煅燒云母帶的應(yīng)用[精制甲類]

1、新型材料煅燒云母帶在耐火電線電纜上的應(yīng)用與研究李鯨波 李新輝 丁琪琦(湖北平安電工材料有限公司，湖北 通城 437400)作者簡(jiǎn)介：李鯨波：男，工程師，1970年元月出生，籍貫湖北通城，主要從事云母絕緣材料的研究。電話郵箱.摘要：介紹一種新型材料：耐火電線電纜用煅燒云母帶。從應(yīng)用、結(jié)構(gòu)和性能上與傳統(tǒng)型耐火云母帶進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：煅燒云母帶的耐溫等級(jí)、柔軟性較傳統(tǒng)云母帶更加優(yōu)越，尤其是各項(xiàng)性能更加穩(wěn)定，推廣該產(chǎn)品的應(yīng)用，對(duì)提高電纜的耐火等級(jí)，提高繞包工作效率，改變特種電纜用云母帶依賴進(jìn)口的局面具有重要的產(chǎn)業(yè)意義。關(guān)鍵詞：煅燒云母

2、帶；耐溫830以上；小線徑線纜；柔軟性；接頭；結(jié)晶水；保護(hù)殼；良好的性價(jià)比。前言2010年，全國(guó)共接報(bào)火災(zāi)13.17萬(wàn)起，死亡1108人，受傷573人，直接財(cái)產(chǎn)損失17.7億元。其中，因電線短路、過(guò)負(fù)荷及電氣設(shè)備故障等電氣原因引起的火災(zāi)共40481起，占火災(zāi)總數(shù)的30.7。其中在69起損失重大的火災(zāi)中，有24起為電氣原因引起，占34.8；近期的吉林省長(zhǎng)春市“3.28”天元商貿(mào)市場(chǎng)火災(zāi)、上海市靜安區(qū)“11.15”高層住宅樓特別重大火災(zāi)事故造成53人死亡，財(cái)物損失數(shù)以億計(jì)。隨著電氣火災(zāi)事故的頻發(fā)，人們對(duì)電線電纜火災(zāi)危險(xiǎn)性認(rèn)識(shí)不斷加深, 有關(guān)部門對(duì)電線電纜防火阻燃等性能的要求也越來(lái)越高。提高電氣線路

3、的安全水平，重在解決線路在火災(zāi)條件下連續(xù)工作的能力和防止線路自身火災(zāi)蔓延引起二次危害的問(wèn)題。一旦失火，如何盡可能為火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)主要消防安全設(shè)備提供持續(xù)不斷的電源供給，包括應(yīng)急照明、報(bào)警、自動(dòng)消防，通道的排除煙霧等，為搶救民眾生命、財(cái)產(chǎn)贏得寶貴的時(shí)間，爭(zhēng)取最大程度的將損失降到最低是防消結(jié)合工作的重中之重。目前為使這些設(shè)備或裝置在火災(zāi)中不斷電并發(fā)揮其功能，方便安裝且性價(jià)比較高的方式是使用耐火電線電纜。 耐火電線電纜的應(yīng)用耐火電線電纜是指能在規(guī)定的火焰燃燒條件下能夠保持一定時(shí)間正常運(yùn)行的電纜，也可以說(shuō)是在燃燒條件下能夠保持線路完整性的電纜。耐火電線電纜不同于普通電纜的結(jié)構(gòu)，主要是它在導(dǎo)體和絕緣體之間增加

4、了一個(gè)以“耐火云母帶”為主的耐火層。1980年，隨著云母帶繞包耐火電纜首次應(yīng)用于英國(guó)北海海上石油平臺(tái)，該類耐火電纜以工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格較低、生產(chǎn)長(zhǎng)度和使用范圍不受影響的優(yōu)勢(shì)開(kāi)始得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)GB12666.690電線電纜耐火特性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)耐火電纜主要分為A、B兩個(gè)等級(jí)，B類電纜是指能夠在額定電壓，750800火焰溫度條件下耐受燃燒至少90min而電纜不被擊穿(即3A保險(xiǎn)絲不熔斷)；A類耐火電纜相對(duì)B類耐火電纜而言，額定電壓和燃燒時(shí)間不變，火焰溫度提高到9501000，要求電纜不被擊穿。耐火電纜相對(duì)于量大面廣的普通電線電纜而言，以其獨(dú)特的防火耐壓特性重點(diǎn)應(yīng)用于高層建筑、油田、電站、電廠

