消防线缆防火涂料可靠性研究

摘要：消防线缆是保证消防用电设备运行可靠性的重要因素，而防火涂料对于确保明敷消防线缆在火灾中的性能至关重要，因此有必要对明敷消防线缆防火涂料性能进行研究。本文采用实验和数值模拟相结合的方法，研究了三类消防线缆用防火涂料对消防供配线缆路保护效果影响的差异和规律。通过比较分析模拟所得数据，对明敷消防供配线缆路的防火涂料选型和涂敷厚度确定等消防设计提供了数值依据。

关键词：标准升温曲线；防火涂料；消防线缆；ANSYS模拟

引言

电气火灾是现今最易发生的火灾，消防电缆研究、发展与应用的目的在于降低火灾损失。对防火涂料性能的研究结果可应用于电缆生产、应用、防护以及火灾条件下安全性能提升，减少经济损失与人员伤亡。如果电线在火灾中被破坏，无法正常为消防设备供电，消防设施形同虚设，不仅不能起到预期的报警、灭火、排烟和疏散等作用，反而会由于安装了自动喷水灭火系统等消防设施使得划分的防火分区面积加大，从而增大了火灾危险和火灾损失^[1]。电线防火涂料是一种集装饰和防火于一体、专门用于电线防火保护的涂料^[2]。当它涂覆于电线表面时，既可以起到一定装饰作用，又可以在发生火灾时起到防止火灾发生、阻止火焰蔓延的作用，从而达到保护电线的目的^[3]。

一、消防线缆防火涂料可靠性实验研究

（一）实验仪器

上海全硕电炉有限公司QSH-1200T-300*300*400马弗炉，其控制系统与炉膛一体，炉衬采用高纯氧化铝陶瓷纤维毯，炉壳采用双风冷结构，用于高等院校、科研所以及企业实验室，是对金属、非金属以及其他化合物材料进行烧结、熔化、分析和研制用的仪器，最大加热温度可达1100℃。

富阳精密仪器厂FM3615导热系数测试仪，其采用稳态法测量不同材料的导热系数，该仪器采用隔离电压作为加热电源，发热圆盘和散热圆盘的侧面有一小孔，为放置热电偶之用。散热盘放在三个螺旋头上，调节螺旋头可使待测样品B的上下两个表面与发热圆盘A和散热圆盘P紧密接触。散热盘下方有一个轴流式风扇，用来快速散热。两个热电偶的冷端分别插在放有冰水的杜瓦瓶中的两根玻璃管中。热端分别插入发热圆盘A和散热圆盘P的侧面小孔内。

（二）理论依据

防火涂料火灾条件特点是受热时迅速膨胀发泡形成一种致密的防火隔热层^[4，5]。消防线缆保护能力的强弱则是由防火涂料在火灾条件下发泡厚度以及导热系数决定的。实验利用马弗炉对试样进行加热，待冷却后利用导热系数测定仪测得上下两铜板温度数据，通过计算得到导热系数。导热系数的计算方法：

R为样品半径；h为样品厚度；m为下铜板的质量；c为铜块的比热容[J/（kg℃）]；R_p为下铜板半径；h_p为下铜板厚度。

（三）实验结果分析

通过实验结果分析得出同种防火涂料在涂刷一定厚度时发泡厚度随温度增加而升高，发泡后质量随温度增加而减小，导热系数随温度增加而增大。同种防火涂料在加热温度一定时发泡厚度随涂层厚度增加而升高，发泡后质量随涂层厚度增加而减小，导热系数在某一值附近波动。

1.同种防火涂料在涂刷厚度一定时发泡厚度随温度增加而升高，发泡后质量随温度增加而减小，导热系数随温度增加而增大。

2.同种防火涂料在加热温度一定时发泡厚度随涂层厚度增加而升高，发泡后质量随涂层厚度增加而减小，导热系数在某一值附近波动。

3.在温度、涂层厚度相同时，JFL-103NCB（JF-203）超薄型钢结构防火涂料、JFL-103电缆型防火涂料、NF（JF-206）薄型防火涂料导热系数依次增加，因此JFL-103NCB（JF-203）超薄型钢结构防火涂料、JFL-103电缆型防火涂料、NF（JF-206）薄型防火涂料防火性能依次降低。

