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耐火硅橡膠電纜工藝
閱讀：1699 發(fā)布時(shí)間：2018-8-13前言
近些年來(lái)，特別是美國(guó)911事件以后，以及國(guó)內(nèi)幾家大型公共娛樂(lè)場(chǎng)所、化工、煤礦、商廈火災(zāi)造成慘痛的人民生命和財(cái)產(chǎn)重大損失后，人們對(duì)消防、防火安全有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。隨著城市人口的急劇增長(zhǎng)，高層建筑、賓館酒店、大型超市、醫(yī)院、車站、機(jī)場(chǎng)不斷的增加，地鐵、隧道交通的建設(shè)，以及大型公共體育、娛樂(lè)場(chǎng)所、公共交通設(shè)施的增加，消防、防火安全的重要性凸現(xiàn)出來(lái)。如何在火災(zāi)的情況下，在一定時(shí)間內(nèi)保障電力和通訊的暢通，zui大限度地贏得寶貴的搶救時(shí)間，減少人員的傷亡和生命財(cái)產(chǎn)的損失，這是人們一直在不斷探索的課題。
目前，國(guó)內(nèi)外采用的大多是氧化鎂礦物防火絕緣電纜和云母帶纏繞的耐火電纜。氧化鎂礦物防火絕緣電纜的結(jié)構(gòu)如下（略）：
由于這種結(jié)構(gòu)的電纜需要專門的生產(chǎn)加工設(shè)備，加之生產(chǎn)氧化鎂礦物防火絕緣電纜的設(shè)備不僅需要進(jìn)口，而且非常昂貴，資金投入太大；另外，氧化鎂礦物防火絕緣電纜的外護(hù)層是全銅的，造價(jià)上較高，在實(shí)際應(yīng)用方面受到一定程度的限制；再加上銅護(hù)套氧化鎂礦物防火絕緣電纜在生產(chǎn)加工、運(yùn)輸、線路的敷設(shè)安裝和使用等過(guò)程中的特殊要求，如氧化鎂礦物防火絕緣電纜的生產(chǎn)加工不能像高分子材料那樣便捷，敷設(shè)安裝難度大，原材料成本造價(jià)高，很難大規(guī)模地普及使用，特別難以在民用建筑上推廣等。而云母帶纏繞的耐火電纜，在生產(chǎn)過(guò)程中需要多層纏繞，由于工藝條件的限制，往往易造成搭接縫處出現(xiàn)缺陷，火燒后云母帶發(fā)脆，容易脫落，也造成耐火效果差，從而難以保障通訊、電力在火災(zāi)情況下的安全暢通。
1 陶瓷化耐火硅橡膠的研究
陶瓷化耐火硅橡膠不同于普通的橡膠，也不同于阻燃橡膠，它具有優(yōu)于普通橡膠和阻燃橡膠的特性：在常溫下陶瓷化耐火硅橡膠具備了普通硅橡膠的性能，在高溫火焰的燒蝕后形成堅(jiān)硬的殼體，保護(hù)被燒的物體不受損壞。用陶瓷化耐火硅橡膠做成的電線電纜，被燒蝕后形成的堅(jiān)硬殼體保護(hù)著電線電纜，從而保證了電力、通訊的暢通，為火災(zāi)情況下人員的疏散和搶救贏得了寶貴的時(shí)間。而阻燃膠只能延緩橡膠被燒成粉末的時(shí)間，如果持續(xù)被火燒的話，橡膠就逐漸變成粉狀脫落，失去了保護(hù)作用，電線電纜將被擊穿而造成短路。
1.1 實(shí)驗(yàn)
陶瓷化耐火硅橡膠是在甲基乙烯基硅橡膠中加入白炭黑、硅油，以及其他助劑，經(jīng)過(guò)混煉后，在開(kāi)煉機(jī)上加入硫化劑（雙-2，5），然后經(jīng)過(guò)模壓、擠出。制成制品，然后經(jīng)過(guò)高溫爐或火焰的燒蝕，性能測(cè)試結(jié)果如表1、表2、表3所示。
