煅烧云母带的应用.doc

新型材料煅烧云母带在耐火电线电缆上的应用与研究李鲸波 李新辉 丁琪琦(湖北平安电工材料有限公司，湖北 通城 437400)作者简介：李鲸波：男，工程师，1970年元月出生，籍贯湖北通城，主要从事云母绝缘材料的研究。电话邮箱.摘要：介绍一种新型材料：耐火电线电缆用煅烧云母带。从应用、结构和性能上与传统型耐火云母带进行了比较。结果表明：煅烧云母带的耐温等级、柔软性较传统云母带更加优越，尤其是各项性能更加稳定，推广该产品的应用，对提高电缆的耐火等级，提高绕包工作效率，改变特种电缆用云母带依赖进口的局面具有重要的产业意义。关键词：煅烧云母带；耐温830以上；小线径线缆；柔软性；接头；结晶水；保护壳；良好的性价比。前言2010年，全国共接报火灾13.17万起，死亡1108人，受伤573人，直接财产损失17.7亿元。其中，因电线短路、过负荷及电气设备故障等电气原因引起的火灾共40481起，占火灾总数的30.7。其中在69起损失重大的火灾中，有24起为电气原因引起，占34.8；近期的吉林省长春市“3.28”天元商贸市场火灾、上海市静安区“11.15”高层住宅楼特别重大火灾事故造成53人死亡，财物损失数以亿计。随着电气火灾事故的频发，人们对电线电缆火灾危险性认识不断加深, 有关部门对电线电缆防火阻燃等性能的要求也越来越高。提高电气线路的安全水平，重在解决线路在火灾条件下连续工作的能力和防止线路自身火灾蔓延引起二次危害的问题。一旦失火，如何尽可能为火灾现场主要消防安全设备提供持续不断的电源供给，包括应急照明、报警、自动消防，通道的排除烟雾等，为抢救民众生命、财产赢得宝贵的时间，争取最大程度的将损失降到最低是防消结合工作的重中之重。目前为使这些设备或装置在火灾中不断电并发挥其功能，方便安装且性价比较高的方式是使用耐火电线电缆。 耐火电线电缆的应用耐火电线电缆是指能在规定的火焰燃烧条件下能够保持一定时间正常运行的电缆，也可以说是在燃烧条件下能够保持线路完整性的电缆。耐火电线电缆不同于普通电缆的结构，主要是它在导体和绝缘体之间增加了一个以“耐火云母带”为主的耐火层。1980年，随着云母带绕包耐火电缆首次应用于英国北海海上石油平台，该类耐火电缆以工艺简单、价格较低、生产长度和使用范围不受影响的优势开始得到广泛的应用。根据GB12666.690电线电缆耐火特性试验方法标准，我国耐火电缆主要分为A、B两个等级，B类电缆是指能够在额定电压，750800火焰温度条件下耐受燃烧至少90min而电缆不被击穿(即3A保险丝不熔断)；A类耐火电缆相对B类耐火电缆而言，额定电压和燃烧时间不变，火焰温度提高到9501000，要求电缆不被击穿。耐火电缆相对于量大面广的普通电线电缆而言，以其独特的防火耐压特性重点应用于高层建筑、油田、电站、电厂、矿山、化工、矿井、地铁等防火条件要求较高的场合，也是应急电源、消防泵、电梯通讯信号系统的应备电缆。该类人群密集地和重点工程项目万一不慎失火，使用耐火电缆可以尽可能延长火灾现场的烟雾探测器、自动报警系统、应急电铃或警笛、消防水泵、排烟机、洒水器、水喷雾器、电动灭火器、广播设备疏散通道和应急出口的标志灯、应急电梯、应急电源插座，以及控制和指挥枢纽等的运行时间，使在有限的时间内实施人员抢救、转移重要财物成为可能。随着对消防安全的重视，欧美发达国家部分民用领域也开始使用耐火电线电缆。耐火云母带在耐火电线电缆中的应用现状及存在的问题耐火电缆用云母带由云母纸、玻璃纤维布（或薄膜）和粘结剂三大材料组成，其中真正起绝缘耐火作用的材料是云母纸，云母纸是火焰温度下确保电缆电器绝缘的关键部件。因此云母纸的耐热水平决定了云母带的耐热等级。