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技術文章
耐火硅橡膠電纜的工藝
點擊次數：973 發(fā)布時間：2010-1-14
前言
近些年來，特別是美國911事件以后，以及國內幾家大型公共娛樂場所、化工、煤礦、商廈火災造成慘痛的人民生命和財產重大損失后，人們對消防、防火安全有了更加深刻的認識。隨著城市人口的急劇增長，高層建筑、賓館酒店、大型超市、醫(yī)院、車站、機場不斷的增加，地鐵、隧道交通的建設，以及大型公共體育、娛樂場所、公共交通設施的增加，消防、防火安全的重要性凸現出來。如何在火災的情況下，在一定時間內保障電力和通訊的暢通，zui大限度地贏得寶貴的搶救時間，減少人員的傷亡和生命財產的損失，這是人們一直在不斷探索的課題。
目前，國內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構如下（略）：
由于這種結構的電纜需要專門的生產加工設備，加之生產氧化鎂礦物防火絕緣電纜的設備不僅需要進口，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層是全銅的，造價上較高，在實際應用方面受到一定程度的限制；再加上銅護套氧化鎂礦物防火絕緣電纜在生產加工、運輸、線路的敷設安裝和使用等過程中的特殊要求，如氧化鎂礦物防火絕緣電纜的生產加工不能像高分子材料那樣便捷，敷設安裝難度大，原材料成本造價高，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，在生產過程中需要多層纏繞，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硬的殼體，保護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，被燒蝕后形成的堅硬殼體保護著電線電纜，從而保證了電力、通訊的暢通，為火災情況下人員的疏散和搶救贏得了寶貴的時間。而阻燃膠只能延緩橡膠被燒成粉末的時間，如果持續(xù)被火燒的話，橡膠就逐漸變成粉狀脫落，失去了保護作用，電線電纜將被擊穿而造成短路。
1.1 實驗
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，經過混煉后，在開煉機上加入硫化劑（雙-2，5），然后經過模壓、擠出。制成制品，然后經過高溫爐或火焰的燒蝕，性能測試結果如表1、表2、表3所示。
表1 陶瓷化耐火硅橡膠的配方及物理機械性能
| 項目 | 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 |
| 物理機械性能（試片厚度2mm，硫化條件：175℃×5min） | |
| 邵氏A硬度/度 | 68 |
| 拉伸強度/MPa | 5.5 |
| 拉斷伸長率/% | 305 |
| 撕裂強度/kN·m-1 | 16.3 |
表2 片經燒蝕后的結果
| 試片厚度/mm | 450℃×90min | 500℃×90min | 600℃×90min | 750℃×90min | 900℃×90min |
| 2 | 硬 | 硬 | 堅硬 | 堅硬 | 堅硬 |
| 5 | 硬 | 硬 | 堅硬 | 堅硬 | 堅硬 |
表3 試片在丙烷火焰中的燒蝕結果（2min斷煙）
| 試片厚度/mm | 700-800℃×90min |
| 2 | 堅硬 |
| 5 | 堅硬 |
1.2 特性
普通的高分子材料在經過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毒、無味，具有很好的柔軟性和彈性，具備了硅橡膠的特質。它在500℃以上的高溫和火焰燒蝕下，有機成分會在很短的時間內被燒蝕轉化成堅硬的陶瓷狀物質，形成一層良好的隔絕盡，阻擋火焰的繼續(xù)燃燒，而且燒蝕時間越長、溫度越高，堅硬的效果越明顯，部分型號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)的橡膠加工設備進行生產，生產的制品具備了硅橡膠的物理機械性能和其他各項性能，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理是在高分子材料中加入有機和無機阻燃材料，在燃燒的過程中，生成的物質可以使火焰逐漸熄滅，從而達到阻燃的效果。但是，在火災中，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*保障火災中的通訊、電力通暢，人員和財產的安全難以得到保證。陶瓷化耐火硅橡膠克服了上述缺點，是一種應用前景很廣的新型高分子復合防火材料。
1.3 防火機理
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，無毒、無味、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后即開始燒結成堅硬的陶瓷狀殼體的隔絕層，這種堅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。在接下來阻擋火焰的過程中，本身也不再產生煙霧。在前期2-3min內產生的煙霧，也是無毒、無鹵的。煙霧主要由有機硅燃燒后產生，有機硅本身不含有毒、有鹵的物質。
2 陶瓷化耐火硅橡膠應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用于防火電線電纜的性能測試
對陶瓷化耐火硅橡膠制成的電線電纜的性能測試結果見表4、5所示。
表4 標稱截面1.5mm2陶瓷化耐火硅橡膠防火電線物理機械性能
| 測試項目 | 性能指標 |
| 拉伸強度/MPa | 5.1 |
| 拉斷伸長率/% | 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果
| 標稱截面/mm2 | 700-800℃×90min，加載0.6kV |
| 1.5 | 通過 |
| 4.0 | 通過 |
| 50 | 通過 |
2.2 加工性、經濟性
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備擠出、硫化成電線電纜，無需增加設備，更無需像氧化鎂礦物防火絕緣電纜那樣需要巨額的設備投入，也無需像云母帶纏繞的耐火電纜那樣要經過多次纏繞，費工費時，可以大幅度降低成本。用陶瓷化耐火硅橡膠生產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行敷設安裝，無需像氧化鎂礦物防火絕緣電纜那樣復雜敷設，為防火電線電纜的廣泛普及和應用提供了前提條件和基礎。
2.3 應用
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，使得它可以廣泛應用于公共消防、防火安全要求非常高的場所，如普通民災、高層建筑、電梯、大小型超市商場、地鐵、機場、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、學校、電力大樓、公共娛樂場所、隧道、地下建筑、倉庫等，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、公共交通設施等等。陶瓷化耐火硅橡膠防火電線電纜有著廣闊的應用前景。
3 結語
陶瓷化耐火硅橡膠為消防、防火又提供了一個新型的、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加工、敷設安裝和應用得到了進一步簡化。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，特別是應用于普通民用，提供了可能性，從而在相當大的程度上保障了人民群眾的生命、生活和財產的安全。