电缆防火涂料的应用及优化改进措施

摘要:对电缆防火涂料的应用现状进行了评述，对其组分和作用机理进行了分析，并对今后电缆防火涂料的应用和性能改进提出了建议。

关键词:电缆防火涂料;作用机理;优化

电缆是公共建筑中重要的供电设施之一，一旦发生火灾会成为建筑火势蔓延的途径。另一方面，电缆受火的作用后，易发生短路，扩大灾情，并给消防人员火灾扑救带来危险。因此，加强电缆的阻火性能研究和应用非常重要。刷涂防火涂料，是增强电缆耐火性能的常用方法。

1·电缆防火涂料的应用

笔者对所处地级城市的涂料市场进行过调查，发现钢结构防火涂料、饰面型防火涂料较多，而电缆防火涂料几乎没有踪影，说明此类产品的使用没有普及。电缆是工程中的重要组成部分，使用电缆防火涂料是一种经济安全实用的防火措施。

1.1电缆防火涂料用于保护重点线路

在电缆上使用防火涂料主要是确保电缆在火焰中难燃或不燃，并能在一定时间内仍保持正常运行。电缆防火涂料受火的作用后，能形成炭化层，阻止火势向内延烧，能起到保护线路的作用。如消防用电设施的配电线路。在GB50016-2006《建筑设计防火规范》中就规定，消防用电设备的配电线路应满足火灾时连续供电的需要，明敷时(包括敷设在吊顶内)，应穿金属管或封闭式金属线槽，并应采取防火保护措施。在Q/CHECC011-2004《水力发电厂电缆防火阻燃措施设计规范》中规定，电缆防火涂料，应涂覆于贯穿孔洞封堵层的一侧或两侧电缆，阻火墙两侧电缆或其他场所需防火保护的电缆;涂覆于进出槽盒端头电缆及从槽盒内引出的电缆;适用于室内较干燥与清洁环境。

1.2电缆防火涂料对电缆载流量影响小

刷涂电缆防火涂料与采取其它保护措施相比，更为节能，施工也更为便捷。防火涂料因为厚度小，散热性好，根据试验，对电缆载流量的影响很小，可以忽略不计。而电力电缆全线敷设在防火槽盒内，或防火桥架内时，电力电缆载流量将下降11%～13%。因此，在工程中，刷涂防火涂料比敷设在槽盒、防火桥架内的耗能低，而且降低工程成本，更为经济。

1.3电缆防火涂料能阻止火势竖向蔓延

电缆一般来说铺设在管道井中，管道井易在火灾时产生烟囱效应，特别是高层建筑更为明显，如果电缆不采取防火措施，易使火灾蔓延扩大，形成大面积立体燃烧，因此，电缆的阻燃性能关系到火灾的蔓延。当前，市场上所使用的阻燃电缆并不能避免电缆着火，只是根据现行的难燃性能标准，阻燃电缆在规定值以内，在外界无继续供火的条件下，才使电缆自熄而阻止延燃。因此，阻燃电缆仍需采取一定的防火措施，而刷涂电缆防火涂料就是一种很好的方法。

2·电缆防火涂料的组分

防火涂料一般分为膨胀型和非膨胀型两大类。非膨胀型防火涂料，不能很好地满足电缆弯曲的需要。而膨胀型防火涂料涂层薄，除含有不燃树脂以外，还配有催化剂、碳化剂和发泡剂等等。当在火焰和高温的作用下，能吸收大量外界热能，形成比原涂层厚几十倍的碳化隔热层，能有效地阻止外部热源对基材的作用，因此电缆防火涂料应选用膨胀型防火涂料。电缆防火涂料与钢结构防火涂料、饰面型防火涂料最大的区别是要解决电缆弯曲时涂料能随之延展伸缩不能出现裂缝的问题。

电缆防火涂料一般由成膜剂、阻燃剂、难燃剂、填料、阻燃增塑剂组成，见表1。

表1 电缆防火涂料的组分与性能

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制备的电缆防火涂料应符合GA181-1998《电缆防火涂料通用技术条件》中的十项指标[1]，分别是在容器中的状态、细度、黏度、干燥时间、耐油性、耐盐腐蚀性、耐湿热性、耐冻融循环性、抗弯性和耐火性。

3·电缆防火涂料的作用机理

电缆防火涂料目前一般在施工过程中采用三种涂覆方法，全涂、局部涂覆、局部长距离大面积涂覆。根据不同场所、不同环境、电缆数量及其重要性，厚度一般以1.0mm左右为宜，最少0.7mm，多则1.2mm。涂覆比为1～2kg/m2。

电缆防火涂料的作用机理[2]主要是:

(1)发泡剂热分解，发泡剂受热分解出不燃气体，如三聚氰胺分解出NH3。

(2)附着在电缆上的成膜剂软化熔融并伴有热分解，释放不燃气体。

(3)熔融的成膜剂因发泡剂和自身释放的气体膨胀而形成泡沫层。

(4)催化剂热分解生成强力吸水物质，与成膜泡沫层成碳剂发生酯化反应，脱水炭化反应，形成无机物及炭化残余物。

(5)在催化剂和高温热源的烘烤下炭化体系胶化、固化，脱水成炭，生成不饱和主链，再进行环化架桥反应，最后生成致密坚硬的黑色蜂窝状炭化层。炭化层的厚度关系到热量的传递，碳化层越厚，传递的热量呈反比降低。

从作用机理可以看出，影响电缆防火涂料作用效果主要有以下方面:一是成膜剂的附着力，如果附着力大，则涂层不易破裂，能形成致密的保护面。二是催化剂与成膜剂、成碳剂的匹配，这关系到炭化层的构建。如果匹配得好，则发泡速度快、发泡均匀，发泡持续时间长，碳化层厚度大、硬度好，其阻燃效果好。三是增塑剂的选型，关系到电缆防火涂料的柔韧度等物理性能。四是各组分的混合比例。

