用于老舊建筑中增強電纜護套性能的膠料制備

寧 辰

（北京房地集團有限公司，北京 100110）

引 言

根據相關統(tǒng)計數據，在各種火災類型中，電氣火災的占比一直保持在35%以上，僅電線電路的短路、老化、過載等電氣原因所引發(fā)的火災在總體火災數中的占比就高達30%左右，且每年占比都呈增長趨勢[1]。其中，老舊建筑是電氣火災的高發(fā)點，每年老舊建筑中都會發(fā)生大量電氣火災事故，造成巨大財產損失，嚴重情況下還會出現人員傷亡[2]。因此電氣火災的預防問題一直受到各方關注，尤其是十八大以來，我國強調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的預防問題[3]。電氣火災一旦發(fā)生，其擴展就非常迅速，并且火勢進入充分發(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的發(fā)生。老舊建筑中的電路電纜數量眾多，很多電纜都處于老化狀態(tài)，一直是嚴重的安全隱患[4]。因此需要提升老舊建筑中的電纜護套性能，以解決該安全隱患，從源頭上防止發(fā)生電氣火災。基于該背景對用于老舊建筑中增強電纜護套性能的膠料進行制備研究。

電纜護套的性能是電纜阻燃和電氣防火的關鍵，耐火的電纜護套能夠保證老舊建筑電纜的不易燃，即使點燃，其產生的有毒氣體和濃煙也較少，對環(huán)境的危害更低，對人員安全的威脅也更低。同時高性能的電纜護套能夠維持火災中消防設備的正常工作，便于開展人員疏散與滅火救援工作。近年來，人們的消防意識一直在提高，電纜護套性能受到了前所未有的重視。對于其膠料制備問題，各國都有較為深入的研究，Korzhov[5]研究了工頻磁場對三相電力電纜在3%（wt） NaCl 水溶液中鋁護套腐蝕的影響?？紤]電纜旋轉、脈動磁場及高壓源連接，以研究接近實際操作條件下鋁護套的退化。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。應用于氯化聚乙烯樹脂制備出通用型電纜護套。由于各國的標準和側重點不同，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電纜護套性能的膠料性能及其制備方法的相關研究成果，進行新型膠料的制備研究，實現膠料材質性能上的突破。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

在試驗中，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 試驗設備

在試驗中，使用的設備包括平板硫化機、萬能力學測試儀等，具體如表2 所示[7]。

表2 使用的設備Table 2 Equipment

1.3 膠料制備

在制備前根據配方對原料進行稱重，便于后續(xù)直接開展混煉[8]。對試驗設備進行檢查與清理，避免污染。對密煉機的溫度進行設定，設定溫度為60℃，并將轉速設置為100r/min[9]。在密煉機中對甲基乙烯基硅橡膠進行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 后進行混煉，直到密煉機的轉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中，加入促進劑[10]。對雙輥開煉機的輥距進行調整，調至最小后實施薄通處理，使材料均勻分散。之后調大輥距、膠料出片，獲得CR 混煉膠。

在常溫下對CR 混煉膠進行24h 的放置，接著將無轉子硫化儀的溫度設置為180℃，在CR 混煉膠中加入硫化劑對其實施初步的硫化處理[11]。之后對平板硫化機進行升溫處理，放入材料對其實施二次硫化處理，對模具排氣進行6 次迅速開合后取出模具，將硫化試樣拿出[12]。接著對硫化試樣實施拉伸片和壓縮變形圓柱處理。然后在雙輥開煉機上繼續(xù)進行塑煉。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，通過雙輥開煉機分散小料，膠料出片后放入平板硫化機中實施模壓處理使材料硫化成型，并進行5A 國家標準力學樣條的制備，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；促進劑，10g；活性劑，65g[14]。

2 膠料性能測試

2.1 測試項目

對制備的用于老舊建筑中增強電纜護套性能的膠料進行性能測試，具體測試項目如下：

（1）進行膠料彎曲強度的測試：將樣條放入馬弗爐中進行30min 的灼燒，灼燒溫度為1000℃，根據三點彎曲法對灼燒后樣條的實際彎曲強度進行測試，使用的測試設備為萬能材料試驗機，將測試速度設置為5mm/min[15]。

