電纜是公共建筑中重要的供電設(shè)施之一，一旦發(fā)生火災(zāi)會(huì)成為建筑火勢(shì)蔓延的途徑。另一方面，電纜受火的作用后，易發(fā)生短路，擴(kuò)大災(zāi)情，并給消防人員火災(zāi)撲救帶來(lái)危險(xiǎn)。因此，加強(qiáng)電纜的阻火性能研究和應(yīng)用非常重要。刷涂防火涂料，是增強(qiáng)電纜耐火性能的常用方法。
一、電纜防火涂料的應(yīng)用
筆者對(duì)所處地級(jí)城市的涂料市場(chǎng)進(jìn)行過(guò)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、飾面型防火涂料較多，而電纜防火涂料幾乎沒(méi)有蹤影，說(shuō)明此類產(chǎn)品的使用沒(méi)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(jīng)濟(jì)安全實(shí)用的防火措施。
二、電纜防火涂料用于保護(hù)重點(diǎn)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(shí)間內(nèi)仍保持正常運(yùn)行。電纜防火涂料受火的作用后，能形成炭化層，阻止火勢(shì)向內(nèi)延燒，能起到保護(hù)線路的作用。如消防用電設(shè)施的配電線路。在GB50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中就規(guī)定，消防用電設(shè)備的配電線路應(yīng)滿足火災(zāi)時(shí)連續(xù)供電的需要，明敷時(shí)(包括敷設(shè)在吊頂內(nèi))，應(yīng)穿金屬管或封閉式金屬線槽，并應(yīng)采取防火保護(hù)措施。在Q/CHECC011-2004《水力發(fā)電廠電纜防火阻燃措施設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，電纜防火涂料，應(yīng)涂覆于貫穿孔洞封堵層的一側(cè)或兩側(cè)電纜，阻火墻兩側(cè)電纜或其他場(chǎng)所需防火保護(hù)的電纜;涂覆于進(jìn)出槽盒端頭電纜及從槽盒內(nèi)引出的電纜;適用于室內(nèi)較干燥與清潔環(huán)境。
三、電纜防火涂料對(duì)電纜載流量影響小
刷涂電纜防火涂料與采取其它保護(hù)措施相比，更為節(jié)能，施工也更為便捷。防火涂料因?yàn)楹穸刃?，散熱性好，根?jù)試驗(yàn)，對(duì)電纜載流量的影響很小，可以忽略不計(jì)。而電力電纜全線敷設(shè)在防火槽盒內(nèi)，或防火橋架內(nèi)時(shí)，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(shè)在槽盒、防火橋架內(nèi)的耗能低，而且降低工程成本，更為經(jīng)濟(jì)。
四、電纜防火涂料能阻止火勢(shì)豎向蔓延
電纜一般來(lái)說(shuō)鋪設(shè)在管道井中，管道井易在火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，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(zāi)蔓延擴(kuò)大，形成大面積立體燃燒，因此，電纜的阻燃性能關(guān)系到火災(zāi)的蔓延。當(dāng)前，市場(chǎng)上所使用的阻燃電纜并不能避免電纜著火，只是根據(jù)現(xiàn)行的難燃性能標(biāo)準(zhǔn)，阻燃電纜在規(guī)定值以內(nèi)，在外界無(wú)繼續(xù)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。
五、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(shù)脂以外，還配有催化劑、碳化劑和發(fā)泡劑等等。當(dāng)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(duì)基材的作用，因此電纜防火涂料應(yīng)選用膨脹型防火涂料。電纜防火涂料與鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、飾面型防火涂料最大的區(qū)別是要解決電纜彎曲時(shí)涂料能隨之延展伸縮不能出現(xiàn)裂縫的問(wèn)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。
制備的電纜防火涂料應(yīng)符合GA181-1998《電纜防火涂料通用技術(shù)條件》中的十項(xiàng)指標(biāo)[1]，分別是在容器中的狀態(tài)、細(xì)度、黏度、干燥時(shí)間、耐油性、耐鹽腐蝕性、耐濕熱性、耐凍融循環(huán)性、抗彎性和耐火性。
六、電纜防火涂料的作用機(jī)理
電纜防火涂料目前一般在施工過(guò)程中采用三種涂覆方法，全涂、局部涂覆、局部長(zhǎng)距離大面積涂覆。根據(jù)不同場(chǎng)所、不同環(huán)境、電纜數(shù)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(jī)理主要是:
(1)發(fā)泡劑熱分解，發(fā)泡劑受熱分解出不燃?xì)怏w，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?xì)怏w。
(3)熔融的成膜劑因發(fā)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(qiáng)力吸水物質(zhì)，與成膜泡沫層成碳劑發(fā)生酯化反應(yīng)，脫水炭化反應(yīng)，形成無(wú)機(jī)物及炭化殘余物。
(5)在催化劑和高溫?zé)嵩吹暮婵鞠绿炕w系膠化、固化，脫水成炭，生成不飽和主鏈，再進(jìn)行環(huán)化架橋反應(yīng)，最后生成致密堅(jiān)硬的黑色蜂窩狀炭化層。炭化層的厚度關(guān)系到熱量的傳遞，碳化層越從作用機(jī)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(hù)面。二是催化劑與成膜劑、成碳劑的匹配，這關(guān)系到炭化層的構(gòu)建。如果匹配得好，則發(fā)泡速度快、發(fā)泡均勻，發(fā)泡持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，碳化層厚度大、硬度好，其阻燃效果好。