二、防火涂料性能数值模拟研究

为了研究分析不同防火涂料对消防线缆的保护效果，本节利用ANSYS软件建立在火灾条件下消防线缆涂刷防火涂料构件截面温度场的计算模型，模拟选用NF（JF-206）薄型防火涂料、JFL-103电缆型防火涂料、NCB（JF-203）超薄型钢结构防火涂料，通过对模拟计算结果的对比分析，得出此三种类型防火涂料对消防线缆保护效果的影响。

为研究防火涂料涂层厚度对消防线缆保护能力的影响，本部分利用ANSYS软件模拟建立在火灾条件情况下涂有防火涂料的消防线缆截面温度场的计算模型，因为在实际工程中消防线缆的保护一般选择电缆型防火涂料，因此本次模拟对象选用JFL-103电缆型防火涂料，通过计算对比分析得出防火涂料厚度对消防线缆保护能力的影响。

本部分建模过程以及步骤与前一部分相同，模型也与前一部分相同，所以本部分不再进行模型建立过程的描述。本部分模型各个性能以及热性能参数如表1所示。

通过ANSYS软件模拟可得到模型截面在1500s时温度云图，如图1所示。

三种涂层厚度的防火涂料对内部构件都能起到一定的保护作用。在没有防火涂料保护的情况下，中心温度接近外表面温度，为803.628℃。防火涂料涂层厚度为1.0mm时，JFL-103电缆型防火涂料中心温度为157.627℃；防火涂料涂层厚度为2.0mm时，JFL-103电缆型防火涂料中心温度为95.822℃；防火涂料涂层厚度为3.0mm时，JFL-103电缆型防火涂料中心温度为69.118℃；三组模拟情况下的外表面温度均达到809℃以上，略低于环境温度。随着防火涂料涂层厚度的增加，内部构件的中心温度逐渐降低。因此，防护涂料的厚度对消防电缆的保护能力有直接影响，且呈正相关的关系。

结语

为消防用缆线涂刷防火涂料能够有效提高线路防火性能和安全性能，同时能够提高消防用电设施的可靠性能。本文利用ANSYS软件模拟标准火灾情况对消防供配电线路进行有限元分析和研究，获得了涂刷三种不同防火涂料同种厚度条件下模型的各种数据和涂刷同种防火涂料不同厚度条件下模型的各种数据。

在火灾条件下，在消防用线缆外层涂刷防火涂料可以有效延长线缆绝缘层失效时间。在火灾初期，防火涂料对线缆的保护能够有效降低火灾对线缆的破坏效果，从而延长线路持续供电时间。

同种防火涂料涂层厚度对消防线缆的防护能力有直接影响，涂层厚度越大防护效果越好，但是结合实际耐火时间和经济性，采用本文实验和数值模拟方法可以快速确定不同持续供电时间下的最优涂刷厚度。

三种防火涂料在同种条件下防火性能有所不同，即NCB（JF-203）超薄型钢结构防火涂料防火性能最好，JFL-103电缆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对较差，所以在防火涂料的选用方面可以借鉴本文研究所得结论，为防火涂料的应用提供实际参考。

参考文献

[1]高仲亮，周汝良，龙腾腾.防火涂料应用问题剖析与对策[J].上海涂料，2011，49（02）：48-51.

[2]卢明超，李博，王伯涛.浅谈电缆防火涂料[J].广东化工，2015，42（19）：103-104.

[3]王春三.建筑线缆电纜防火涂料的探讨与应用[J].中国建筑金属结构，2013（20）：132-133.

[4]汪源，朱金华，陈兆文.防火涂料的研究现状与发展趋势[J].材料保，2006（03）：39-42.

[5]李轶峰.钢结构超薄型防火涂料及其发展趋势[J].辽宁化工，2011，40（06）：613-615.

作者简介：朱文强（1995- ），男，汉族，新疆精河人，本科，专业技术十二级，研究方向：消防工程。