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一、研究背景

        近年來(lái)，隨著中國(guó)電力、城市軌道交通、汽車(chē)以及造船等行業(yè)快速發(fā)展，特別是電網(wǎng)改造加快、特高壓工程相繼投入建設(shè)，中國(guó)電線(xiàn)電纜行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模迅速壯大，電線(xiàn)電纜制造業(yè)已經(jīng)成為電工電器行業(yè)二十余個(gè)細(xì)分行業(yè)中規(guī)模最大的行業(yè)。然而電纜主要由有機(jī)可燃材料制成，在短路時(shí)容易點(diǎn)燃，在火災(zāi)中釋放煙霧和有毒氣體。此外，電纜所用有機(jī)可燃材料在燃燒后火焰會(huì)迅速蔓延至周?chē)鷤鞑セ鹧娌⒃黾踊馂?zāi)危險(xiǎn)，所以對(duì)電纜的阻燃研究成為熱點(diǎn)。

        對(duì)于電纜的阻燃研究分為實(shí)驗(yàn)室階段小尺寸電纜和商用階段全尺寸電纜。在過(guò)去的三十年中，實(shí)驗(yàn)室研究階段，使用錐形量熱儀對(duì)小尺寸電纜進(jìn)行了相關(guān)燃燒性能方面的研究，且已經(jīng)發(fā)表了多篇文章。如Carcillo Magalie團(tuán)隊(duì)發(fā)表的《Fire behaviour of electrical cables in cone calorimeter: Influence of cables structure and layout》，用FTT的錐形量熱儀對(duì)小尺寸電纜進(jìn)行了測(cè)試。Romain Meinier團(tuán)隊(duì)發(fā)表的《Fire behavior of halogen-free flame retardant electrical cables with the cone calorimeter》中用錐形量熱儀測(cè)定了無(wú)鹵阻燃電纜的燃燒性能。有學(xué)者認(rèn)為使用實(shí)驗(yàn)室電線(xiàn)的基礎(chǔ)研究和使用商用電線(xiàn)的應(yīng)用研究之間仍然差距，因此，需要對(duì)全尺寸電纜用燃燒性能進(jìn)行研究。Mario Neuenhaus等人發(fā)表的《Reactive Compounding of Highly Filled Flame Retardant Wire and Cable Compounds》的文章中，根據(jù)EN 50399對(duì)全尺寸電纜進(jìn)行了燃燒測(cè)試。但是，全尺寸成品電纜測(cè)試需要較多的電纜線(xiàn)樣品，基于經(jīng)濟(jì)效益和時(shí)間成本考慮，需要對(duì)錐形量熱儀測(cè)試的小尺寸電纜數(shù)據(jù)能否替代成品商用電纜測(cè)試結(jié)果進(jìn)行探討。在《Calorimetric Behaviour of Electric Cables》一文中，將電纜分別用錐形量熱儀與EN 50399進(jìn)行了測(cè)試，利用Quintiere理論將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正，并討論了兩種測(cè)試儀器測(cè)試電纜燃燒結(jié)果的相關(guān)性。

二、實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)中，錐形量熱儀實(shí)驗(yàn)使用的樣品是由100mm×100mm的市售聚氯乙烯同軸電纜組成的，選取4種不同組分的電纜作為樣品(具體見(jiàn)表1)，錐形量熱儀樣品表面覆蓋有鋼網(wǎng)，以盡量減少測(cè)試過(guò)程中電纜的膨脹。電纜的末端用鋁箔保護(hù)，以避免額外的燃燒(如圖1所示)。EN 50399的樣品也是 PVC 電纜，3.6米長(zhǎng)的電纜安裝在4米長(zhǎng)的測(cè)試梯上 (如圖2所示)。測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表1 試驗(yàn)選用的4種電纜樣品

表2 錐形量熱儀及大尺度量熱儀(EN 50399)在50kW/m2條件下實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3 四種測(cè)試電纜MTHR和大型電纜測(cè)試結(jié)果THR結(jié)果的比較

圖4 (a)試樣的MTHR和大型電纜測(cè)試結(jié)果THR的線(xiàn)性相關(guān)性

三、總結(jié)

      基于Quintiere理論的錐形量熱儀電纜試驗(yàn)分析證明，用一種更簡(jiǎn)單的錐形量熱儀方法代替大幾何尺度的火災(zāi)試驗(yàn)是可能的。在錐形量熱儀上進(jìn)行的試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)可以作為電纜火災(zāi)數(shù)值模擬的輸入數(shù)據(jù)，從而減少了實(shí)際規(guī)模實(shí)驗(yàn)的成本和時(shí)間限制。經(jīng)實(shí)驗(yàn)公式修正的錐量熱計(jì)試驗(yàn)結(jié)果與電纜完全燃燒的半實(shí)尺試驗(yàn)結(jié)果有很好的相關(guān)性，有助于簡(jiǎn)化建筑產(chǎn)品的消防安全試驗(yàn)。但需要強(qiáng)調(diào)的是，這種方法僅允許用有限數(shù)量的參數(shù)(如HRP(釋熱參數(shù)) TRP(熱響應(yīng)參數(shù))等)來(lái)表示結(jié)果。其他參數(shù)值未知的情況下，無(wú)法確定電纜復(fù)合材料建模所需的火災(zāi)參數(shù)。