5、、礦山、化工、礦井、地鐵等防火條件要求較高的場(chǎng)合，也是應(yīng)急電源、消防泵、電梯通訊信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)備電纜。該類人群密集地和重點(diǎn)工程項(xiàng)目萬(wàn)一不慎失火，使用耐火電纜可以盡可能延長(zhǎng)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的煙霧探測(cè)器、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急電鈴或警笛、消防水泵、排煙機(jī)、灑水器、水噴霧器、電動(dòng)滅火器、廣播設(shè)備疏散通道和應(yīng)急出口的標(biāo)志燈、應(yīng)急電梯、應(yīng)急電源插座，以及控制和指揮樞紐等的運(yùn)行時(shí)間，使在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)施人員搶救、轉(zhuǎn)移重要財(cái)物成為可能。隨著對(duì)消防安全的重視，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家部分民用領(lǐng)域也開(kāi)始使用耐火電線電纜。耐火云母帶在耐火電線電纜中的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題耐火電纜用云母帶由云母紙、玻璃纖維布（或薄膜）和粘結(jié)劑三大材料組成，其

6、中真正起絕緣耐火作用的材料是云母紙，云母紙是火焰溫度下確保電纜電器絕緣的關(guān)鍵部件。因此云母紙的耐熱水平?jīng)Q定了云母帶的耐熱等級(jí)。目前國(guó)內(nèi)外耐火云母帶中使用較多的是金云母和合成云母。金云母帶以價(jià)格適中，成本低的特點(diǎn)在B類耐火電纜中得到較廣泛的應(yīng)用，但受耐溫性能的局限，目前還難以達(dá)到A類耐火電纜的要求；合成云母帶以耐溫等級(jí)達(dá)到A類耐火要求的優(yōu)勢(shì)一度得到各電纜廠家的青睞，但其硬度高于天然云母，繞包過(guò)程中的柔軟性要略差一些，尤其不利于小線徑電線電纜的繞包，而且“含氟”的爭(zhēng)議目前在業(yè)內(nèi)還未形成定論，同時(shí)受到歐盟各項(xiàng)環(huán)保指令的限制，合成云母帶目前在全球的推廣應(yīng)用十分有限。煅燒云母帶的研制湖北平安電工材料有限

7、公司自主研發(fā)的新型耐火云母帶繞包材料-煅燒型云母帶，突破性地采用優(yōu)質(zhì)鍛燒型云母紙為基材，通過(guò)特殊工藝制備，能滿足幾乎所有耐火電線電纜的應(yīng)用要求。經(jīng)上海電線電纜研究所（第三方權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)）檢測(cè)，該煅燒云母帶用于設(shè)計(jì)正確的電纜電線能全面達(dá)到GB/T 19216-31:2008/IEC60092-350：2008標(biāo)準(zhǔn)的要求，含氟低于0.1%，符合REACH指令要求。同時(shí)經(jīng)耐克森、特雷卡（蘇州）、常州船用電纜等國(guó)內(nèi)著名電線電纜廠商使用和檢測(cè)，全面達(dá)到船用電纜耐火的選用標(biāo)準(zhǔn)，從而從根本上彌補(bǔ)了金云母帶、合成云母帶在推廣應(yīng)用上的不足，填補(bǔ)了海內(nèi)外的空白。1、基材煅燒云母紙?jiān)撔滦筒牧贤ㄟ^(guò)對(duì)精選的云母高溫處理

8、，去除了有損耐電壓和耐溫性能的結(jié)晶水和雜質(zhì)，增加了云母帶的穩(wěn)定性。而且該產(chǎn)品有機(jī)硅樹(shù)脂的含量比常規(guī)耐火云母帶高出50%以上，耐火云母層在燃燒過(guò)程中低分子物揮發(fā)掉，有機(jī)硅樹(shù)脂在高溫下與云母燒結(jié)成以SiO2為主體結(jié)構(gòu)的致密導(dǎo)體保護(hù)外殼（絕緣物），有效地提高了電線電纜的耐火性能。尤其是該云母帶的粘接性、柔軟性極佳，特別適合小線徑電線電纜的應(yīng)用。煅燒云母帶采用的基材是煅燒型云母紙。該云母紙對(duì)云母原料的要求很高，且抄造工藝較復(fù)雜，需先將精選的云母碎片，經(jīng)高溫煅燒脫去云母結(jié)構(gòu)中的部分結(jié)晶水，使云母碎片沿垂直于解理面的方向膨脹，質(zhì)地變軟，再用化學(xué)方法處理，使云母片充分地分裂解理，再經(jīng)洗滌、攪拌、分級(jí)成漿（這

