寧 辰

（北京房地集團(tuán)有限公司，北京 100110）

引 言

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在各種火災(zāi)類型中，電氣火災(zāi)的占比一直保持在35%以上，僅電線電路的短路、老化、過載等電氣原因所引發(fā)的火災(zāi)在總體火災(zāi)數(shù)中的占比就高達(dá)30%左右，且每年占比都呈增長(zhǎng)趨勢(shì)[1]。其中，老舊建筑是電氣火災(zāi)的高發(fā)點(diǎn)，每年老舊建筑中都會(huì)發(fā)生大量電氣火災(zāi)事故，造成巨大財(cái)產(chǎn)損失，嚴(yán)重情況下還會(huì)出現(xiàn)人員傷亡[2]。因此電氣火災(zāi)的預(yù)防問題一直受到各方關(guān)注，尤其是十八大以來，我國(guó)強(qiáng)調(diào)需要重視人民的生命安全并將其放在首位，因此必須特別注意電氣火災(zāi)的預(yù)防問題[3]。電氣火災(zāi)一旦發(fā)生，其擴(kuò)展就非常迅速，并且火勢(shì)進(jìn)入充分發(fā)展階段后就很難被撲滅，因此必須從源頭上扼制電氣火災(zāi)的發(fā)生。老舊建筑中的電路電纜數(shù)量眾多，很多電纜都處于老化狀態(tài)，一直是嚴(yán)重的安全隱患[4]。因此需要提升老舊建筑中的電纜護(hù)套性能，以解決該安全隱患，從源頭上防止發(fā)生電氣火災(zāi)。基于該背景對(duì)用于老舊建筑中增強(qiáng)電纜護(hù)套性能的膠料進(jìn)行制備研究。

電纜護(hù)套的性能是電纜阻燃和電氣防火的關(guān)鍵，耐火的電纜護(hù)套能夠保證老舊建筑電纜的不易燃，即使點(diǎn)燃，其產(chǎn)生的有毒氣體和濃煙也較少，對(duì)環(huán)境的危害更低，對(duì)人員安全的威脅也更低。同時(shí)高性能的電纜護(hù)套能夠維持火災(zāi)中消防設(shè)備的正常工作，便于開展人員疏散與滅火救援工作。近年來，人們的消防意識(shí)一直在提高，電纜護(hù)套性能受到了前所未有的重視。對(duì)于其膠料制備問題，各國(guó)都有較為深入的研究，Korzhov[5]研究了工頻磁場(chǎng)對(duì)三相電力電纜在3%（wt） NaCl 水溶液中鋁護(hù)套腐蝕的影響?？紤]電纜旋轉(zhuǎn)、脈動(dòng)磁場(chǎng)及高壓源連接，以研究接近實(shí)際操作條件下鋁護(hù)套的退化。秦鳳婷[6]等人以氯氣為氯化劑，采用水相氯化法制備氯化再生橡膠。應(yīng)用于氯化聚乙烯樹脂制備出通用型電纜護(hù)套。由于各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)和側(cè)重點(diǎn)不同，其制備膠料的性能和方式都有所不同。綜合目前制備的用于老舊建筑中增強(qiáng)電纜護(hù)套性能的膠料性能及其制備方法的相關(guān)研究成果，進(jìn)行新型膠料的制備研究，實(shí)現(xiàn)膠料材質(zhì)性能上的突破。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

