井易在火災時產生煙囪效應，特別是高層建筑更為明顯，如果電纜不采取防火措施，易使火災蔓延擴大，形成大面積立體燃燒，因此，電纜的阻燃性能關系到火災的蔓延。當前，市場上所使用的阻燃電纜并不能避免電纜著火，只是根據現行的難燃性能標準，阻燃電纜在規定值以內，在外界無繼續供火的條件下，才使電纜自熄而阻止延燃。因此，阻燃電纜仍需采取一定的防火措施，而刷涂電纜防火涂料就是一種很好的方法。
2·電纜防火涂料的組分
防火涂料一般分為膨脹型和非膨脹型兩大類。非膨脹型防火涂料，不能很好地滿足電纜彎曲的需要。而膨脹型防火涂料涂層薄，除含有不燃樹脂以外，還配有催化劑、碳化劑和發泡劑等等。當在火焰和高溫的作用下，能吸收大量外界熱能，形成比原涂層厚幾十倍的碳化隔熱層，能有效地阻止外部熱源對基材的作用，因此電纜防火涂料應選用膨脹型防火涂料。電纜防火涂料與鋼結構防火涂料、飾面型防火涂料最大的區別是要解決電纜彎曲時涂料能隨之延展伸縮不能出現裂縫的問題。
電纜防火涂料一般由成膜劑、阻燃劑、難燃劑、填料、阻燃增塑劑組成，見表1。
表1 電纜防火涂料的組分與性能
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制備的電纜防火涂料應符合GA181-1998《電纜防火涂料通用技術條件》中的十項指標[1]，分別是在容器中的狀態、細度、黏度、干燥時間、耐油性、耐鹽腐蝕性、耐濕熱性、耐凍融循環性、抗彎性和耐火性。
3·電纜防火涂料的作用機理
電纜防火涂料目前一般在施工過程中采用三種涂覆方法，全涂、局部涂覆、局部長距離大面積涂覆。根據不同場所、不同環境、電纜數量及其重要性，厚度一般以1.0mm左右為宜，最少0.7mm，多則1.2mm。涂覆比為1～2kg/m2。
電纜防火涂料的作用機理[2]主要是:
(1)發泡劑熱分解，發泡劑受熱分解出不燃氣體，如三聚氰胺分解出NH3。
(2)附著在電纜上的成膜劑軟化熔融并伴有熱分解，釋放不燃氣體。
(3)熔融的成膜劑因發泡劑和自身釋放的氣體膨脹而形成泡沫層。
(4)催化劑熱分解生成強力吸水物質，與成膜泡沫層成碳劑發生酯化反應，脫水炭化反應，形成無機物及炭化殘余物。
(5)在催化劑和高溫熱源的烘烤下炭化體系膠化、固化，脫水成炭，生成不飽和主鏈，再進行環化架橋反應，最后生成致密堅硬的黑色蜂窩狀炭化層。炭化層的厚度關系到熱量的傳遞，碳化層越厚，傳遞的熱量呈反比降低。
從作用機理可以看出，影響電纜防火涂料作用效果主要有以下方面:一是成膜劑的附著力，如果附著力大，則涂層不易破裂，能形成致密的保護面。二是催化劑與成膜劑、成碳劑的匹配，這關系到炭化層的構建。如果匹配得好，則發泡速度快、發泡均勻，發泡持續時間長，碳化層厚度大、硬度好，其阻燃效果好。三是增塑劑的選型，關系到電纜防火涂料的柔韌度等物理性能。四是各組分的混合比例。
目前，從市場應用的情況看，還存在一些瓶頸問題，主要原因是兩個方面:一方面現行規范對電纜防火涂料的應用還沒有作出詳盡的規定;另一方面目前使用的電纜防火涂料的性能還有待于進一步提高，提升的空間還很大，表現在成膜劑附著力差，不能形成致密的覆蓋層;炭化層硬度差，在強火焰和氣流下容易被燒穿或吹落;延伸性、回彈性、柔韌性不良，電纜彎曲易出現裂縫;耐候性不佳，易變性變色[3]。據有關資料[4]顯示，國內此類產品，比較好的選用彈性材料作成膜劑，通過加入超細TECHNOCEL工程纖維素，制得的電纜防火涂料，能在通電情況下連續供火，測得耐火時間為36min。此為實驗數據，在實際中，還應考慮涂料的耐候性，涂覆使用一段時間后，涂料的耐火時間將小于36min。耐火時間與阻止火勢蔓延以及實際滅火工作需要仍有一定的差距。
4·電纜防火涂料應用的改進和優化
4.1加強電纜防火涂料的應用
