消防線纜防火涂料可靠性研究

摘要：消防線纜是保證消防用電設備運行可靠性的重要因素，而防火涂料對于確保明敷消防線纜在火災中的性能至關重要，因此有必要對明敷消防線纜防火涂料性能進行研究。本文采用實驗和數值模擬相結合的方法，研究了三類消防線纜用防火涂料對消防供配線纜路保護效果影響的差異和規律。通過比較分析模擬所得數據，對明敷消防供配線纜路的防火涂料選型和涂敷厚度確定等消防設計提供了數值依據。

關鍵詞：標準升溫曲線；防火涂料；消防線纜；ANSYS模擬

引言

電氣火災是現今最易發生的火災，消防電纜研究、發展與應用的目的在于降低火災損失。對防火涂料性能的研究結果可應用于電纜生產、應用、防護以及火災條件下安全性能提升，減少經濟損失與人員傷亡。如果電線在火災中被破壞，無法正常為消防設備供電，消防設施形同虛設，不僅不能起到預期的報警、滅火、排煙和疏散等作用，反而會由于安裝了自動噴水滅火系統等消防設施使得劃分的防火分區面積加大，從而增大了火災危險和火災損失^[1]。電線防火涂料是一種集裝飾和防火于一體、專門用于電線防火保護的涂料^[2]。當它涂覆于電線表面時，既可以起到一定裝飾作用，又可以在發生火災時起到防止火災發生、阻止火焰蔓延的作用，從而達到保護電線的目的^[3]。

一、消防線纜防火涂料可靠性實驗研究

（一）實驗儀器

上海全碩電爐有限公司QSH-1200T-300*300*400馬弗爐，其控制系統與爐膛一體，爐襯采用高純氧化鋁陶瓷纖維毯，爐殼采用雙風冷結構，用于高等院校、科研所以及企業實驗室，是對金屬、非金屬以及其他化合物材料進行燒結、熔化、分析和研制用的儀器，最大加熱溫度可達1100℃。

富陽精密儀器廠FM3615導熱系數測試儀，其采用穩態法測量不同材料的導熱系數，該儀器采用隔離電壓作為加熱電源，發熱圓盤和散熱圓盤的側面有一小孔，為放置熱電偶之用。散熱盤放在三個螺旋頭上，調節螺旋頭可使待測樣品B的上下兩個表面與發熱圓盤A和散熱圓盤P緊密接觸。散熱盤下方有一個軸流式風扇，用來快速散熱。兩個熱電偶的冷端分別插在放有冰水的杜瓦瓶中的兩根玻璃管中。熱端分別插入發熱圓盤A和散熱圓盤P的側面小孔內。

（二）理論依據

防火涂料火災條件特點是受熱時迅速膨脹發泡形成一種致密的防火隔熱層^[4，5]。消防線纜保護能力的強弱則是由防火涂料在火災條件下發泡厚度以及導熱系數決定的。實驗利用馬弗爐對試樣進行加熱，待冷卻后利用導熱系數測定儀測得上下兩銅板溫度數據，通過計算得到導熱系數。導熱系數的計算方法：

R為樣品半徑；h為樣品厚度；m為下銅板的質量；c為銅塊的比熱容[J/（kg℃）]；R_p為下銅板半徑；h_p為下銅板厚度。

（三）實驗結果分析

通過實驗結果分析得出同種防火涂料在涂刷一定厚度時發泡厚度隨溫度增加而升高，發泡后質量隨溫度增加而減小，導熱系數隨溫度增加而增大。同種防火涂料在加熱溫度一定時發泡厚度隨涂層厚度增加而升高，發泡后質量隨涂層厚度增加而減小，導熱系數在某一值附近波動。

1.同種防火涂料在涂刷厚度一定時發泡厚度隨溫度增加而升高，發泡后質量隨溫度增加而減小，導熱系數隨溫度增加而增大。

2.同種防火涂料在加熱溫度一定時發泡厚度隨涂層厚度增加而升高，發泡后質量隨涂層厚度增加而減小，導熱系數在某一值附近波動。

3.在溫度、涂層厚度相同時，JFL-103NCB（JF-203）超薄型鋼結構防火涂料、JFL-103電纜型防火涂料、NF（JF-206）薄型防火涂料導熱系數依次增加，因此JFL-103NCB（JF-203）超薄型鋼結構防火涂料、JFL-103電纜型防火涂料、NF（JF-206）薄型防火涂料防火性能依次降低。

