耐火電纜的開發(fā)及應用

我國耐火電纜的開發(fā)及應用已有十多年歷史，但作為耐火電纜的主要材料云母帶（指用云帶繞包作為耐火層的結(jié)構(gòu)）至今尚無正式產(chǎn)品和相應的產(chǎn)品標準。*年間，為了滿足耐火云母帶的市場需求，西安交通及有關(guān)云母帶生產(chǎn)廠等先后對耐火電纜用云母帶的選用開展過研究實驗。我所徐應麟工程師綜合國內(nèi)外耐火云母帶的研究資料，并經(jīng)試驗、應用驗證提出了“上海電纜研究所技術(shù)條件Q/SJ05－91《電線電纜用耐火云母帶》”。該技術(shù)條件對耐火電纜用云母帶的型號、技術(shù)性能及試驗方法等作出了規(guī)定，成為線纜行業(yè)選用云母帶的指導性文件。

     GB12666.6－90《電線電纜耐火特性試驗方法》標準，把耐火試驗分A、B兩類，其燃燒時的火焰溫度分別為950～1000℃和750～800℃。而Q/SJ05－91規(guī)定耐火電纜云母帶的考核溫度為800℃。顯然，這只適用B類要求，那么，A類試驗條件的云母帶如何選用和考核，目前國內(nèi)不少廠家提供的云母帶能否滿足A類要求？本文就此談一點你看法。

      耐火電纜用云母帶由云母紙、玻璃纖維布和粘結(jié)劑三大材料組成。其中云母紙是火焰溫度下確保電纜電器絕緣的關(guān)鍵部件。可以說云母紙的耐熱水平?jīng)Q定了云母帶的耐熱等級。下面對組成云母帶的三大材料的耐熱性作一下比較。

      一、云母紙：云母紙是由片云母或粉云母用水脹法工藝制成。根據(jù)其成分的不同，常用于電工絕緣的云母紙有白云母、金云母和氟金云母（合成云母）三類。這三種云母紙的分子組成及允許工作溫度如表1所示。
表1
種類 分子式 允許工作溫度℃
長期 短期
白云母 KAL2（AlSi2O10）2 350～450 600
金云母 KMg3（AlSi3O10）（OH.F）2 600～650 800
氟金（合成云母） KMg3（AlSi3O10）F2 1000 1200

      二、玻璃纖維布：玻璃纖維布主要起加強作用，跟據(jù)工藝和使用要求分單面和雙面玻纖加強云母帶。用作云母帶加強的玻璃纖維布采用無堿玻璃絲織成，具有較好的抗張力和柔軟度。當玻璃纖維中SiO2的含量為90％時，其工作溫度可達1000℃，純SiO2（石英玻璃）玻璃絲工作溫度可接近1600℃。
      三、有機硅粘合劑：有機硅粘合劑是硅粉和其他有機物化合而成的膠狀物質(zhì)，經(jīng)溶劑稀釋后，對云母紙和玻璃布帶有良好的親和力和滲透性。粘合后得云母帶在適當溫度和固化劑的作用下制成具有一定剝離強度和柔軟度的成品云母帶。有機硅粘合劑在火焰溫度下，其中有機物連同部分硅粉分解揮發(fā)掉（冒白煙）形成燒結(jié)狀硅粉，但因有機硅粘合劑中含碳量極低，高溫作用后的殘留物仍具有較高的電氣絕緣性能。