在試驗(yàn)中，使用的原料包括甲基乙烯基硅橡膠、雙二四、高嶺土等，具體如表1 所示。

表1 使用的原料Table 1 Raw materials

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

在試驗(yàn)中，使用的設(shè)備包括平板硫化機(jī)、萬能力學(xué)測(cè)試儀等，具體如表2 所示[7]。

表2 使用的設(shè)備Table 2 Equipment

1.3 膠料制備

在制備前根據(jù)配方對(duì)原料進(jìn)行稱重，便于后續(xù)直接開展混煉[8]。對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢查與清理，避免污染。對(duì)密煉機(jī)的溫度進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定溫度為60℃，并將轉(zhuǎn)速設(shè)置為100r/min[9]。在密煉機(jī)中對(duì)甲基乙烯基硅橡膠進(jìn)行2min 的塑煉。按照順序加入共溶物1、共溶物2、高嶺土、雙二四、瓷化粉1、瓷化粉2 后進(jìn)行混煉，直到密煉機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線趨向于平衡排料。使膠料自然冷卻后放入雙輥開煉機(jī)中，加入促進(jìn)劑[10]。對(duì)雙輥開煉機(jī)的輥距進(jìn)行調(diào)整，調(diào)至最小后實(shí)施薄通處理，使材料均勻分散。之后調(diào)大輥距、膠料出片，獲得CR 混煉膠。

在常溫下對(duì)CR 混煉膠進(jìn)行24h 的放置，接著將無轉(zhuǎn)子硫化儀的溫度設(shè)置為180℃，在CR 混煉膠中加入硫化劑對(duì)其實(shí)施初步的硫化處理[11]。之后對(duì)平板硫化機(jī)進(jìn)行升溫處理，放入材料對(duì)其實(shí)施二次硫化處理，對(duì)模具排氣進(jìn)行6 次迅速開合后取出模具，將硫化試樣拿出[12]。接著對(duì)硫化試樣實(shí)施拉伸片和壓縮變形圓柱處理。然后在雙輥開煉機(jī)上繼續(xù)進(jìn)行塑煉。材料包輥后依次加入配合劑、活性劑，并分三次加入炭黑。所有小料加入后，通過雙輥開煉機(jī)分散小料，膠料出片后放入平板硫化機(jī)中實(shí)施模壓處理使材料硫化成型，并進(jìn)行5A 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)樣條的制備，然后將樣條模壓成型后完成膠料的制備[13]。

在膠料的制備中，各種材料的配方具體如下：

●膠料A：甲基乙烯基硅橡膠，500g；共溶物1，30g；共溶物2，20g；高嶺土，100g；雙二四，50g；瓷化粉1，20g；瓷化粉2，30g；炭黑，20g；配合劑，20g；促進(jìn)劑，10g；活性劑，30g；

●膠料B：甲基乙烯基硅橡膠，500g；共溶物1，35g；共溶物2，25g；高嶺土，100g；雙二四，55g；瓷化粉1，25g；瓷化粉2，35g；炭黑，25g；配合劑，20g；促進(jìn)劑，10g；活性劑，35g；

●膠料C：甲基乙烯基硅橡膠，500g；共溶物1，40g；共溶物2，30g；高嶺土，100g；雙二四，60g；瓷化粉1，30g；瓷化粉2，40g；炭黑，30g；配合劑，20g；促進(jìn)劑，10g；活性劑，40g；

●膠料D：甲基乙烯基硅橡膠，500g；共溶物1，45g；共溶物2，35g；高嶺土，100g；雙二四，65g；瓷化粉1，35g；瓷化粉2，45g；炭黑，35g；配合劑，20g；促進(jìn)劑，10g；活性劑，45g；

●膠料E：甲基乙烯基硅橡膠，500g；共溶物1，50g；共溶物2，40g；高嶺土，100g；雙二四，70g；瓷化粉1，40g；瓷化粉2，50g；炭黑，40g；配合劑，20g；促進(jìn)劑，10g；活性劑，50g；

●膠料F：甲基乙烯基硅橡膠，500g；共溶物1，55g；共溶物2，45g；高嶺土，100g；雙二四，75g；瓷化粉1，45g；瓷化粉2，55g；炭黑，45g；配合劑，20g；促進(jìn)劑，10g；活性劑，55g；

●膠料G：甲基乙烯基硅橡膠，500g；共溶物1，60g；共溶物2，50g；高嶺土，100g；雙二四，80g；瓷化粉1，50g；瓷化粉2，60g；炭黑，50g；配合劑，20g；促進(jìn)劑，10g；活性劑，60g；

●膠料H：甲基乙烯基硅橡膠，500g；共溶物1，65g；共溶物2，55g；高嶺土，100g；雙二四，85g；瓷化粉1，55g；瓷化粉2，65g；炭黑，55g；配合劑，20g；促進(jìn)劑，10g；活性劑，65g[14]。