目前国内外耐火云母带中使用较多的是金云母和合成云母。金云母带以价格适中，成本低的特点在B类耐火电缆中得到较广泛的应用，但受耐温性能的局限，目前还难以达到A类耐火电缆的要求；合成云母带以耐温等级达到A类耐火要求的优势一度得到各电缆厂家的青睐，但其硬度高于天然云母，绕包过程中的柔软性要略差一些，尤其不利于小线径电线电缆的绕包，而且“含氟”的争议目前在业内还未形成定论，同时受到欧盟各项环保指令的限制，合成云母带目前在全球的推广应用十分有限。煅烧云母带的研制湖北平安电工材料有限公司自主研发的新型耐火云母带绕包材料-煅烧型云母带，突破性地采用优质锻烧型云母纸为基材，通过特殊工艺制备，能满足几乎所有耐火电线电缆的应用要求。经上海电线电缆研究所（第三方权威检测机构）检测，该煅烧云母带用于设计正确的电缆电线能全面达到GB/T 19216-31:2008/IEC60092-350：2008标准的要求，含氟低于0.1%，符合REACH指令要求。同时经耐克森、特雷卡（苏州）、常州船用电缆等国内著名电线电缆厂商使用和检测，全面达到船用电缆耐火的选用标准，从而从根本上弥补了金云母带、合成云母带在推广应用上的不足，填补了海内外的空白。1、基材煅烧云母纸该新型材料通过对精选的云母高温处理，去除了有损耐电压和耐温性能的结晶水和杂质，增加了云母带的稳定性。而且该产品有机硅树脂的含量比常规耐火云母带高出50%以上，耐火云母层在燃烧过程中低分子物挥发掉，有机硅树脂在高温下与云母烧结成以SiO2为主体结构的致密导体保护外壳（绝缘物），有效地提高了电线电缆的耐火性能。尤其是该云母带的粘接性、柔软性极佳，特别适合小线径电线电缆的应用。煅烧云母带采用的基材是煅烧型云母纸。该云母纸对云母原料的要求很高，且抄造工艺较复杂，需先将精选的云母碎片，经高温煅烧脱去云母结构中的部分结晶水，使云母碎片沿垂直于解理面的方向膨胀，质地变软，再用化学方法处理，使云母片充分地分裂解理，再经洗涤、搅拌、分级成浆（这种方法叫煅烧化学制浆法）。用化学法制备的浆料在圆网造纸机较慢的车速下抄成纸卷，再分切成卷筒纸或平板纸。与合成云母带纸比较，煅烧云母纸采用的是耐温等级高的云母原料，又经高温去除了结晶水和杂质，因而煅烧云母纸的耐温等级达到合成云母纸标准的同时，柔软性和稳定性要比合成云母纸更好；与金云母带纸相比，煅烧云母纸不仅耐温等级更高，而介电强度波动范围更小，耐电压性能更好。2、补强方式-单面玻璃纤维布补强煅烧云母带一般采用单面玻璃纤维布补强的方式。实际上国外云母带一般都只采用单面补强的方式，既有利于提高耐火性能又能节约成本。但是目前国内用于耐火电缆的云母带还是以双面玻纤布补强或一面玻纤一面薄膜（以下称三合一）的方式为主，主要是由于部分云母带生产厂的制造设备粘合工艺较落后，造成绕包过程中云母片易脱落，只有采用双面补强的方式才可减少云母片的脱落，因此力荐电线电缆厂家采用两面补强的云母带；同时电线电缆生产厂商受绕包设备改良的局限，绕包的张力、角度和转速控制不够稳定，因而一味要求提高云母带的拉力。通过应用比较，双面（或三合一）补强的云母带的弊端是比较明显的： 云母带的直接生产成本增加。玻璃布、粘合剂等用量加倍导致云母带直接原材料成本增加，同时增加了一道粘合工艺，人工成本、能耗成本都相应上涨。 云母烧结层结构松散，抗机械冲击性差。这是由于双面补强，云母纸和导电线芯之间云母带相互之间分别有一层和二层玻璃布（或薄膜），这样高温状态下云母烧结层自身、烧结层和线芯表面都存有空隙，降低了云母带的耐火稳定性。 烧结层结构松散导致导体表面电晕放电严重。 电缆外径增大，制造电缆的其他绕包材料都相应增加，电缆综合成本上升。 