表1 陶瓷化耐火硅橡膠的配方及物理機(jī)械性能
| 項(xiàng)目 | 用量/份 |
| 甲基乙烯基硅橡膠110-2 | 100 |
| 白炭黑 | 60 |
| 硅油 | 11 |
| 瓷化粉 | 適量 |
| 物理機(jī)械性能（試片厚度2mm，硫化條件：175℃×5min） | |
| 邵氏A硬度/度 | 68 |
| 拉伸強(qiáng)度/MPa | 5.5 |
| 拉斷伸長(zhǎng)率/% | 305 |
| 撕裂強(qiáng)度/kN·m-1 | 16.3 |
表2 片經(jīng)燒蝕后的結(jié)果
| 試片厚度/mm | 450℃×90min | 500℃×90min | 600℃×90min | 750℃×90min | 900℃×90min |
| 2 | 硬 | 硬 | 堅(jiān)硬 | 堅(jiān)硬 | 堅(jiān)硬 |
| 5 | 硬 | 硬 | 堅(jiān)硬 | 堅(jiān)硬 | 堅(jiān)硬 |
表3 試片在丙烷火焰中的燒蝕結(jié)果（2min斷煙）
| 試片厚度/mm | 700-800℃×90min |
| 2 | 堅(jiān)硬 |
| 5 | 堅(jiān)硬 |
1.2 特性
普通的高分子材料在經(jīng)過(guò)火焰燃燒后絕大部分都變成灰燼，很少能夠變成陶瓷狀物體，所以起不到隔絕火焰的作用。陶瓷化耐火硅橡膠在常溫下無(wú)毒、無(wú)味，具有很好的柔軟性和彈性，具備了硅橡膠的特質(zhì)。它在500℃以上的高溫和火焰燒蝕下，有機(jī)成分會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)被燒蝕轉(zhuǎn)化成堅(jiān)硬的陶瓷狀物質(zhì)，形成一層良好的隔絕盡，阻擋火焰的繼續(xù)燃燒，而且燒蝕時(shí)間越長(zhǎng)、溫度越高，堅(jiān)硬的效果越明顯，部分型號(hào)的陶瓷化耐火硅橡膠可以耐到12001500℃。陶瓷化耐火硅橡膠可以使用常規(guī)的橡膠加工設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)的制品具備了硅橡膠的物理機(jī)械性能和其他各項(xiàng)性能，具有良好的加工性。
陶瓷化耐火硅橡膠既不是阻燃膠，也不是難燃膠。阻燃膠和難燃膠的作用機(jī)理是在高分子材料中加入有機(jī)和無(wú)機(jī)阻燃材料，在燃燒的過(guò)程中，生成的物質(zhì)可以使火焰逐漸熄滅，從而達(dá)到阻燃的效果。但是，在火災(zāi)中，火焰是在持續(xù)不斷燃燒著的，阻燃膠和難燃膠被燒以后都會(huì)變成灰燼，所以起不到消防、防火的作用，這種用阻燃和難燃橡膠做成的阻燃電線電纜不能、夠*保障火災(zāi)中的通訊、電力通暢，人員和財(cái)產(chǎn)的安全難以得到保證。陶瓷化耐火硅橡膠克服了上述缺點(diǎn)，是一種應(yīng)用前景很廣的新型高分子復(fù)合防火材料。
1.3 防火機(jī)理
陶瓷化耐火硅橡膠的主體材料是高溫硅橡膠（HTV），在常溫下它具備了硅橡膠的基本特性，無(wú)毒、無(wú)味、耐高低溫、耐臭氧老化、耐候老化、優(yōu)良的電絕緣性能，也具備了普通高溫硅橡膠良好的加工性能。
