隨著我國社會(huì)主義事業(yè)的飛躍發(fā)展，電力電訊業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)重要的支柱，電線電纜是電力電訊事業(yè)的重要材料。但是，國內(nèi)外大量電纜火災(zāi)的發(fā)生，以及由此而造成的大面積停電或則因此而導(dǎo)致連鎖災(zāi)難，導(dǎo)致了重大的人員傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)損失，使人們意識到電纜火災(zāi)危害*，防止電纜著火，阻止電纜延.，非常必要。電線電纜的阻.防火技術(shù)已成為科技工作者一項(xiàng)重要研究課題。其中，電纜防火涂料是在飾面型防火涂料基礎(chǔ)上發(fā)展起來集裝飾和防火于一體的新型防火涂料品種。當(dāng)它涂覆于普通電纜表面時(shí)，平時(shí)可起一定的裝飾和保護(hù)作用，一旦火災(zāi)發(fā)生則具有阻止火焰蔓延，防止火災(zāi)發(fā)展的作用，從而達(dá)到保護(hù)電纜的目的。國外很多對用于電纜的防火涂料有明確而具體的規(guī)定，例如日本規(guī)定在電纜隧道里，每隔一段距離就必須涂刷一定長度的防火涂料，穿越防火隔墻兩側(cè)的電纜也必須涂一定長度的防火涂料；而俄羅斯對重要部位的電纜，要求使用耐火電纜，并在其表面涂刷防火涂料，以期達(dá)到雙重防火要求。在我國，隨著電纜防火涂料的應(yīng)運(yùn)而生，為推動(dòng)其應(yīng)用，建設(shè)部制定的gb50217-94《電力工程設(shè)計(jì)規(guī)范》已將電纜防火涂料作為電纜防火保護(hù)的措施列入其中。
2、我國電纜防火涂料的現(xiàn)狀
我國電纜防火涂料產(chǎn)品的研制開發(fā)始于上世紀(jì)八十年代初，是在飾面型防火涂料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，早期出現(xiàn)的是以泡花堿為成膜劑的無機(jī)防火涂料，其自身不.燒，遇火能形成少量的空心泡層，對電纜有一定的防火保護(hù)作用，但其防火隔熱性、耐候性、柔軟性都很差，容.龜裂、脫落。由于無機(jī)防火涂料的確定，使得人們轉(zhuǎn)而重點(diǎn)研究有機(jī)膨脹型防火涂料。目前，有機(jī)膨脹型防火涂料多是以改性氨基或過氯乙烯樹脂和氯化橡膠作基料，添加多種防火阻.劑、增塑劑、溶劑等組成，這類溶劑型涂料存在溶劑的毒性、價(jià)格、運(yùn)輸安全、施工安全及環(huán)境污染等諸多問題；另外耐油等應(yīng)用效果不夠理想。zui近，水性電纜防火涂料也在市場上出現(xiàn)，也多是以水性乳液加入較多量的增塑劑，配以多種防火阻.劑而組成的，其初期柔軟性較好，在使用一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)泛黃和柔軟性喪失等現(xiàn)象。
3、新型水性電纜防火涂料的研制
3.1成膜劑的選擇
成膜劑對膨脹型電纜防火涂料的性能有重大影響，有時(shí)對于涂料體系膨脹與否起決定性作用。它與其它組分相配合，既保證了涂層在正常工作條件下具有優(yōu)異的柔軟性和正常的理化性能，又能在火焰或高溫下使涂層具有難.性和優(yōu)異的膨脹效果。電纜防火涂料可以采用的成膜劑主要有：氨基樹脂、丙烯酸樹脂、有機(jī)硅樹脂、.酸樹脂、聚氨酯、氯化聚乙烯、高氯化聚乙烯、過氯乙烯、氯化橡膠、酚醛樹脂、氯化橡膠改性環(huán)氧樹脂、苯丙乳液、純丙乳液、硅丙乳液、彈性乳液等。但是這些樹脂各有其不同的特點(diǎn)，為了選擇更合適的防火涂料成膜劑，我們選擇相同的阻.體系、組分配比、工藝流程、測試方法，對.燒前后的涂料進(jìn)行綜合評定，以便挑選出所需要的結(jié)果，進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)（見表1）。
表1各種成膜劑的性能比較
成膜劑
發(fā)泡能力
質(zhì)量損失
柔軟性
致密性
附著力
價(jià)格
氨基樹脂
5
3
2
4
3
4
丙烯酸樹脂
4
4
3
5
4
4
有機(jī)硅樹脂
4
5
1
5
5
2
.酸樹脂
2
3
2
2
3
4
聚氨酯
3
3
3
3
4
3
氯化聚乙烯+過氯乙烯
4
4
4
4
3
4
高氯化聚乙烯
5
3
3
4
3
4
氯化橡膠
5
3
4
4
3
4
酚醛樹脂
3
4
1
3
4
3
氯化橡膠改性環(huán)氧樹脂
4
5
2
4
5
3
苯丙乳液
3
4
3
3
3
5
純丙乳液
3
4
4
3
3
4
硅丙乳液
3
4
2
4
3
3
彈性乳液
4
4
5
4
4
4
