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關鍵詞:透明材料;表面改性;防霧;親水;疏水
Abstract: this paper introduces the transparent material surface prevent mist of some of the basic principle and fog in case for the purpose of surface modification of specific measures and research progress.
Keywords: transparent material; The surface modification; Prevent mist; Close water; Scanty water
中圖分類號:V244.1+5文獻標識碼:A 文章編號:
玻璃或透明塑料等透明材料是人們生活和工作中不可缺少的材料,使用這些材料時若在其表面兩側存在溫差,溫度低的表面水分的飽和蒸汽壓低于周圍環境的蒸汽壓,從而引起水汽向物體表面聚集,并以微小的水珠形式析出形成霧,附著水珠,甚至還會結霜,而每個小水珠都會使光線發生折射和反射,顯著降低透明材料的透光率,霧化給生產和生活帶來諸多不便,甚至引起重大的損失。所以防霧防霜是一個與生產和生活密切相關的課題。
1 透明材料的表面改性與防霧方法
透明材料的表面改性與防霧一般有三類方法[1-2]:
1.1 表面活性劑直接涂覆法
將防霧劑直接涂覆在透明材料上,該法簡便容易。例如,將甘油或肥皂類物質直接涂在玻璃上即可防霧。缺點是涂膜不耐擦傷和磨損,不耐溶劑,防霧時間較短。
表面活性劑的親水性或疏水性強弱對表面活性影響很大。若分子的親水性太強,將完全進入水相;疏水性太強,將完全進入油相。親水基團和疏水基團必須適當平衡,才能使表面活性劑發揮最佳的表面活性。即表面活性劑的親水-疏水平衡值HLB(Hydrophile-Lyophile Blanve)應適中,HLB值過大,親水性太強;HLB值過小,疏水性太強。實際應用發現,HLB值大于10,綜合防霧效果不夠理想[3]。所選用表面活性劑必須能降低防霧劑的表面張力,能均勻地涂布在玻璃和透明材料上,形成均勻透明的薄膜,不影響玻璃和透明材料的透明度,以達到防霧效果。
1.2 表面活性劑摻入法
制造透明樹脂時常將一些表面活性劑摻入其中,或在塑料混煉成型時加入甘油、縮水山梨糖醇類多元醇的脂肪酸酯。但此法對聚丙烯、聚苯乙烯等結晶度高的樹脂,因其向表面遷移速度不夠而不能達到滿意的結果;其次,對于加工成型溫度較高的尼龍或聚酯等則因表面活性劑熱穩定性不好而不能混煉,此法很少被使用。
1.3 高分子材料涂覆法
在透明材料的表面涂覆一層高分子薄膜是行之有效且被廣泛使用的方法。該法較上述兩種方法防霧效果好、效力長、機械性能好、較為耐擦、耐磨、耐溶劑,其中最常用的是親水性丙烯酸酯類或甲基丙烯酸酯類或其均聚物和共聚物。
1.3.1丙烯酸酯類防霧涂料 [2-6]
這種涂料的防霧原理是利用樹脂涂層的吸(親)水性,將表面凝聚的水分吸收,因而不影響材料的透光率和反射性,起到防霧作用。為增強涂膜的機械強度,還可在均聚物或共聚物中加入少量多官能團的交聯劑使之交聯成網絡結構的防霧薄膜。也可將羥甲基三聚氰胺與聚乙二醇的增強液涂覆于已涂有防霧涂料的玻璃表面上,然后加熱,使其進一步縮合脫水固化形成聚乙二醇和三聚氰胺網絡結構的縮聚物,從而提高涂膜表面的防霧性、耐磨損、耐擦傷和耐溶劑性。
1.3.2其它酯 (鹽 )類防霧劑
將聚 (羥基次乙基、羥基丙烯基 )乙二醇的硫酸酯三乙醇胺鹽 4% , 乙烷 4% , 蒸餾水2 % , 三氯-1 -氟甲烷30 % , 二氯-2 -氟甲烷30 % , 混合制成噴射的防霧劑。該防霧劑噴涂在玻璃表面上,用呼氣法觀察其防霧效果可達240h以上。
1.3.3聚氧乙烯多元醇類防霧劑
聚氧乙烯乙二醇等二元型水溶性的高分子薄膜貼在玻璃表面上就可以起到防霧的作用,將聚乙烯醇和低分子的二元(多元)醇-硼酸鹽在水中混合可制得三元型分子化合物,這種三元型化合物的水溶液很穩定, 能夠在玻璃上展開, 水分蒸發后在玻璃上能形成均勻透明的薄膜,且附著力強,防霧時間長。
