線纜材料的燃燒行為及阻燃方式

    隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度的不斷加快，各種大型工業(yè)設(shè)施、高層商業(yè)建筑、地下建筑和居民住宅數(shù)量的逐漸增多，線纜的使用總量越來(lái)越大，且敷設(shè)的密集度也越來(lái)越高。由于線纜老化而導(dǎo)致短路、自燃等原因引起的電氣火災(zāi)事故日趨頻繁，造成的損失日益嚴(yán)重。這使人們認(rèn)識(shí)到，除了要增強(qiáng)防火安全意識(shí)外，還應(yīng)制定嚴(yán)格的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，大力推廣應(yīng)用各種線纜用阻燃材料，制造出各種類型的防火阻燃電纜。

　　線纜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和材料的選用對(duì)于線纜的防火性能都有較大的影響，如金屬鎧裝層可以有效地防止線纜著火;低煙聚氯乙烯(PVC)、無(wú)鹵低煙(LSZH)材料、高溫材料可以控制火焰的蔓延及有毒煙霧的產(chǎn)生。而尤以線纜阻燃材料的合理選擇是提高線纜安全性能和減少火災(zāi)隱患的關(guān)鍵措施之一。

線纜阻燃材料是在以基體聚合物(或稱樹脂)為主體，加入增塑劑、熱穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、抗氧化劑、抗紫外線劑等的體系中增加了阻燃成分，從而起到阻止材料被引燃和抑制火焰?zhèn)鞑サ淖饔谩?/p>

線纜材料的燃燒行為

　　線纜材料的燃燒行為可用以下幾個(gè)性能參數(shù)來(lái)描述：(1)點(diǎn)燃材料的難易程度。可用臨界氧指數(shù)(cOI)或極限氧指數(shù)(LOI)來(lái)定義，該值越高，說(shuō)明該材料的著火以及火焰蔓延越困難。通常，COI≥30%阻燃;LOI≤23%可燃;LOI在24%～28%之間稍阻燃;LOI在29%～35%之間阻燃;LOI≥36%高阻燃。(2)火在材料表面蔓延的速度。(3)耐燃性，即火燒穿材料的速度。(4)釋熱速率(HRR)。(5)火熄滅的難易程度。(6)生煙性，包括發(fā)煙量、煙發(fā)生的速度和煙的成分。(7)產(chǎn)生的毒性氣體的成分、數(shù)量和生成的速度。

線纜材料的阻燃方式

　　線纜材料的阻燃可以通過(guò)用化學(xué)或物理的方法，改變聚合物的組成結(jié)構(gòu)，以達(dá)到阻燃效果，如：在聚合物分子中加入起著阻燃作用的元素，如溴、氯、磷、銻、硼等;用化學(xué)交聯(lián)或輻照交聯(lián)，使線性聚合物大分子變成具有三度空間網(wǎng)狀、體型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，提高其熱穩(wěn)定性和成炭性。也可以通過(guò)添加阻燃劑到基體聚合物中，燃燒時(shí)，阻燃成分以不同的方式與機(jī)制在聚合物燃燒的不同區(qū)域進(jìn)行阻燃。阻燃劑進(jìn)行阻燃的方式有如下幾種：

　　(1)氣相阻燃，即在氣相中抑制聚合物燃燒反應(yīng)中起鏈增長(zhǎng)作用的自由基，從而達(dá)到阻燃效果。阻燃劑在氣相燃燒區(qū)捕捉燃燒反應(yīng)中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區(qū)的火焰密度下降，最終使燃燒反應(yīng)速度下降直至終止。

　　(2)凝聚相阻燃，即在固相中阻止聚合物的熱分解和阻止聚合物釋放出可燃?xì)怏w，從而達(dá)到阻燃效果。阻燃劑在高溫下形成熔融玻璃狀物質(zhì)或泡沫炭層覆蓋在聚合物表面，隔絕熱量和氧氣，阻止可燃?xì)怏w向外逸出，從而達(dá)到阻燃目的。

　　(3)中斷熱交換，即將聚合物產(chǎn)生的熱量帶走而不反饋到聚合物上使聚合物不斷分解，從而達(dá)到阻燃效果。阻燃劑在高溫下發(fā)生強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，吸收燃燒放出的部分熱量，降低可燃物表面的溫度，有效地抑制可燃性氣體的生成，阻止燃燒的蔓延。阻燃劑受熱釋放出不燃?xì)怏w，將可燃物分解出來(lái)的可燃?xì)怏w稀釋，使可燃?xì)怏w的濃度降低到燃燒極限以下;同時(shí)該不燃?xì)怏w也降低了燃燒區(qū)內(nèi)的氧氣濃度，抑制了燃燒繼續(xù)進(jìn)行，以達(dá)到阻燃的作用。

　　(4)成炭作用，即在聚合物熱降解時(shí)生成炭，可減少揮發(fā)物的產(chǎn)生，且粘性的炭層覆蓋在聚合物表面，使聚合物同火焰隔絕，使進(jìn)一步熱降解變得困難，最終起到阻燃作用。此外，炭層還能阻止其內(nèi)部的熱分解產(chǎn)生物進(jìn)入氣相參與燃燒過(guò)程。通常成炭量增加1/3，則生煙量減少1/2，欲使材料的阻燃級(jí)別達(dá)到UL94，V-0，成炭量至少應(yīng)達(dá)到30%。

　　(5)協(xié)同效應(yīng)，即各組分的共同效果大于各組分的單獨(dú)作用之和。協(xié)同效應(yīng)最典型的是銻.鹵協(xié)同效應(yīng)，氧化銻(常用形態(tài)Sb：O。)與含氯或含溴阻燃劑并用。在氣相，氧化銻與鹵素生成三鹵化銻，而三鹵化銻是火焰的抑制劑，它捕捉火焰中的H·、HO·等自由基，三鹵化銻蒸汽可較長(zhǎng)時(shí)間停留在燃燒區(qū)，稀釋可燃性氣體，并覆蓋在聚合物表面而隔熱，降低聚合物分解溫度、分解速度，生成的炭層可將聚合物封閉，阻止可燃性氣體逸出。還有一些鹵化銻在凝聚相作為成炭的催化劑和在凝聚相表面充當(dāng)自由基的捕捉劑。還有其它協(xié)同效應(yīng)，諸如：氧化銻.非鹵協(xié)同效應(yīng)、磷.鹵協(xié)同效應(yīng)、氮一鹵協(xié)同效應(yīng)、磷.磷協(xié)同效應(yīng)等。

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