注：表中數(shù)值1-5分別代表衡量防火涂料的發(fā)泡能力、質(zhì)量損失、柔軟性、致密性、附著力、價(jià)格的因子，5代表發(fā)泡能力、質(zhì)量損失zui少、柔軟性zui大、致密性、附著力zui大、，1則反之；依次類推。
(1)氨基樹脂、氯化聚乙烯、過氯乙烯、高氯化聚乙烯、氯化橡膠涂膜附著力較好，發(fā)泡很快，發(fā)泡不均勻，發(fā)泡持續(xù)時(shí)間較短，泡層松軟較致密，炭化物較多，厚度zui高，炭化層硬度差，在強(qiáng)火焰和氣流下容.被燒穿或吹落，炭化較*，但這幾種成膜劑制成的防火涂料為溶劑型涂料，所以為采用。
(2)酸樹脂、聚氨酯、酚醛樹脂涂膜附著力較好，發(fā)泡較慢，發(fā)泡不均勻，發(fā)泡持續(xù)時(shí)間短，泡層不致密，炭化物較少，厚度zui低，炭化層硬度好，炭化不*，這幾種成膜劑制成的防火涂料由于發(fā)泡倍數(shù)不夠，防火隔熱效果較差，也不適合做電纜防火涂料的成膜劑。
(3)苯丙乳液、純丙乳液、硅丙乳液附著力較差，發(fā)泡較慢，發(fā)泡不均勻，發(fā)泡持續(xù)時(shí)間短，泡層不致密，炭化物較少，厚度較低，炭化層硬度好，炭化不*，這幾種成膜劑制成的防火涂料由于發(fā)泡倍數(shù)不夠，防火隔熱效果不夠理性；另外由于這幾種成膜劑必須加入較多量的增塑劑，才能達(dá)到所要求的柔軟性，并且在使用中，隨著時(shí)間的推移，增塑劑向涂料表層遷移，從而造成涂料.污染變黃并失去柔軟性
(4)彈性乳液附著力較好，發(fā)泡較慢，發(fā)泡均勻，發(fā)泡持續(xù)時(shí)間長且能夠持續(xù)發(fā)泡，泡層較致密，炭化物較多，厚度較高，炭化層硬度好，炭化不*，有較多底層物。另外彈性乳液有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（tg≤-20℃），因而漆膜具有良好的延伸性和回彈性；具有較好的耐沾污性，較大的干膜厚度（約450微米，而傳統(tǒng)涂料為75微米左右），彈性乳液是研制水性電纜防火涂料的理性的成膜劑；所以彈性乳液作為成膜劑，約占總體系的20~30%。
3.2催化劑
催化劑的主要作用是促進(jìn)和改變涂層的熱分解進(jìn)程，如促進(jìn)涂層內(nèi)含羥基的有機(jī)物脫水炭化形成不..的三維空間結(jié)構(gòu)的炭質(zhì)層，減少熱分解產(chǎn)生的焦油、醛、酮的量，阻止放熱量大的炭氧化反應(yīng)發(fā)生等，如：聚磷酸銨、多聚磷酸銨、磷酸氫銨等。本實(shí)驗(yàn)考慮涂層的耐水性和發(fā)泡的致密性，固采用了聚合度達(dá)到80的高聚合聚磷酸銨，約占總體系的25~30%。
3.3成炭劑
成炭劑是形成三維空間結(jié)構(gòu)不..的泡沫炭化層的物質(zhì)基礎(chǔ)，對泡沫炭化層起著骨架的作用，它們是一些含高碳的多羥基化合物，如淀.、....、雙....、含羥基的樹脂等。這些多羥基的化合物和脫水催化劑反應(yīng)生成多孔結(jié)構(gòu)的炭化層。本實(shí)驗(yàn)采用了質(zhì)量份10~15%的....。
3.4發(fā)泡劑
膨脹型防火涂料的特點(diǎn)是涂層遇熱時(shí)，能放出不.性的.，如氨、二氧化碳、水蒸汽、鹵化氫等，使涂層膨脹起來，并在涂層內(nèi)形成蜂窩狀泡沫結(jié)構(gòu)。這些是靠發(fā)泡劑來實(shí)現(xiàn)的。發(fā)泡劑的分解溫度是決定它是否適用的關(guān)鍵，分解溫度過低，.在成炭前逸出起不到作用；分解溫度過高，產(chǎn)生的.會(huì)把炭層頂起或吹掉，不能形成良好的炭質(zhì)泡沫層。因此不同的多元.和脫水成碳催化劑，采用的發(fā)泡劑也應(yīng)該有所區(qū)別。常用的發(fā)泡劑有三聚氰胺、雙氰胺、聚磷酸銨、氯化石蠟、磷酸銨鹽、氨基樹脂等。本實(shí)驗(yàn)采用了10~15%的三聚氰胺。
3.5無機(jī)顏填料
對膨脹型防火涂料來說，含無機(jī)填料的比例較少，因其含量過高，會(huì)影響涂層的發(fā)泡高度，從而達(dá)不到隔熱的目的，但少量顏填料確不可少，因其可使泡沫層更致密，強(qiáng)度更好，從而提高其防火性能。防火涂層一般施工厚度大，較低的顏料組分已能滿足遮蓋力的要求，故不需采用較多的無機(jī)顏填料，常用的著色顏料有鈦..、氧化鋅、鐵黃、鐵紅等。本實(shí)驗(yàn)采用了質(zhì)量份2~7%的鈦..。
3.6其它成分
10~25%的水、少量的有機(jī)膨潤土、消泡劑和流平劑等。
4、水性電纜防火涂料的性能及作用原理
4.1水性電纜防火涂料的性能
根據(jù)*部于1998年頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ga181-1998《電纜防火涂料通用技術(shù)條件》對該產(chǎn)品進(jìn)行性能測試，具體指標(biāo)見表2。
n.