目前，从市场应用的情况看，还存在一些瓶颈问题，主要原因是两个方面:一方面现行规范对电缆防火涂料的应用还没有作出详尽的规定;另一方面目前使用的电缆防火涂料的性能还有待于进一步提高，提升的空间还很大，表现在成膜剂附着力差，不能形成致密的覆盖层;炭化层硬度差，在强火焰和气流下容易被烧穿或吹落;延伸性、回弹性、柔韧性不良，电缆弯曲易出现裂缝;耐候性不佳，易变性变色[3]。据有关资料[4]显示，国内此类产品，比较好的选用弹性材料作成膜剂，通过加入超细TECHNOCEL工程纤维素，制得的电缆防火涂料，能在通电情况下连续供火，测得耐火时间为36min。此为实验数据，在实际中，还应考虑涂料的耐候性，涂覆使用一段时间后，涂料的耐火时间将小于36min。耐火时间与阻止火势蔓延以及实际灭火工作需要仍有一定的差距。

4·电缆防火涂料应用的改进和优化

4.1加强电缆防火涂料的应用

现有GB50016-2006《建筑设计防火规范》和GB50045-95(2005年版)《高层民用建筑设计防火规范》中仅对消防用电设备的配电线路作出了规定，规范中应增加:一是对其它重要的、大功率动力电缆，管道井中铺设的电缆采取防火保护措施;二是穿越楼板、隔墙的电缆两侧采取防火保护措施;三是对邻近易着火部位，如锅炉本体、煤粉防爆门、汽轮机机头及热、油路管道等处，架空敷设在难燃槽盒内的电缆(主要是热控电缆)采取防火保护措施，推荐使用电缆防火涂料，增强电力线路的安全性，预防电气线路火灾事故发生。

4.2引入纳米材料技术改良性能

纳米技术是指在纳米尺度范围内研究物质的特性和相互作用的一门多学科交叉的科学技术。纳米技术关键在于纳米材料介于宏观物质与微观原子或分子间的过渡亚稳定状态。处于这个数量级的物质呈现出非常态的理化性质。在电缆防火涂料中引入纳米技术主要增强电缆防火涂料的附着力，增强延伸性、回弹性和柔韧性，如，通过纳米技术制得无机有机杂化树脂纳米级成膜剂，无机材料与有机分子复合形成具有共价键结合的纳米级复合树脂，具有耐高温，黏接强度高等特点。成膜剂的选择是关系到电缆防火涂料性能的关键，采用纳米技术制作电缆防火涂料的成膜剂，这是摆脱以往思维局限的新的思考路径。另外，引入纳米技术，可增加涂料中无机防火填料的阻燃性能。已有实验表明，纳米级三氧化二锑、氢氧化镁材料，由于具有更好的分布结构，阻燃性能大大提高。

4.3选择良好的增塑剂

增塑是采用物理或化学方法以增加高分子的可塑性能的过程，可以提高高分子化合物的流动性，柔软性，硬度、拉伸强度，弱性模数，抗弯曲性，抗冲击性，伸长率和柔韧性，同时，降低脆性。作用机理是增塑剂分子插入到聚合物分子链之间，消弱聚合物分子链之间的应力，结果增加了聚合物分子链的移动性，降低聚合物分子链的结晶度，从而使聚合物的塑性增加。一般来说分为外塑剂和内塑剂。以硝酸纤维素，乙烯类树脂，橡胶衍生物等制造涂料时须使用增塑剂。一般来说在生产领域有5种通用型增塑剂:邻苯二甲酸二异庚酯(DIHP)，邻苯二甲酸壬酯(DINP)，邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)，邻苯二甲酸二-2-乙基乙酯(DEHP)，邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，但这些增塑剂的使用将增加可燃性。因此，在电缆防火涂料的制备中，选用磷酸酯(磷酸异丙苯基二苯酯)替代通用型增塑剂，据实验表明，如果用磷酸酯替代DIDP，材料氧指数(LOI)可以达到32.9。制备电缆防火涂料应使用磷酸酯类化合物作为增塑剂，使涂料具有良好的性能。此外，具有阻燃性能的SCEP一种混合型三芳基磷酸酯具有阻燃和增塑的功能，与磷酸三氯乙酯(TCEP)相比更有优势，也可以进行实验。一般来说芳基上的烷基取代基也对磷酸酯的阻燃性和柔韧性有影响，有机多磷酸酯用卤素官能团取代时其氧指数将会提高。

4.4选择良好的催化剂

催化剂是一种能在一定条件下分解出磷酸的物质，分解出的酸使多元醇脱水，从而使之形成不燃的三维空间结构的炭化层。磷酸三聚氰胺，具有催化和发泡双重功效，采用磷酸三聚氰胺为催化剂较好[5]。

4.5选择正确的成碳剂

成碳剂是在高温下形成不燃三维空间结构的泡沫碳化层的物质基础，对泡沫炭化层起骨架作用，成碳剂在分解温度上要与催化剂相匹配，当采用聚磷酸胺作催化剂时，就应用热稳定性高的含碳多羟基化合物作成碳剂，如季戊四醇，二戊季醇。使用淀粉作成碳剂，涂层的耐水性问题难以解决，因此，不用淀粉作成碳剂，而二季戊四醇由于其价格原因，在国内很少使用，采用季戊四醇作为防火涂料的成碳剂较好。

总之，电缆防火涂料是一个应用前景良好的消防产品，但仍需通过大量实验，进一步研究，制备出符合消防工作实际需要的，更多更好品种的电缆防火涂料。