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(fā)生短路，擴大災(zāi)情，并給消防人員火災(zāi)撲救帶來危險。因此，加強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
筆者對所處地級城市的涂料市場進行過調(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有蹤影，說明此類產(chǎn)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(jīng)濟安全實用的防火措施。
二、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(nèi)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(nèi)延燒，能起到保護線路的作用。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)時連續(xù)供電的需要，明敷時(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)采取防火保護措施。在Q/CHECC011-2004《水力發(fā)電廠電纜防火阻燃措施設(shè)計規(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(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(jié)能，施工也更為便捷。防火涂料因為厚度小，散熱性好，根據(jù)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(shè)在防火槽盒內(nèi)，或防火橋架內(nèi)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(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。
四、電纜防火涂料能阻止火勢豎向蔓延
電纜一般來說鋪設(shè)在管道井中，管道井易在火災(zāi)時產(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(jù)現(xiàn)行的難燃性能標準，阻燃電纜在規(guī)定值以內(nèi)，在外界無繼續(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，除含有不燃樹脂以外，還配有催化劑、碳化劑和發(fā)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(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涂料能隨之延展伸縮不能出現(xiàn)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。
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》中的十項指標[1]，分別是在容器中的狀態(tài)、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(huán)性、抗彎性和耐火性。
六、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(jù)不同場所、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理主要是:
(1)發(fā)泡劑熱分解，發(fā)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(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(huán)化架橋反應(yīng)，最后生成致密堅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(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(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，從市場應(yīng)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(xiàn)行規(guī)范對電纜防火涂料的應(yīng)用還沒有作出詳盡的規(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，國內(nèi)此類產(chǎn)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(xù)供火，測得耐火時間為36min。此為實驗數(shù)據(jù)，在實際中，還應(yīng)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。
七、電纜防火涂料應(yīng)用的改進和優(yōu)化
八、加強電纜防火涂料的應(yīng)用
現(xiàn)有GB50016-2006《建筑設(shè)計防火規(guī)范》和GB50045-95(2005年版)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》中僅對消防用電設(shè)備的配電線路作出了規(guī)定，規(guī)范中應(yīng)增加:一是對其它重要的、大功率動力電纜，管道井中鋪設(shè)的電纜采取防火保護措施;二是穿越樓板、隔墻的電纜兩側(cè)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(shè)在難燃槽盒內(nèi)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(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科交叉的科學技術(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渡亞穩(wěn)定狀態(tài)。處于這個數(shù)量級的物質(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(shù)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(fù)合形成具有共價鍵結(jié)合的納米級復(fù)合樹脂，具有耐高溫，黏接強度高等特點。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(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(shù)，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(yīng)力，結(jié)果增加了聚合物分子鏈的移動性，降低聚合物分子鏈的結(jié)晶度，從而使聚合物的塑性增加。一般來說分為外塑劑和內(nèi)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(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)實驗表明，如果用磷酸酯替代DIDP，材料氧指數(shù)(LOI)可以達到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，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(shù)將會提高。
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(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(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應(yīng)用前景良好的消防產(chǎn)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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