接头处理受限。如何处理双面或三合一补强云母带的接头也是一个比较突出的应用问题，实际生产中受云母纸、玻纤布供应长度的限制云母带接头在所难免的。对云母带供应规定长度且要求无接头时生产成本和采购成本是大幅度增加了的。采用对接方式对接处会因为没有云母纸而影响云母带的绝缘性能，因此云母带应只能采取搭接的方式。但双面或三合一补强用搭接的方式则接头处厚度成倍增加，从而导致挤绝缘时线径凹凸不平，影响下一道工序的操作。由于云母带中起耐火绝缘作用的主体是云母，云母含量越高对越有利于提高耐火电缆的耐火性能。采用单面玻纤或单面薄膜补强的云母带具有云母含量高、同比成本低、性能更稳定的优势，而且单面云母带相对双面或三合一补强云母带而言，接头更易处理，搭接处的厚度仅略有增加，注塑时外观更加平滑、服贴，从而提高了后道注塑工艺的工作效率，推广单面补强云母带的应用是耐火电缆用云母带发展的必然趋势。湖北平安电工材料有限公司的专利产品20000万米无接头的卷轴云母带产品以绕包效率高、质量稳定的优势在国际市场受到日本、德国、韩国等用户的欢迎，国内厂家应关注这一趋势。附表：煅烧云母带、金云母带、合成云母带的各项技术参数的对比：品名煅烧云母带金云母带合成云母带类型CM80G24P80G24S80G24厚度 (mm)0.100.0150.080.0150.100.015总定量 (g/m2)127111271111711云母含量(g/m2)805805805玻纤布含量(g/m2)243243243胶含量(g/m2)233133133介电强度 (kv/layer)1.21.01.0拉伸强度 (N/cm)808080* 类型中CM代表煅烧云母，P代表金云母，S代表合成云母；80120分别代表云母纸的不同定量；2432分别代表玻纤布的定量。3、耐火特性的比较煅烧云母带主要采用有机硅树脂进行粘合。煅烧云母带所采用的粘合剂是湖北平安电工材料有限公司自主研发的专利成果，是在有机硅压敏胶的工艺基础上合成的一种低初粘性、高粘度、高固含量的粘合剂，完全满足耐火云母带用胶粘剂要求粘合性强、柔软和燃烧不炭化的三个原则，并具有优良的机械性能、耐腐蚀性和耐环境性。附表：耐火云母带在高温下的表现对比(90min后)8009001000金云母带1.3 M1.8M0.3 M0.6 M8 M1.5 M0.30.6 MkV 5min不击穿完好无损，仍显光泽完好，但无弹性基本完好，但变脆煅烧云母带8 M1.5 M0.30.6 MkV 5min不击穿完好无损,仍显光泽完好，有一定弹性基本完好，烧结成硬壳由于煅烧云母纸的渗透性相比金云母纸、合成云母纸更好，因此煅烧云母纸的胶粘剂含量同比要高出50%，同比在耐火过程中烧结SiO2为主体的保护壳，电绝缘性能更加稳定。合成云母带虽然达到A级耐火线缆的耐温要求，但其硬度较大，柔软性较差，较适用于1mm2及以上电线电缆导体的绕包，而且绕包速度慢，效率较低。煅烧云母带良好的柔软性则全面解决了这一难题，包线外观光滑平整，是目前小线径（1mm2以下）特种电线电缆导体高速绕包的最佳解决方案。结论湖北平安电工材料有限公司自主研发的煅烧云母带送上海电线电缆研究所检测，参照GB/T 19216-31：2008 在火焰条件下电缆或光缆的线路完整性试验第31部分：试验步骤和要求供火时施加冲击，额定电压0.6/1KV及以下电缆和IEC 60092-350：2008船舶电器装备 第350部分：船用与海上装备电力、控制和仪表电缆一般结构和试验要求，进行电线或光缆的线路完整性试验，火焰温度不低于830，供火时施加冲击，供火和机械冲击的120MIN期间，给试样施加试验电压