現有GB50016-2006《建筑設計防火規范》和GB50045-95(2005年版)《高層民用建筑設計防火規范》中僅對消防用電設備的配電線路作出了規定，規范中應增加:一是對其它重要的、大功率動力電纜，管道井中鋪設的電纜采取防火保護措施;二是穿越樓板、隔墻的電纜兩側采取防火保護措施;三是對鄰近易著火部位，如鍋爐本體、煤粉防爆門、汽輪機機頭及熱、油路管道等處，架空敷設在難燃槽盒內的電纜(主要是熱控電纜)采取防火保護措施，推薦使用電纜防火涂料，增強電力線路的安全性，預防電氣線路火災事故發生。
4.2引入納米材料技術改良性能
納米技術是指在納米尺度范圍內研究物質的特性和相互作用的一門多學科交叉的科學技術。納米技術關鍵在于納米材料介于宏觀物質與微觀原子或分子間的過渡亞穩定狀態。處于這個數量級的物質呈現出非常態的理化性質。在電纜防火涂料中引入納米技術主要增強電纜防火涂料的附著力，增強延伸性、回彈性和柔韌性，如，通過納米技術制得無機有機雜化樹脂納米級成膜劑，無機材料與有機分子復合形成具有共價鍵結合的納米級復合樹脂，具有耐高溫，黏接強度高等特點。成膜劑的選擇是關系到電纜防火涂料性能的關鍵，采用納米技術制作電纜防火涂料的成膜劑，這是擺脫以往思維局限的新的思考路徑。另外，引入納米技術，可增加涂料中無機防火填料的阻燃性能。已有實驗表明，納米級三氧化二銻、氫氧化鎂材料，由于具有更好的分布結構，阻燃性能大大提高。
4.3選擇良好的增塑劑
增塑是采用物理或化學方法以增加高分子的可塑性能的過程，可以提高高分子化合物的流動性，柔軟性，硬度、拉伸強度，弱性模數，抗彎曲性，抗沖擊性，伸長率和柔韌性，同時，降低脆性。作用機理是增塑劑分子插入到聚合物分子鏈之間，消弱聚合物分子鏈之間的應力，結果增加了聚合物分子鏈的移動性，降低聚合物分子鏈的結晶度，從而使聚合物的塑性增加。一般來說分為外塑劑和內塑劑。以硝酸纖維素，乙烯類樹脂，橡膠衍生物等制造涂料時須使用增塑劑。一般來說在生產領域有5種通用型增塑劑:鄰苯二甲酸二異庚酯(DIHP)，鄰苯二甲酸壬酯(DINP)，鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP)，鄰苯二甲酸二-2-乙基乙酯(DEHP)，鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)，但這些增塑劑的使用將增加可燃性。因此，在電纜防火涂料的制備中，選用磷酸酯(磷酸異丙苯基二苯酯)替代通用型增塑劑，據實驗表明，如果用磷酸酯替代DIDP，材料氧指數(LOI)可以達到32.9。制備電纜防火涂料應使用磷酸酯類化合物作為增塑劑，使涂料具有良好的性能。此外，具有阻燃性能的SCEP一種混合型三芳基磷酸酯具有阻燃和增塑的功能，與磷酸三氯乙酯(TCEP)相比更有優勢，也可以進行實驗。一般來說芳基上的烷基取代基也對磷酸酯的阻燃性和柔韌性有影響，有機多磷酸酯用鹵素官能團取代時其氧指數將會提高。
4.4選擇良好的催化劑
催化劑是一種能在一定條件下分解出磷酸的物質，分解出的酸使多元醇脫水，從而使之形成不燃的三維空間結構的炭化層。磷酸三聚氰胺，具有催化和發泡雙重功效，采用磷酸三聚氰胺為催化劑較好[5]。
4.5選擇正確的成碳劑
成碳劑是在高溫下形成不燃三維空間結構的泡沫碳化層的物質基礎，對泡沫炭化層起骨架作用，成碳劑在分解溫度上要與催化劑相匹配，當采用聚磷酸胺作催化劑時，就應用熱穩定性高的含碳多羥基化合物作成碳劑，如季戊四醇，二戊季醇。使用淀粉作成碳劑，涂層的耐水性問題難以解決，因此，不用淀粉作成碳劑，而二季戊四醇由于其價格原因，在國內很少使用，采用季戊四醇作為防火涂料的成碳劑較好。
總之，電纜防火涂料是一個應用前景良好的消防產品，但仍需通過大量實驗，進一步研究，制備出符合消防工作實際需要的，更多更好品種的電纜防火涂料。
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