        從以上對構(gòu)成云母帶的基材分析，其耐熱性能只要取決于云母紙的品種。表1三種云母紙中，白云母因耐熱性在火焰溫度以下，不適合制造耐火電纜用云母帶。金云母的短期工作溫度為800℃，國外有用到900℃的報道。金云母帶是目前我國用于耐火電纜zui多的耐火材料。氟金云母（合成云母）帶耐熱性能長期為1000℃，短期達1200℃。目前國內(nèi)已有多家云母帶廠生產(chǎn)這一產(chǎn)品。筆者近年來對多加云母帶廠提供的產(chǎn)品進行過較多的測試，從而可以得出這樣一個結(jié)論；當粘合劑的質(zhì)量得到同等保證的前提下，云母帶在高溫下的電氣絕緣性能取決于云母紙的品種。表2是按Q/SJ05－91技術(shù)條件規(guī)定的試驗方法測得的幾種云母帶的統(tǒng)計結(jié)果。
表2 云母帶品種 高溫下90min后絕緣電阻及試驗后表現(xiàn)情況
800℃ ℃ ℃
金云母帶 1.3～1.8MΩ 0.3~0.6MΩ <0.03MΩ
繞包層緊密完好，表面附少量白色硅粉，但繞包層失去彈性 基本完好，表層粉末加厚稍加外力云母紙呈片狀剝落 明顯膨脹，粉狀層散落，云母紙有龜裂紋路
合成云母帶 MΩ MΩ MΩ
完好無損，仍顯光澤 完好，但繞包層失去彈性 基本完好，但變脆
注：1.金云母帶在900℃900min后經(jīng)1kV5min工頻耐壓不擊穿；
2.合成云母帶在1000℃90min后經(jīng)1kV5min工頻耐壓不擊穿。

       綜上所述，從國內(nèi)、外有關(guān)資料報道和實測結(jié)果看，金云母帶和合成云母帶的短期耐熱分別可以為900℃和1000℃。為了確保耐火電纜產(chǎn)品的質(zhì)量和滿足GB12666.6－90對于A類和B試驗和要求，A類耐火電纜宜選用合成云母紙云母帶；B類耐火電纜則可采用金云母紙云母帶。
      關(guān)于云母帶的質(zhì)量，如同所有電線電纜用材料一樣，云母帶作為耐火電纜的主要原材料，應有其產(chǎn)品標準。筆者認為Q/SJ05－91技術(shù)條件對云母帶產(chǎn)品的規(guī)定的性能指標及測試方法全面的反映了客觀實際的需要。云母帶高溫下的電性能采用絕緣電阻值及耐電壓兩項指標同時考核是必要的，由于耐火電纜的品種較多，某些場合對整個絕緣系統(tǒng)（包括導體對導體、導體對屏蔽系統(tǒng)之間）有一定要求，當絕緣電阻下降到一定值，即使未出現(xiàn)絕緣擊穿，也將使整個電路系統(tǒng)喪失正常運行功能。那么，對于1000℃高溫下，云母帶的絕緣電阻規(guī)定為多大好呢？從提高耐火電纜質(zhì)量和我國云母帶實際水準兩方面出發(fā)，1000℃，90min后絕緣電阻≥0.3 MΩ(按Q/SJ05－91測試方法)是必要的、可行的。

      對于耐火電纜質(zhì)量，就其“耐火”這一功能而言，云母帶質(zhì)量是關(guān)鍵的。但某些云母帶專業(yè)生產(chǎn)廠反映，目前價格相對高一些的高品質(zhì)云母帶并不經(jīng)常受到客戶的歡迎。有的電纜廠忽視原材料質(zhì)量；單純追求降低電纜制造成本，寄希望于上帝保佑，永無火患。有電纜銷售人員戲稱：大火無情，火災一旦發(fā)生，現(xiàn)場付之一炬，誰能查出電纜質(zhì)量的問題。有云母帶專業(yè)銷售人員估計，目前的耐火電纜可能有很多不合格。對于這一估計，因沒有人去做過調(diào)查，難以判斷其真?zhèn)巍５牵突痣娎|是一種特殊產(chǎn)品，質(zhì)量要求特別高。電纜用戶花上比普通電纜高出將近一倍甚至幾倍的投資選用耐火電纜，其目的就是為了在相當長的時間內(nèi)保證電纜有穩(wěn)定、良好的“耐火”性能。有鑒于此，建議電纜行業(yè)上級主管對耐火電纜的生產(chǎn)實行特別許可證制度，在電纜的供銷合同上起碼應有十年以上的質(zhì)量保證期。為了給電纜用戶提供產(chǎn)品，線纜廠有關(guān)部門應從原材料采購、電纜制造工藝、產(chǎn)品出廠檢驗等幾個環(huán)節(jié)建立嚴格的質(zhì)量保證體系及相關(guān)制度，做到電纜售出后至十年以上一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，可以追查到質(zhì)量直接責任者。只有從原材料供應方、電纜制造方、電纜用戶都把質(zhì)量作為頭等大事來抓，才能在真正確保耐火電纜這一特殊產(chǎn)品的質(zhì)量。