陶瓷化高分子材料及其在耐火电线电缆中的运用

　　摘要：介绍了陶瓷化高分子材料的开发背景、产品特性， 对比了陶瓷化耐火电缆和云母带耐火电缆、氧化镁矿物绝缘耐火电缆的优劣， 简述了不同种类的陶瓷化高分子材料在电线电缆中的应用， 展望了陶瓷化高分子材料的发展前景。

　　关键词：陶瓷化； 耐火电缆； 陶瓷化硅橡胶；

　　Abstract：The development and characteristics of ceramic polymer materials were introduced. The properties of ceramic fire-resisting cable, mica belt fire-resisting cable and magnesium oxide mineral insulating fire-resisting cable were comparatively evaluated. The application of different ceramic polymer materials in fire-resisting wire and cable were briefly described. The development trend of ceramic polymer materials was prospected.

　　Keyword：ceramic; fire-resisting cable; ceramic silicone rubber;

　　十三五规划纲要提出， 到2020年我国内地常住人口城镇化率要达到60%;到2030年， 我国的城镇化率将达到70%。截止2017年末， 我国城镇化率约为58.52%。在我国城镇化的进程中， 相应的教育、医疗、住房等城镇基本公共服务设施和基础设施都应当配套完善。而这其中对建筑安全的要求是必不可少， 如何提供一个安全、环保的建筑材料是需要探究的。随着GB 50016-2014《建筑设计防火规范》国家强制性标准的出台， 建筑物中的消防应急设备必须配备相应规格的防火电缆， 这就给防火耐火电缆的发展带来前所未有的机遇[1]。

　　各类城市公共建筑、地下空间对防火耐火电缆的需求越来越多， 并且对耐火要求也越来越严格。从最初的只要求阻燃性能到要求阻燃并耐火750℃火焰燃烧条件下保持通电90 min, 再到950℃火焰燃烧条件下保持通电180 min, 并且能够承受一定的震动和水喷淋[2,3,4,5]。防火耐火电缆不再只是简单的承受高温的考验， 同时也要在复杂的灾难环境中能够保护人们的生命财产安全。

　　耐火标准要求的提升和铜价的飞涨令传统的云母带绕包耐火电缆和氧化镁矿物绝缘电缆 （MI电缆） 越来越难以满足市场对耐火电缆质优价廉的要求。陶瓷化高分子材料的出现为耐火、防火提供了一种新型的、安全的材料， 让防火耐火电缆的发展找到了新的方向。在电缆料企业和电缆企业共同努力下， 陶瓷化高分子耐火材料已成功应用于柔性防火耐火电线电缆、高阻燃电缆以及动车、核电用控制电缆等产品， 防火耐火电缆产品已出口到东南亚、中东、非洲等国家和地区。
 

　　1 产品特性

　　陶瓷化高分子材料是以高分子聚合物为基材， 加入特种陶瓷填料， 经一定加工工序而成的特种高分子耐火材料。常态下具有普通高分子材料的基本属性， 如优异的物理机械性能和良好的电气性能；在遇火或高温时， 可迅速“陶瓷化”， 转变成坚硬的陶瓷状壳体， 赋予材料优异的耐火、隔热、抗热冲击等特殊性能。

　　1.1 基本物性

　　陶瓷化高分子材料主要可分为陶瓷化硅橡胶和陶瓷化聚烯烃两大类。其中， 陶瓷化硅橡胶又可分为挤出型陶瓷化硅橡胶材料和绕包型陶瓷化硅橡胶复合带材料。这三种材料可广泛应用于中、低压耐火电缆中， 既丰富了耐火电线电缆产品的种类， 又提高了耐火电线电缆产品的耐火等级， 满足了各种环境下耐火电缆的需求。表1为陶瓷化高分子材料的基本性能指标。

　　从表1中的数据可以看出， 陶瓷化高分子材料的基本物理性能与普通硅橡胶或低烟无卤电缆料的基本性能相近， 正常环境下使用可满足线缆对材料的基本性能要求。

　　1.2 耐火特性

　　陶瓷化高分子材料最突出的性能就是优异的耐火性能， 当遇到火烧或高温时， 材料从高分子状态迅速转化成陶瓷状态， 赋予材料特殊的性能， 主要显示为隔火性和隔热性。

　　（1） 隔火性：在火焰灼烧或高温下， 高分子材料老化分解， 其中的无机填料在高温和特殊填料的作用下熔融粘接在一起， 形成完整坚硬的壳体， 即为“陶瓷化”。成瓷后的壳体表面坚硬致密， 可以有效抵挡火焰的烧蚀， 并阻止内部分解的可燃气体向外部的扩散， 显示隔火性。

