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膨胀电缆防火涂料成膜剂选择及作用原理
发布者:liqiang 发布时间:2013-09-22 10:34:43 阅读:1330

随着我国社会主义事业的飞跃发展,电力电讯业已成为国民经济重要的支柱,电线电缆是电力电讯事业的重要材料。但是,国内外大量电缆火灾的发生,以及由此 而造成的大面积停电或者因此而引起连锁灾难,导致重大的人员伤亡和巨大的财产损失,使人们意识到电缆火灾危害极大,防止电缆着火,阻止电缆延燃,非常必 要。电线电缆的阻燃防火技术已成为科技工作者的一项重要研究课题。其中,电缆防火涂料是在饰面型防火涂料基础上发展起来集装饰和防火于一体的新型防火涂料 品种。当它涂覆于普通电缆表面时,平时可起一定的装饰和保护作用,一旦火灾发生则具有阻止火焰蔓延,防止火灾发展的作用,从而达到保护电缆的目的。国外很 多国家对用于电缆的防火涂料有明确而具体的规定,例如日本规定在电缆隧道里,每隔一段距离就必须涂刷一定长度的防火涂料,穿越防火隔墙两侧的电缆也必须涂 一定长度的防火涂料;而俄罗斯对重要部位的电缆,要求使用耐火电缆,并在其表面涂刷防火涂料,以期达到双重防火要求。在我国,随着电缆防火涂料的应运而 生,为推动其应用,国家建设部制定的GB50217-94《电力工程设计规范》已将电缆防火涂料作为电缆防火保护的措施列入其中。
  1·我国电缆防火涂料的现状
  我国
电缆防火涂料产品的研制开发始于20世纪80年代初,是在饰面型防火涂料基础上发展起来的,早期出现的是以泡花碱为成膜剂的无机防火涂料,其 自身不燃烧,遇火能形成少量的空心泡层,对电缆有一定的防火保护作用,但其防火隔热性、耐候性、柔韧性都很差,容易龟裂、脱落。由于无机防火涂料的缺陷, 使得人们转而重点研究有机膨胀型防火涂料。目前,有机膨胀型防火涂料多是以改性氨基或过氯乙烯树脂和氯化橡胶作基料,添加多种防火阻燃剂、增塑剂、溶剂等 组成,这类溶剂型涂料存在溶剂的毒性、价格、运输安全、施工安全及环境污染等诸多问题;另外耐油等应用效果不够理想。最近,水性电缆防火涂料也在市场上出 现,多是以水性乳液加入较多量的增塑剂,配以多种防火阻燃剂而制成的,其初期柔韧性较好,在使用一段时间后,会出现泛黄和柔韧性丧失等现象。
  2·新型膨胀电缆防火涂料的研制
  2.1成膜剂的选择
  成膜剂对膨胀型电缆防火涂料的性能有重大影响,有时对于涂料体系膨胀与否起决定性作用。它与其它组分相配合,既保证了涂层在正常工作条件下具有优 异的柔韧性和正常的理化性能,又能在火焰或高温下使涂层具有难燃性和优异的膨胀效果。电缆防火涂料可以采用的成膜剂主要有:氨基树脂、丙烯酸树脂、有机硅 树脂、醇酸树脂、聚氨酯、氯化聚乙烯、高氯化聚乙烯、过氯乙烯、氯化橡胶、酚醛树脂、氯化橡胶改性环氧树脂、苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液、弹性乳液等。 这些树脂各有其特点,为了选择更合适的防火涂料成膜剂,我们选择相同的阻燃体系、组分配比、工艺流程、测试方法,对燃烧前后的涂料性能进行综合评定,以便 选出最佳的成膜剂,进行进一步的实验。
  (1)氨基树脂、氯化聚乙烯、过氯乙烯、高氯化聚乙烯、氯化橡胶涂膜附着力较好,发泡很快,发泡不均匀,发泡持续时间较短,泡层松软较致密,炭化 物较多,厚度最高,炭化层硬度差,在强火焰和气流下容易被烧穿或吹落,炭化较彻底,但这几种成膜剂制成的防火涂料为溶剂型涂料,所以未采用。   (2) 醇酸树脂、聚氨酯、酚醛树脂涂膜附着力较好,发泡较慢,发泡不均匀,发泡持续时间短,泡层不致密,炭化物较少,厚度最低,炭化层硬度好,炭化不彻底,这几 种成膜剂制成的防火涂料由于发泡倍数不够,防火隔热效果较差,也不适合做电缆防火涂料的成膜剂。