1.3.4硅樹脂類防霧劑[7]
硅樹脂類物質是玻璃和鏡面的一種經濟有效的防霧涂料。如E-甲基硅油的酒精溶液 (1~ 95% )涂在玻璃或鏡面上可取得很好的防霧效果,而由含有磺酸鹽基的甲基聚硅氧烷與至少一種以上的從甘油、一乙醇胺、二乙醇胺及三乙醇胺中選出的物質主劑混合物,不僅具有很好的防霧、防露效果,而且還具備除去車輛玻璃油染物的優異功能,是非常值得發展的一種防霧、防霜劑。
新型防霧涂層——TiO2薄膜
超細TiO2催化性能好、化學性質穩定、無毒、來源豐富且價格低廉而日益受到世人矚目。高活性TiO2薄膜在紫外線照射下,表面有機化合物被降解,不僅具有光催化氧化作用,而且具有很強的光誘導親水性。將該薄膜涂覆在各種玻璃、陶瓷、聚合物和金屬表面具有很好的除污防霧的效果,是一種新型環保節能材料[8-10]。
將TiO2 燒結在玻璃板上,形成厚度為 1μm的膜,經微弱光照射后,TiO2表面成為具有高親水性和高親油性的兩親表面。他們用水滴、油滴來測得在此表面上的接觸角,如未經光照時,水的接觸角為 (72±1 )度,經過光照后接觸角均為 (0±1 )度。如果遮斷光源,這種兩親特性在黑暗中仍能保持一段時間。疏水材料如氟樹脂表面與水的接觸角約為110度,加入TiO2 后其表面與水的接觸角可達160度,顯示出超疏水特性。與超親水性材料不同,超疏水性性材料強調表面凸凹結構,即在TiO2表面形成微細的凸凹結構,類似于荷葉表面的微氣孔結構,水滴在TiO2 表面形成氣固液三相界面,從而表現為超斥水特性。利用TiO2表面超疏水性可使其表面具有防雪、防水滴、防污等特性。
目前,多數的防霧劑都只能防霧而難以防霜,成本較高,且在低溫下就失去效力,作為商品出售的很少,難以推廣應用。因此,擴大研究領域,開發新型高效的防霧防霜涂層是當前迫切需要解決的問題。
參考文獻
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『關鍵詞:電纜:防火:阻燃
中圖分類號: TM247 文獻標識碼: A 文章編號:
電纜火災事故及其原因
自六十年代以來,據不完全統計,全國電力系統發生了較大的電纜火災事故62起,特別是近年以來,電纜事故頻繁發生,損失很大。據非常保守的估計,這些事故的直接損失達1700萬元以上,燒毀操作,動力電纜32萬多米,各種電器設備262臺,電器、熱力控制儀表、繼電裝置等上千塊。由于事故少發電、少送電的間接損失(按平均售電統計)為7億多元:損失嚴重,教訓深刻,應引以為戒。
隨著大電網的發展,大機組、大電廠相繼投入運行,由于這些大機組的保護,控制以及自動化水平比較高,使用的操作、控制、信號、動力電纜大幅度增加,而大量電纜燃燒實驗的數據表明,電纜延熱與電纜的數量有關,電纜的密度越大,著火后的蔓延也越快,火勢也越大,造成的損失也越大。例如:河南姚孟電廠84年10月13日廠用電6KV電纜頭爆炸,除燒毀電纜13000多米外,還燒毀6KV開關柜7臺,電抗器一組,4萬千伏高壓廠變一臺,并使兩臺30萬KW機組全停,經28天日夜搶修才將一臺機組恢復運行,另一臺機被迫轉入大修。直接經濟損失約25萬元,修復的費用更大,少發電一億八千萬度,按河南省的工業產值計算損失4.5億元,僅此一例就可看出電纜防火工作的重要性和緊迫性。
1989年南方某電廠因高壓燃油濺落在350度高溫閥門上而起火,燒著了平臺下面的電纜并蔓延到電纜豎井,導致總長約20km的270根電纜全部被燒壞。
1991年10月—11月,華北電網3座主力電廠接連發生低壓電纜著火,造成5臺200MW機組停電。等等。
關于電纜火災發生的原因,可歸納為以下2個方面:
屬于電纜本身的情況。如過負荷及短路電流長時間作用下,電纜絕緣老化著火、電纜接頭接觸不良局部發熱導致著火:電纜中間接頭制作質量不良、壓接頭不緊、接觸電阻過大,長期運行造成的電纜頭過熱燒穿絕緣。
屬于外部因素的情況。如含油設備的漏油著火波及電纜,外力破壞失火,電纜溝散熱防火措施不當等。
據有關統計資料表明,由于電纜本身原因產生的火災,在電纜火災事故總數中,并不占主要比例,而電纜外部原因是多種多樣的,防不勝防。1998年調查的國內外多起電纜火災事故中由于電纜本身故障起火延燃的占總數的24.2%:而由于外界火源引起電纜延燃的占75.8%:所以應設法使電纜火災蔓延受到抑制減弱或阻熄。