二、防火涂料性能數值模擬研究

為了研究分析不同防火涂料對消防線纜的保護效果，本節利用ANSYS軟件建立在火災條件下消防線纜涂刷防火涂料構件截面溫度場的計算模型，模擬選用NF（JF-206）薄型防火涂料、JFL-103電纜型防火涂料、NCB（JF-203）超薄型鋼結構防火涂料，通過對模擬計算結果的對比分析，得出此三種類型防火涂料對消防線纜保護效果的影響。

為研究防火涂料涂層厚度對消防線纜保護能力的影響，本部分利用ANSYS軟件模擬建立在火災條件情況下涂有防火涂料的消防線纜截面溫度場的計算模型，因為在實際工程中消防線纜的保護一般選擇電纜型防火涂料，因此本次模擬對象選用JFL-103電纜型防火涂料，通過計算對比分析得出防火涂料厚度對消防線纜保護能力的影響。

本部分建模過程以及步驟與前一部分相同，模型也與前一部分相同，所以本部分不再進行模型建立過程的描述。本部分模型各個性能以及熱性能參數如表1所示。

通過ANSYS軟件模擬可得到模型截面在1500s時溫度云圖，如圖1所示。

三種涂層厚度的防火涂料對內部構件都能起到一定的保護作用。在沒有防火涂料保護的情況下，中心溫度接近外表面溫度，為803.628℃。防火涂料涂層厚度為1.0mm時，JFL-103電纜型防火涂料中心溫度為157.627℃；防火涂料涂層厚度為2.0mm時，JFL-103電纜型防火涂料中心溫度為95.822℃；防火涂料涂層厚度為3.0mm時，JFL-103電纜型防火涂料中心溫度為69.118℃；三組模擬情況下的外表面溫度均達到809℃以上，略低于環境溫度。隨著防火涂料涂層厚度的增加，內部構件的中心溫度逐漸降低。因此，防護涂料的厚度對消防電纜的保護能力有直接影響，且呈正相關的關系。

結語

為消防用纜線涂刷防火涂料能夠有效提高線路防火性能和安全性能，同時能夠提高消防用電設施的可靠性能。本文利用ANSYS軟件模擬標準火災情況對消防供配電線路進行有限元分析和研究，獲得了涂刷三種不同防火涂料同種厚度條件下模型的各種數據和涂刷同種防火涂料不同厚度條件下模型的各種數據。

在火災條件下，在消防用線纜外層涂刷防火涂料可以有效延長線纜絕緣層失效時間。在火災初期，防火涂料對線纜的保護能夠有效降低火災對線纜的破壞效果，從而延長線路持續供電時間。

同種防火涂料涂層厚度對消防線纜的防護能力有直接影響，涂層厚度越大防護效果越好，但是結合實際耐火時間和經濟性，采用本文實驗和數值模擬方法可以快速確定不同持續供電時間下的最優涂刷厚度。

三種防火涂料在同種條件下防火性能有所不同，即NCB（JF-203）超薄型鋼結構防火涂料防火性能最好，JFL-103電纜型防火涂料防火性能次之，NF（JF-206）薄型防火涂料防火性能性對較差，所以在防火涂料的選用方面可以借鑒本文研究所得結論，為防火涂料的應用提供實際參考。

參考文獻

[1]高仲亮，周汝良，龍騰騰.防火涂料應用問題剖析與對策[J].上海涂料，2011，49（02）：48-51.

[2]盧明超，李博，王伯濤.淺談電纜防火涂料[J].廣東化工，2015，42（19）：103-104.

[3]王春三.建筑線纜電纜防火涂料的探討與應用[J].中國建筑金屬結構，2013（20）：132-133.

[4]汪源，朱金華，陳兆文.防火涂料的研究現狀與發展趨勢[J].材料保，2006（03）：39-42.

[5]李軼峰.鋼結構超薄型防火涂料及其發展趨勢[J].遼寧化工，2011，40（06）：613-615.

作者簡介：朱文強（1995- ），男，漢族，新疆精河人，本科，專業技術十二級，研究方向：消防工程。