  (3)苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液附着力较差,发泡较慢,发泡不均匀,发泡持续时间短,泡层不致密,炭化物较少,厚度较低,炭化层硬度好,炭化 不彻底,这几种成膜剂制成的防火涂料由于发泡倍数不够,防火隔热效果不够理想;另外由于这几种成膜剂必须加入较多量的增塑剂,才能达到所要求的柔韧性,并 且在使用中,随着时间的推移,增塑剂向涂料表层迁移,从而造成涂层易沾污黄变并失去柔韧性。
  (4)弹性乳液附着力较好,发泡较慢,发泡均匀,发泡持续时间长且能够持续发泡,泡层较致密,炭化物较多,厚度较高,炭化层硬度好,炭化不彻底, 有较多底层物。另外弹性乳液有较低的玻璃化转变温度(Tg≤-20℃),因而漆膜具有良好的延伸性和回弹性;具有较好的耐沾污性,较大的干膜厚度(约 450μm,而传统涂料为75μm左右),所以我们以弹性乳液作为成膜剂,约占总体系的20%~30%。
  2.2其它成分的选择
  2.2.1催化剂
  本实验考虑涂层的耐水性和发泡的致密性,故采用聚合度达到80的高聚合聚磷酸铵,约占总体系的25%~30%。
  2.2.2成炭剂
  本实验采用了质量分10%~15%的季戊四醇。
  2.2.3发泡剂
  本实验采用了10%~15%的三聚氰胺。
  2.2.4无机颜填料
  本实验采用了质量分2%~7%的钛白粉。
  2.2.5其它成分
  10%~25%的水、少量的有机膨润土、消泡剂和流平剂等。
  3·膨胀电缆防火涂料的性能及作用原理
  3.1膨胀电缆防火涂料的性能
  根据公安部于1998年颁布的行业标准GA181-1998《电缆防火涂料通用技术条件》对该产品进行性能测试,各项指标均达到该标准的要求,具体指标见表1。
  3.2膨胀电缆防火涂料的作用原理及过程
  3.2.1作用原理
  防火涂料之所以可以防火(阻燃),大致可以归纳为以下几点:
  (1)防火涂料本身具有难燃或不燃性,使之被保护的可燃性基材不直接与空气接触而延缓基材着火燃烧。
  (2)防火涂料遇火受热分解放出不燃性的惰性气体,冲淡被保护基材受热分解放出的易燃气体和空气中的氧气,抑制燃烧。
  (3)燃烧被认为是游离基引起的连锁反应。而含氮、磷的防火涂料受热分解放出一些活性自由基团,与有机自由基结合,中断连锁反应,降低燃烧速度。
  (4)膨胀防火涂料遇火膨胀发泡,生成一层泡沫隔热层,封闭被保护基材,阻止基材的受热分解和燃烧。
  3.2.2作用过程
  膨胀防火涂料发挥作用的过程(见图1),主要是涂料中防火阻燃体系中的发泡剂三聚氰胺在200~230℃的温度下首先热分解,释放出非燃性气体氨 气,同时成膜物质中部分成分分解产生氨气、氯化氢和水蒸气等促使第一阶段已熔融软化的成膜物质持续膨胀发泡,形成泡沫层,此时脱水催化剂聚磷酸铵分解放出 能酯化多元醇和可作为脱水剂的无机酸聚偏磷酸,与多元醇成炭剂季戊四醇、成膜物质等含羟基有机化合物发生酯化反应,生成物是强的吸水性物质,在空气中的吸 水率达到原物质量55%左右。因此,在此过程中如果受到水的冲刷,极易破坏体系的完整性。而体系中的胺则作为酯化反应的催化剂,使酯化反应加速进行。与此 同时多元酸和酯发生脱水炭化反应,形成无机物及炭化残余物,且体系进一步发生膨胀发泡。反应接近完成时,在酸催化和高温热源的烘烤下,体系胶化和固化,脱 水成炭,生成的不饱和主链,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(见图2)。蜂窝状炭化层的厚度要比原有涂层厚度大几十倍,其导热系 数接近于空气的导热系数,因此可以有效的隔绝外部热源,保护电缆基材。这其中要求成膜物质、发泡剂、脱水催化剂、成炭剂必须有良好的匹配性,否则就不能够 形成理想的炭化层。
  4·结语
  目前由于成熟的涂料成膜剂的品种和质量在不断的增加,为水性膨胀
电缆防火涂料的研制开发提供了更为广阔的原材料基础,与此同时,也为不断提高防火涂料的理化性能、防火性能、装饰性能,降低成本等方面提供了可能。

 
 

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