2 膠料性能測(cè)試

2.1 測(cè)試項(xiàng)目

對(duì)制備的用于老舊建筑中增強(qiáng)電纜護(hù)套性能的膠料進(jìn)行性能測(cè)試，具體測(cè)試項(xiàng)目如下：

（1）進(jìn)行膠料彎曲強(qiáng)度的測(cè)試：將樣條放入馬弗爐中進(jìn)行30min 的灼燒，灼燒溫度為1000℃，根據(jù)三點(diǎn)彎曲法對(duì)灼燒后樣條的實(shí)際彎曲強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，使用的測(cè)試設(shè)備為萬能材料試驗(yàn)機(jī)，將測(cè)試速度設(shè)置為5mm/min[15]。

（2）進(jìn)行膠料力學(xué)性能的測(cè)試：通過萬能力學(xué)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，將拉伸速度設(shè)置為50mm/min。

（3）進(jìn)行膠料的TGA 分析：通過熱重分析儀進(jìn)行測(cè)試，將升溫速率設(shè)置為10℃/min，氣體流速設(shè)置為50 mL/min，并將溫度范圍設(shè)置為室溫～800℃。

（4）進(jìn)行膠料的硬度測(cè)試：使用邵爾硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為JB6148-92，將壓針端部壓力設(shè)置為70.455～44.555N。

（5）進(jìn)行膠料膨脹系數(shù)的測(cè)試：使用的測(cè)試方法為線膨脹系數(shù)法，主要對(duì)線性伸長(zhǎng)百分比進(jìn)行測(cè)試。

（6）進(jìn)行膠料的錐形量熱儀試驗(yàn)：試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為IS05660，通過錐形量熱計(jì)進(jìn)行測(cè)試。在試驗(yàn)時(shí)將輻射熱通量設(shè)置為35kW/m2[16]。

2.2 彎曲強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果分析

制備的八種膠料的彎曲強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果具體如圖1 所示。

根據(jù)圖1 的彎曲強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，在制備的八種膠料中，膠料A 的彎曲強(qiáng)度最小，僅為0.542MPa；從膠料A 到膠料E，彎曲強(qiáng)度逐漸增大，膠料E 的彎曲強(qiáng)度達(dá)到最高，數(shù)值為0.853MPa，從膠料E 到膠料H，彎曲強(qiáng)度逐漸減小，說明在制備的八種膠料中，膠料E 的材料配比能夠使制備膠料的彎曲強(qiáng)度最大化。

圖1 制備的八種膠料的彎曲強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果Fig. 1 The bending strength test results of prepared eight kinds of rubber compounds

2.3 力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果分析

制備的八種膠料的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果具體如表3 所示。

表3 制備的八種膠料的力學(xué)性能測(cè)試數(shù)據(jù)Table 3 The mechanical properties test data of prepared eight kinds of rubber compounds

2.4 熱穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果分析

對(duì)于用于老舊建筑中增強(qiáng)電纜護(hù)套性能的膠料來說，熱穩(wěn)定性是一種很重要的性能。各種制備膠料在氮?dú)鈿夥障碌臒岱纸鈪?shù)測(cè)試數(shù)據(jù)具體如表4 所示。

表4 各種制備膠料在氮?dú)鈿夥障碌臒岱纸鈪?shù)測(cè)試數(shù)據(jù)Table 4 Test data of thermal decomposition parameters of various prepared rubber compounds in nitrogen atmosphere

根據(jù)表4 的熱分解參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)，在600℃下膠料E 的殘留物質(zhì)量百分比最低，其余膠料的殘留物質(zhì)量百分比都偏高；在最大失重速率時(shí)膠料E 的溫度最低，僅為382.365℃，膠料D、膠料C 的溫度也較低，其余膠料的溫度較高；熱失重5%(wt)時(shí)，膠料E、膠料F 的分解溫度最高，在450℃左右。綜合熱穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果，膠料E 的熱穩(wěn)定性最高，膠料F 次之。