　　（2） 隔热性：成瓷后的壳体内部由于高分子材料的分解留下许多微孔 （如图1所示） , 极大地提高了壳体的隔热效果， 可阻止外部高温向内部的传递， 延缓内部材料的进一步分解， 显示隔热性。

　　2 产品优势

　　陶瓷化高分子材料可采用线缆企业常规设备进行生产， 无需专用设备或增加投资， 具有加工工艺简单、生产效率高、产品稳定性好、综合成本低等优点。使用陶瓷化高分子材料的耐火电线电缆相比氧化镁矿物绝缘耐火电缆 （MI电缆） 和传统的云母带耐火电缆在生产投资、生产工艺、产品性能等方面具有明显优势， 对比如表2所示。

　　3 产品应用

　　陶瓷化高分子材料在电线电缆行业主要用于耐火电线电缆领域， 包括耐火电线、中压耐火电缆、低压耐火电缆和柔性防火电缆， 可全部或部分替代其中使用的耐火云母带， 提高产品的耐火等级， 同样的结构耐火性能更优， 更能抵抗机械震动和水喷淋试验， 是产品通过BS6387和BS 8491耐火标准的首选材料。

　　陶瓷化硅橡胶、陶瓷化硅橡胶复合带和陶瓷化聚烯烃这三种材料在物理性能和耐火性能等方面存在的差异， 使其适用的耐火线缆产品也有些不同。

　　（1） 陶瓷化硅橡胶易挤出， 高温绝缘性好， 成瓷致密， 隔热性优异， 更适合用于耐火电线、中低压耐火电缆和柔性防火电缆；

　　（2） 陶瓷化硅橡胶复合带具有自粘性， 绕包密封性比云母带好， 成瓷后疏水性好， 更适合用于耐火电线、低压耐火电缆和柔性防火电缆；

　　（3） 陶瓷化聚烯烃可在普通低烟无卤机台采用挤管工艺挤出， 隔热性好， 更适合用于中压耐火电缆。

　　4 发展前景

　　陶瓷化高分子材料作为一种新型耐火电缆材料， 经历了近十年的发展完善， 已经为广大线缆企业所熟知， 并应用于各种类型的耐火电线电缆产品中， 成为开发高品质高性能耐火电线电缆产品的首选材料。也正因陶瓷化高分子材料的广泛应用， 使得我国防火耐火电线电缆， 尤其是柔性防火电线电缆的技术水平与国际先进水平差距在逐步缩小， 个别产品已达国际前列水平， 国际竞争力得到极大提高。

　　然而， 当前关于陶瓷化高分子材料在电线电缆行业应用的相关标准还处于空白状态， 市场上的陶瓷化产品鱼龙混杂， 产品质量参差不齐， 如何规范陶瓷化高分子材料的品质指标以及使用要求， 是保证耐火电线电缆产品质量可靠和行业良性发展的关键， 需要线缆厂家与材料厂家共同努力去攻克解决， 相信通过陶瓷化高分子材料的推广应用和产品性能的不断升级迭代， 必将引发耐火电线电缆行业新的革命， 为推动行业发展和保障人民生命财产做出重要贡献。

　　参考文献
　　[1]中国电器工业协会电线电缆分会， 中国电线电缆行业“十三五”发展指导意见 （2016-2020） [Z].上海， 2016.
　　[2]GB/T 19216-2003, 在火焰条件下电缆或光缆的线路完整性试验[S].
　　[3]GB/T 19666-2005, 阻燃和耐火电线电缆通则[S].
　　[4]BS 6387-2013, Test method for resistance to fire for cables required to maintain circuit integrity under fire conditions[S].
　　[5]BS 8491-2008, Method for assessment of fire integrity of large diameter power cables for use as components for smoke and heat control systems and certain other active fire safety systems[S].