（2）進行膠料力學性能的測試：通過萬能力學測試儀進行測試，將拉伸速度設置為50mm/min。

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

（4）進行膠料的硬度測試：使用邵爾硬度計進行測試，測試標準為JB6148-92，將壓針端部壓力設置為70.455～44.555N。

（5）進行膠料膨脹系數的測試：使用的測試方法為線膨脹系數法，主要對線性伸長百分比進行測試。

（6）進行膠料的錐形量熱儀試驗：試驗標準為IS05660，通過錐形量熱計進行測試。在試驗時將輻射熱通量設置為35kW/m2[16]。

2.2 彎曲強度測試結果分析

制備的八種膠料的彎曲強度測試結果具體如圖1 所示。

根據圖1 的彎曲強度測試結果，在制備的八種膠料中，膠料A 的彎曲強度最小，僅為0.542MPa；從膠料A 到膠料E，彎曲強度逐漸增大，膠料E 的彎曲強度達到最高，數值為0.853MPa，從膠料E 到膠料H，彎曲強度逐漸減小，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度最大化。

圖1 制備的八種膠料的彎曲強度測試結果Fig. 1 The bending strength test results of prepared eight kinds of rubber compounds

2.3 力學性能測試結果分析

制備的八種膠料的力學性能測試結果具體如表3 所示。

表3 制備的八種膠料的力學性能測試數據Table 3 The mechanical properties test data of prepared eight kinds of rubber compounds

2.4 熱穩(wěn)定性測試結果分析

對于用于老舊建筑中增強電纜護套性能的膠料來說，熱穩(wěn)定性是一種很重要的性能。各種制備膠料在氮氣氣氛下的熱分解參數測試數據具體如表4 所示。

表4 各種制備膠料在氮氣氣氛下的熱分解參數測試數據Table 4 Test data of thermal decomposition parameters of various prepared rubber compounds in nitrogen atmosphere

根據表4 的熱分解參數測試數據，在600℃下膠料E 的殘留物質量百分比最低，其余膠料的殘留物質量百分比都偏高；在最大失重速率時膠料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，膠料E、膠料F 的分解溫度最高，在450℃左右。綜合熱穩(wěn)定性測試結果，膠料E 的熱穩(wěn)定性最高，膠料F 次之。

2.5 硬度測試結果分析

制備的八種膠料的硬度測試結果具體如圖2 所示。

圖2 八種膠料的硬度測試結果Fig. 2 The hardness test results of eight kinds of rubber compounds

圖2 八種膠料的硬度測試結果表明，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 膨脹系數測試結果分析

所制備的膠料在高溫灼燒后會形成陶瓷體，此時會生成一定的二氧化碳，導致陶瓷體出現膨脹現象。將其用于老舊建筑中的電纜護套中時，當發(fā)生火災，陶瓷體的膨脹會對電纜結構的穩(wěn)定性造成影響，甚至導致陶瓷化結構體的毀壞，因此制備膠料的膨脹系數與其耐火性能息息相關。具體膨脹系數測試結果如圖3 所示。

根據圖3 的膨脹系數測試結果，在高溫1000℃灼燒10min 后，膠料A 的膨脹系數最高，膠料F 的膨脹系數最低；繼續(xù)灼燒10min 后，膠料E 的膨脹系數提升比例較低，成為最低膨脹系數的制備膠料，其他制備膠料的膨脹系數有不同程度地升高；再繼續(xù)灼燒10min 后，膠料E 的膨脹系數略有升高，其他制備膠料的膨脹系數有較大幅度的升高?？傮w來說，膠料E 的膨脹系數更低，更加耐火。

2.7 錐形量熱測試結果分析

通過錐形量熱計能夠根據熱釋放速率等參數對制備膠料的材料熱災害進行評價；根據毒性和煙氣方面的參數對制備膠料的非熱危害進行評價；并根據測試結果對制備膠料的熱降解行為進行研究，從而推斷其阻燃作用機理。

所制備膠料的錐形量熱測試結果具體如表5 所示。

表5 所制備膠料的錐形量熱測試結果Table 5 The cone calorimetric test results of prepared rubber compounds

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

綜合各項測試結果，制備的膠料E、膠料F 的各項性能較好，更適合用于老舊建筑中增強電纜護套性能。

3 結束語

在制備用于老舊建筑中增強電纜護套性能的膠料的過程中，共進行了八種膠料的制備，并對各種膠料進行多種性能的測試。試驗結果表明，膠料E 的彎曲強度最大，為0.853MPa，膠料F 的彈性模量最高，為29.3654MPa，在最大失重速率時膠料E 的溫度最低，僅為382.365℃，熱失重5%(wt)時，膠料E、膠料F的分解溫度最高，在450℃左右，膠料E 的膨脹系數更低，耐火性較好。根據上述實驗結果篩選出了綜合性能較好的兩種膠料，即膠料E 和膠料F，成功實現了電纜護套性能的增強，對于電力火災的預防與救援等方面有很大意義。