9、種方法叫煅燒化學(xué)制漿法）。用化學(xué)法制備的漿料在圓網(wǎng)造紙機(jī)較慢的車速下抄成紙卷，再分切成卷筒紙或平板紙。與合成云母帶紙比較，煅燒云母紙采用的是耐溫等級(jí)高的云母原料，又經(jīng)高溫去除了結(jié)晶水和雜質(zhì)，因而煅燒云母紙的耐溫等級(jí)達(dá)到合成云母紙標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，柔軟性和穩(wěn)定性要比合成云母紙更好；與金云母帶紙相比，煅燒云母紙不僅耐溫等級(jí)更高，而介電強(qiáng)度波動(dòng)范圍更小，耐電壓性能更好。2、補(bǔ)強(qiáng)方式-單面玻璃纖維布補(bǔ)強(qiáng)煅燒云母帶一般采用單面玻璃纖維布補(bǔ)強(qiáng)的方式。實(shí)際上國(guó)外云母帶一般都只采用單面補(bǔ)強(qiáng)的方式，既有利于提高耐火性能又能節(jié)約成本。但是目前國(guó)內(nèi)用于耐火電纜的云母帶還是以雙面玻纖布補(bǔ)強(qiáng)或一面玻纖一面薄膜（以下稱三合一）

10、的方式為主，主要是由于部分云母帶生產(chǎn)廠的制造設(shè)備粘合工藝較落后，造成繞包過(guò)程中云母片易脫落，只有采用雙面補(bǔ)強(qiáng)的方式才可減少云母片的脫落，因此力薦電線電纜廠家采用兩面補(bǔ)強(qiáng)的云母帶；同時(shí)電線電纜生產(chǎn)廠商受繞包設(shè)備改良的局限，繞包的張力、角度和轉(zhuǎn)速控制不夠穩(wěn)定，因而一味要求提高云母帶的拉力。通過(guò)應(yīng)用比較，雙面（或三合一）補(bǔ)強(qiáng)的云母帶的弊端是比較明顯的： 云母帶的直接生產(chǎn)成本增加。玻璃布、粘合劑等用量加倍導(dǎo)致云母帶直接原材料成本增加，同時(shí)增加了一道粘合工藝，人工成本、能耗成本都相應(yīng)上漲。 云母燒結(jié)層結(jié)構(gòu)松散，抗機(jī)械沖擊性差。這是由于雙面補(bǔ)強(qiáng)，云母紙和導(dǎo)電線芯之間云母帶相互之間分別有一層和二層玻璃布（或

11、薄膜），這樣高溫狀態(tài)下云母燒結(jié)層自身、燒結(jié)層和線芯表面都存有空隙，降低了云母帶的耐火穩(wěn)定性。 燒結(jié)層結(jié)構(gòu)松散導(dǎo)致導(dǎo)體表面電暈放電嚴(yán)重。 電纜外徑增大，制造電纜的其他繞包材料都相應(yīng)增加，電纜綜合成本上升。 接頭處理受限。如何處理雙面或三合一補(bǔ)強(qiáng)云母帶的接頭也是一個(gè)比較突出的應(yīng)用問(wèn)題，實(shí)際生產(chǎn)中受云母紙、玻纖布供應(yīng)長(zhǎng)度的限制云母帶接頭在所難免的。對(duì)云母帶供應(yīng)規(guī)定長(zhǎng)度且要求無(wú)接頭時(shí)生產(chǎn)成本和采購(gòu)成本是大幅度增加了的。采用對(duì)接方式對(duì)接處會(huì)因?yàn)闆](méi)有云母紙而影響云母帶的絕緣性能，因此云母帶應(yīng)只能采取搭接的方式。但雙面或三合一補(bǔ)強(qiáng)用搭接的方式則接頭處厚度成倍增加，從而導(dǎo)致擠絕緣時(shí)線徑凹凸不平，影響下一道工序