三是增塑劑的選型，關(guān)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(chǎng)應(yīng)用的情況看，還存在一些瓶頸問(wèn)題，主要原因是兩個(gè)方面:一方面現(xiàn)行規(guī)范對(duì)電纜防火涂料的應(yīng)用還沒(méi)有作出詳盡的規(guī)定;另一方面目前使用的電纜防火涂料的性能還有待于進(jìn)一步提高，提升的空間還很大，表現(xiàn)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(qiáng)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(xiàn)裂縫;耐候性不佳，易變性變色。據(jù)有關(guān)資料顯示，國(guó)內(nèi)此類產(chǎn)品，比較好的選用彈性材料作成膜劑，通過(guò)加入超細(xì)TECHNOCEL工程纖維素，制得的電纜防火涂料，能在通電情況下連續(xù)供火，測(cè)得耐火時(shí)間為36min。此為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在實(shí)際中，還應(yīng)考慮涂料的耐候性，涂覆使用一段時(shí)間后，涂料的耐火時(shí)間將小于36min。耐火時(shí)間與阻止火勢(shì)蔓延以及實(shí)際滅火工作需要仍有一定的差距。
七、電纜防火涂料應(yīng)用的改進(jìn)和優(yōu)化
八、加強(qiáng)電纜防火涂料的應(yīng)用
現(xiàn)有GB50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和GB50045-95(2005年版)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中僅對(duì)消防用電設(shè)備的配電線路作出了規(guī)定，規(guī)范中應(yīng)增加:一是對(duì)其它重要的、大功率動(dòng)力電纜，管道井中鋪設(shè)的電纜采取防火保護(hù)措施;二是穿越樓板、隔墻的電纜兩側(cè)采取防火保護(hù)措施;三是對(duì)鄰近易著火部位，如鍋爐本體、煤粉防爆門、汽輪機(jī)機(jī)頭及熱、油路管道等處，架空敷設(shè)在難燃槽盒內(nèi)的電纜(主要是熱控電纜)采取防火保護(hù)措施，推薦使用電纜防火涂料，增強(qiáng)電力線路的安全性，預(yù)防電氣線路火災(zāi)事故發(fā)生。
九、引入納米材料技術(shù)改良性能
納米技術(shù)是指在納米尺度范圍內(nèi)研究物質(zhì)的特性和相互作用的一門多學(xué)科交叉的科學(xué)技術(shù)。納米技術(shù)關(guān)鍵在于納米材料介于宏觀物質(zhì)與微觀原子或分子間的過(guò)渡亞穩(wěn)定狀態(tài)。處于這個(gè)數(shù)量級(jí)的物質(zhì)呈現(xiàn)出非常態(tài)的理化性質(zhì)。在電纜防火涂料中引入納米技術(shù)主要增強(qiáng)電纜防火涂料的附著力，增強(qiáng)延伸性、回彈性和柔韌性，如，通過(guò)納米技術(shù)制得無(wú)機(jī)有機(jī)雜化樹(shù)脂納米級(jí)成膜劑，無(wú)機(jī)材料與有機(jī)分子復(fù)合形成具有共價(jià)鍵結(jié)合的納米級(jí)復(fù)合樹(shù)脂，具有耐高溫，黏接強(qiáng)度高等特點(diǎn)。成膜劑的選擇是關(guān)系到電纜防火涂料性能的關(guān)鍵，采用納米技術(shù)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(shù)，可增加涂料中無(wú)機(jī)防火填料的阻燃性能。已有實(shí)驗(yàn)表明，納米級(jí)三氧化二銻、氫氧化鎂材料，由于具有更好的分布結(jié)構(gòu)，阻燃性能大大提高。
十、選擇良好的增塑劑
增塑是采用物理或化學(xué)方法以增加高分子的可塑性能的過(guò)程，可以提高高分子化合物的流動(dòng)性，柔軟性，硬度、拉伸強(qiáng)度，弱性模數(shù)，抗彎曲性，抗沖擊性，伸長(zhǎng)率和柔韌性，同時(shí)，降低脆性。作用機(jī)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(yīng)力，結(jié)果增加了聚合物分子鏈的移動(dòng)性，降低聚合物分子鏈的結(jié)晶度，從而使聚合物的塑性增加。一般來(lái)說(shuō)分為外塑劑和內(nèi)塑劑。以硝酸纖維素，乙烯類樹(shù)脂，橡膠衍生物等制造涂料時(shí)須使用增塑劑。一般來(lái)說(shuō)在生產(chǎn)領(lǐng)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(jù)實(shí)驗(yàn)表明，如果用磷酸酯替代DIDP，材料氧指數(shù)(LOI)可以達(dá)到32.9。制備電纜防火涂料應(yīng)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(yōu)勢(shì)，也可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō)芳基上的烷基取代基也對(duì)磷酸酯的阻燃性和柔韌性有影響，有機(jī)多磷酸酯用鹵素官能團(tuán)取代時(shí)其氧指數(shù)將會(huì)提高。
十一、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(zhì)，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(jié)構(gòu)的炭化層。磷酸三聚氰胺，具有催化和發(fā)泡雙重功效，采用磷酸三聚氰胺為催化劑較好[5]。
十二、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(jié)構(gòu)的泡沫碳化層的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)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(dāng)采用聚磷酸胺作催化劑時(shí)，就應(yīng)用熱穩(wěn)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(wèn)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(jià)格原因，在國(guó)內(nèi)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(gè)應(yīng)用前景良好的消防產(chǎn)品，但仍需通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步研究，制備出符合消防工作實(shí)際需要的，更多更好品種的電纜防火涂料。
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