檢驗(yàn)項(xiàng)目
技術(shù)指標(biāo)
檢驗(yàn)結(jié)果
1
在容器中狀態(tài)
無結(jié)塊，攪拌后均勻
無結(jié)塊
2
細(xì)度(μm)
≤90
90
3
粘度(s)
≥70
100
4
干燥時(shí)間(h)
表干，≤5
實(shí)干，≤24
2
6
5
耐濕熱性(d)
經(jīng)過7d，涂層無起泡、無脫落，允許輕微失光
符合要求
6
耐油性(d)
浸泡7d，涂層無起泡、無剝落，起泡在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，24 h能基本恢復(fù)，允許輕微失光
符合要求
7
耐鹽性(d)
浸泡3d,涂層無起泡、無剝落，起泡在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，24 h能基本恢復(fù)，允許輕微失光
符合要求
8
耐冷熱循環(huán)性
經(jīng)15次循環(huán)，涂層無起泡、無脫落，允許出現(xiàn)2條以下的裂紋
符合要求
9
抗彎性
涂層不起層、不脫落，允許出現(xiàn)8條以下的裂紋
符合要求
10
阻.性（m）
碳化高度≤2.5
0.4
表2水性電纜防火涂料的性能指標(biāo)
4.2水性電纜防火涂料的作用原理及過程
防火涂料之所以可以防火（阻.），大致可以歸納為以下幾點(diǎn)：
（1）防火涂料本身具有難.或不.性，使之被保護(hù)的可.性基材不直接與空氣接觸而延緩基材著火.燒。
（2）防火涂料遇火受熱分解放出不.性的惰性.，沖淡被保護(hù)基材受熱分解放出的...和空氣中的氧氣，抑制.燒。
（3）.燒被認(rèn)為是游離基引起的連鎖反應(yīng)。而含氮、磷的防火涂料受熱分解放出一些活性自由基團(tuán)，與有機(jī)自由基結(jié)合，中斷連鎖反應(yīng)，降低.燒速度。
（4）膨脹防火涂料遇火膨脹發(fā)泡，生成一層泡沫隔熱層，封閉被保護(hù)基材，阻止基材.燒。
防火涂料發(fā)揮作用的過程，主要是涂料中防火阻.體系中的發(fā)泡劑三聚氰胺首先熱分解，釋放出非.性.nh3(公式1)，同時(shí)成膜物質(zhì)中部分成分分解產(chǎn)生nh3、hcl和水蒸氣等促使*階段已熔融軟化的成膜物質(zhì)持續(xù)地膨脹發(fā)泡，形成泡沫層，此時(shí)脫水催化劑聚磷酸銨分解放出能酯化多元.和可作為脫水劑的無機(jī)酸聚偏磷酸，與多元.成炭劑....、成膜物質(zhì)等含羥基有機(jī)化合物發(fā)生進(jìn)行酯化反應(yīng)(公式2，公式3)，生成物是強(qiáng)的吸水性物質(zhì)，在空氣中的吸水率達(dá)到原物質(zhì)量55%左右。而體系中的胺則作為酯化反應(yīng)的催化劑，使酯化反應(yīng)加速進(jìn)行。與此同時(shí)多元酸和酯脫水炭化，形成無機(jī)物及炭化殘余物，且體系進(jìn)一步發(fā)生膨脹發(fā)泡。反應(yīng)接近完成時(shí)，體系膠化和固化，脫水成炭(公式4，公式5)，生成的不飽和主鏈，再進(jìn)環(huán)化架橋反應(yīng)，zui后生成致密堅(jiān)硬的黑色蜂窩狀炭化層(公式6)。蜂窩狀炭化層的厚度要比原有涂層厚度大幾十倍，其導(dǎo)熱系數(shù)接近于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，因此可以有效的隔絕外部熱源，保護(hù)電纜基材。這其中要求成膜物質(zhì)、發(fā)泡劑、脫水催化劑、成炭劑必須有良好的匹配性，否則就不能夠形成理想的炭化層。