陶瓷化耐火硅橡膠在火焰的燒蝕下，燃燒1-2min后即開(kāi)始燒結(jié)成堅(jiān)硬的陶瓷狀殼體的隔絕層，這種堅(jiān)硬的陶瓷狀殼體的隔絕層可以非常有效地阻擋火焰的繼續(xù)燃燒，而且在被燒2-3min后*斷煙。在接下來(lái)阻擋火焰的過(guò)程中，本身也不再產(chǎn)生煙霧。在前期2-3min內(nèi)產(chǎn)生的煙霧，也是無(wú)毒、無(wú)鹵的。煙霧主要由有機(jī)硅燃燒后產(chǎn)生，有機(jī)硅本身不含有毒、有鹵的物質(zhì)。
2 陶瓷化耐火硅橡膠應(yīng)用于防火電線電纜的探索性研究
2.1 陶瓷化耐火硅橡膠應(yīng)用于防火電線電纜的性能測(cè)試
對(duì)陶瓷化耐火硅橡膠制成的電線電纜的性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4、5所示。
表4 標(biāo)稱截面1.5mm2陶瓷化耐火硅橡膠防火電線物理機(jī)械性能
| 測(cè)試項(xiàng)目 | 性能指標(biāo) |
| 拉伸強(qiáng)度/MPa | 5.1 |
| 拉斷伸長(zhǎng)率/% | 370 |
表5 陶瓷化耐火硅橡膠防火電線電纜在丙烷火焰中的燒蝕結(jié)果
| 標(biāo)稱截面/mm2 | 700-800℃×90min，加載0.6kV |
| 1.5 | 通過(guò) |
| 4.0 | 通過(guò) |
| 50 | 通過(guò) |
2.2 加工性、經(jīng)濟(jì)性
陶瓷化耐火硅橡膠和普通的高溫硅橡膠混煉膠的加工方法是*相同的，它具備了很好的擠出性和模壓性，可以直接用硅橡膠電線電纜設(shè)備擠出、硫化成電線電纜，無(wú)需增加設(shè)備，更無(wú)需像氧化鎂礦物防火絕緣電纜那樣需要巨額的設(shè)備投入，也無(wú)需像云母帶纏繞的耐火電纜那樣要經(jīng)過(guò)多次纏繞，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，可以大幅度降低成本。用陶瓷化耐火硅橡膠生產(chǎn)的電線電纜可以大幅度降低成本，可以和普通的電線電纜一樣便捷的進(jìn)行敷設(shè)安裝，無(wú)需像氧化鎂礦物防火絕緣電纜那樣復(fù)雜敷設(shè)，為防火電線電纜的廣泛普及和應(yīng)用提供了前提條件和基礎(chǔ)。
2.3 應(yīng)用
陶瓷化耐火硅橡膠防火電線電纜所具備的良好的消防、防火特性，使得它可以廣泛應(yīng)用于公共消防、防火安全要求非常高的場(chǎng)所，如普通民災(zāi)、高層建筑、電梯、大小型超市商場(chǎng)、地鐵、機(jī)場(chǎng)、車站、醫(yī)院、銀行、寫字樓、賓館酒店、郵政電信大樓、展覽館、圖書館、博物館、古代建筑、學(xué)校、電力大樓、公共娛樂(lè)場(chǎng)所、隧道、地下建筑、倉(cāng)庫(kù)等，還可以用于冶金、鋼鐵、焦炭、煤礦、電廠、輸變電站、造船、石油、化工、醫(yī)藥、核電站、航空航天、軍事、造紙等行業(yè)，以及家電、汽車、公共交通設(shè)施等等。陶瓷化耐火硅橡膠防火電線電纜有著廣闊的應(yīng)用前景。
3 結(jié)語(yǔ)
陶瓷化耐火硅橡膠為消防、防火又提供了一個(gè)新型的、安全的防火、消防材料，特別是為防火電線電纜的制造又開(kāi)辟出一條新思路和新方法；它的誕生使得防火電線電纜的生產(chǎn)加工、敷設(shè)安裝和應(yīng)用得到了進(jìn)一步簡(jiǎn)化。和以往的防火電纜相比，成本得到大幅度降低，為廣泛普及、推廣，特別是應(yīng)用于普通民用，提供了可能性，從而在相當(dāng)大的程度上保障了人民群眾的生命、生活和財(cái)產(chǎn)的安全。