12、的操作。由于云母帶中起耐火絕緣作用的主體是云母，云母含量越高對(duì)越有利于提高耐火電纜的耐火性能。采用單面玻纖或單面薄膜補(bǔ)強(qiáng)的云母帶具有云母含量高、同比成本低、性能更穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，而且單面云母帶相對(duì)雙面或三合一補(bǔ)強(qiáng)云母帶而言，接頭更易處理，搭接處的厚度僅略有增加，注塑時(shí)外觀更加平滑、服貼，從而提高了后道注塑工藝的工作效率，推廣單面補(bǔ)強(qiáng)云母帶的應(yīng)用是耐火電纜用云母帶發(fā)展的必然趨勢(shì)。湖北平安電工材料有限公司的專利產(chǎn)品20000萬(wàn)米無(wú)接頭的卷軸云母帶產(chǎn)品以繞包效率高、質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)在國(guó)際市場(chǎng)受到日本、德國(guó)、韓國(guó)等用戶的歡迎，國(guó)內(nèi)廠家應(yīng)關(guān)注這一趨勢(shì)。附表：煅燒云母帶、金云母帶、合成云母帶的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的對(duì)比

13、：品名煅燒云母帶金云母帶合成云母帶類型CM80G24P80G24S80G24厚度 (mm)0.100.0150.080.0150.100.015總定量 (g/m2)127111271111711云母含量(g/m2)805805805玻纖布含量(g/m2)243243243膠含量(g/m2)233133133介電強(qiáng)度 (kv/layer)1.21.01.0拉伸強(qiáng)度 (N/cm)808080* 類型中CM代表煅燒云母，P代表金云母，S代表合成云母；80120分別代表云母紙的不同定量；2432分別代表玻纖布的定量。3、耐火特性的比較煅燒云母帶主要采用有機(jī)硅樹(shù)脂進(jìn)行粘合。煅燒云母帶所采用的粘合劑是湖北

14、平安電工材料有限公司自主研發(fā)的專利成果，是在有機(jī)硅壓敏膠的工藝基礎(chǔ)上合成的一種低初粘性、高粘度、高固含量的粘合劑，完全滿足耐火云母帶用膠粘劑要求粘合性強(qiáng)、柔軟和燃燒不炭化的三個(gè)原則，并具有優(yōu)良的機(jī)械性能、耐腐蝕性和耐環(huán)境性。附表：耐火云母帶在高溫下的表現(xiàn)對(duì)比(90min后)8009001000金云母帶1.3 M1.8M0.3 M0.6 M8 M1.5 M0.30.6 MkV 5min不擊穿完好無(wú)損，仍顯光澤完好，但無(wú)彈性基本完好，但變脆煅燒云母帶8 M1.5 M0.30.6 MkV 5min不擊穿完好無(wú)損,仍顯光澤完好，有一定彈性基本完好，燒結(jié)成硬殼由于煅燒云母紙的滲透性相比金云母紙、合成云母

15、紙更好，因此煅燒云母紙的膠粘劑含量同比要高出50%，同比在耐火過(guò)程中燒結(jié)SiO2為主體的保護(hù)殼，電絕緣性能更加穩(wěn)定。合成云母帶雖然達(dá)到A級(jí)耐火線纜的耐溫要求，但其硬度較大，柔軟性較差，較適用于1mm2及以上電線電纜導(dǎo)體的繞包，而且繞包速度慢，效率較低。煅燒云母帶良好的柔軟性則全面解決了這一難題，包線外觀光滑平整，是目前小線徑（1mm2以下）特種電線電纜導(dǎo)體高速繞包的最佳解決方案。結(jié)論湖北平安電工材料有限公司自主研發(fā)的煅燒云母帶送上海電線電纜研究所檢測(cè)，參照GB/T 19216-31：2008 在火焰條件下電纜或光纜的線路完整性試驗(yàn)第31部分：試驗(yàn)步驟和要求供火時(shí)施加沖擊，額定電壓0.6/1KV及以下電纜和IEC 60092-350：2008船舶電器裝備 第350部分：船用與海上裝備電力、控制和儀表電纜一般結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)要求，進(jìn)行電線或光纜的線路完整性試驗(yàn)，火焰溫度不低于830，供火時(shí)施加沖擊，供火和機(jī)械沖擊的120MIN期間，給試樣施加試驗(yàn)電壓0.6/1K