2.5 硬度測(cè)試結(jié)果分析

制備的八種膠料的硬度測(cè)試結(jié)果具體如圖2 所示。

圖2 八種膠料的硬度測(cè)試結(jié)果Fig. 2 The hardness test results of eight kinds of rubber compounds

圖2 八種膠料的硬度測(cè)試結(jié)果表明，從膠料A到膠料D 的硬度逐漸上升，之后制備膠料的硬度保持穩(wěn)定，也就是膠料D、膠料E、膠料F、膠料G、膠料H 的硬度都較高。

2.6 膨脹系數(shù)測(cè)試結(jié)果分析

所制備的膠料在高溫灼燒后會(huì)形成陶瓷體，此時(shí)會(huì)生成一定的二氧化碳，導(dǎo)致陶瓷體出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。將其用于老舊建筑中的電纜護(hù)套中時(shí)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)，陶瓷體的膨脹會(huì)對(duì)電纜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成影響，甚至導(dǎo)致陶瓷化結(jié)構(gòu)體的毀壞，因此制備膠料的膨脹系數(shù)與其耐火性能息息相關(guān)。具體膨脹系數(shù)測(cè)試結(jié)果如圖3 所示。

根據(jù)圖3 的膨脹系數(shù)測(cè)試結(jié)果，在高溫1000℃灼燒10min 后，膠料A 的膨脹系數(shù)最高，膠料F 的膨脹系數(shù)最低；繼續(xù)灼燒10min 后，膠料E 的膨脹系數(shù)提升比例較低，成為最低膨脹系數(shù)的制備膠料，其他制備膠料的膨脹系數(shù)有不同程度地升高；再繼續(xù)灼燒10min 后，膠料E 的膨脹系數(shù)略有升高，其他制備膠料的膨脹系數(shù)有較大幅度的升高?？傮w來說，膠料E 的膨脹系數(shù)更低，更加耐火。

2.7 錐形量熱測(cè)試結(jié)果分析

通過錐形量熱計(jì)能夠根據(jù)熱釋放速率等參數(shù)對(duì)制備膠料的材料熱災(zāi)害進(jìn)行評(píng)價(jià)；根據(jù)毒性和煙氣方面的參數(shù)對(duì)制備膠料的非熱危害進(jìn)行評(píng)價(jià)；并根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)制備膠料的熱降解行為進(jìn)行研究，從而推斷其阻燃作用機(jī)理。

所制備膠料的錐形量熱測(cè)試結(jié)果具體如表5 所示。

表5 所制備膠料的錐形量熱測(cè)試結(jié)果Table 5 The cone calorimetric test results of prepared rubber compounds

表5 的錐形量熱測(cè)試結(jié)果表明，從膠料A 到膠料F，總釋放熱與燃燒時(shí)較大熱釋放程度這兩項(xiàng)數(shù)值都在不斷降低，而膠料F 到膠料H 的數(shù)值則較為平穩(wěn)，說明膠料F 到膠料H 帶來的火災(zāi)危害性更小，其余制備膠料則會(huì)帶來更大的火災(zāi)危害性。

綜合各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果，制備的膠料E、膠料F 的各項(xiàng)性能較好，更適合用于老舊建筑中增強(qiáng)電纜護(hù)套性能。

3 結(jié)束語

在制備用于老舊建筑中增強(qiáng)電纜護(hù)套性能的膠料的過程中，共進(jìn)行了八種膠料的制備，并對(duì)各種膠料進(jìn)行多種性能的測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，膠料E 的彎曲強(qiáng)度最大，為0.853MPa，膠料F 的彈性模量最高，為29.3654MPa，在最大失重速率時(shí)膠料E 的溫度最低，僅為382.365℃，熱失重5%(wt)時(shí)，膠料E、膠料F的分解溫度最高，在450℃左右，膠料E 的膨脹系數(shù)更低，耐火性較好。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果篩選出了綜合性能較好的兩種膠料，即膠料E 和膠料F，成功實(shí)現(xiàn)了電纜護(hù)套性能的增強(qiáng)，對(duì)于電力火災(zāi)的預(yù)防與救援等方面有很大意義。