電纜燃燒的特性及危害
眾所周知,物體的燃燒和延燃必須具備三要素:可燃、熱量及空氣。
聚乙烯、交聯聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、天然橡膠等材料的電纜在大量使用,這些材料的氧指數都在19或以下,一般在300度—400度即能引燃。并且燃燒時發熱量比同等重量的煤炭還要大,所以,采用這些材料制作的電纜一旦著火就將不能自熄而延燃,這是導致電纜火災的蔓延擴大的主要原因。
電纜著火燃燒時產生大量煙氣中的有毒氣體達到一定濃度時,就會損害人體健康以致喪命。
高層建筑中,由于線、電纜敷設成束地架設在線架上。因為電線、電纜使用的絕緣層都是些具有可燃性的橡膠、聚氯乙烯等碳氯高分子有機化合物質,這類物質在燃燒時所產生的熱量達19000KJ/KG—46000KJ/KG;電線、電纜的銅芯熔點約在1038度,對高層建筑的威脅尤為嚴重,事故中煙霧大,難于觀察到著火源,事故處理十分困難。
三、國內外電纜防火阻燃惜施
美國等國家對電纜防火阻燃采取使電纜火災延燃受到抑制并達到自熄或全部采用阻燃或耐燃電纜。許多國家普遍推廣不延燃電纜。
中國在使電纜難燃化方面雖然起步較晚,但發展迅速,許多電纜廠成功地研制了阻燃電纜,并已在治金、電力、化工等行業得到了應用。
四、評估電纜防火阻燃的方法
關于電纜防火阻燃的評估,至今還無法單純以理論計算來描述其定量關系,一般采取基本相似于實際使用條件的試驗方式來判別電纜的難燃性和耐火性。
幾個國家先后制定了一些標準試驗方法,可歸納為以下4種。
材料的氧指數法
將一定數量尺寸的試料放入特制的容器中,由充滿氮氣開始,逐步輸入氧氣,在不同的氧氣含量下,用規定方式點火,剛剛能使容器內試料發生平穩燃燒時的氧氣含量就稱為材料的氧指數。
用此方法測定的氧指數越高,意味著材料難燃性越好。難燃性等級為一級氧指數大于30二級為27-30,三級為24-27,四級為21-24,五級為21及以下。
單根電纜不延燃性標準試驗法
此法是將一段被試單根電纜懸置于專用燃燒器內,使作用于電纜處的火焰溫度達到一定值(超過引燃溫度),持續數分鐘后撤除火源,再觀察被試電纜是否自熄。
此法是國際電工委員會(iEC)于1979年修訂的標準實驗方法IEC332-1,中國參照該方法也制定了國標GB-2651,16-82不延燃試驗方法。
成束電纜的耐燃性標準實驗法
該方法與單根電纜不延燃標準試驗法基本原理相同,而且基本上能反應工程實際特征。
浙江省電力局在1995年組織了模擬電纜隧道、電纜豎井與電纜夾層的試驗,并得到比較可靠的實驗數據。
電纜貫穿孔洞阻燃性考核標準試驗法
美、前蘇聯、日各國對電纜穿孔洞所用封堵材料的阻燃性,都制定了標準實驗方法,中國浙江省電力局也曾作過此類似試驗,其特點為,在特制的加熱爐中,按標準溫度曲線規定的“時間-溫度”變化速度,加溫作用于被試電纜一端的爐壁貫穿電纜的封堵處理方式,經1-3h的加溫后,觀察爐外電纜段是否不燃或完好,以判別封堵材料的耐燃特性。
五、電纜防火的主要措施
實現電纜防火的基本途徑主要有以下幾個方面:
采取措施防止電纜著火、著火后不延燃:
沿電纜路徑或易燃區段采取有效的防堵消防措施:
使電纜本身難燃化。
增加燃燒過程中的冷制作用。
根據以上幾種基本途徑,目前,電纜防火所采用的措施如下:
耐火電纜和阻燃電纜
耐火電纜就是在火燃燒條件下仍能在規定時間(約4h)內保持通電的電纜。以滿足萬一發生火災時通道的照明、應急廣播、防火報警裝置、自動消防設施及其它應急設備的正常使用,使人員及時疏散。在火災發生期間,它還具備發煙量小,煙氣毒性低等特點。
阻燃電纜主要特點就是不著火(或著火后延燃僅局限在一定范圍內)所以這類電纜適用于有高阻燃要求、防燃、防爆的場合。阻燃氯磺化聚乙烯橡皮護套電纜(電壓等級為6kv)、阻燃交聯聚乙烯&船用阻燃電纜,以及鹵低煙型系列電纜,這些電纜已被許多工程采用。電纜火災事故明顯減少,保證了電廠及電網安全運行,具有明顯得經濟效益和社會效益。
防火涂料
近年來,中國研制出了多種防火涂料,經國家鑒定合格的產品在實踐中使用及證明效果良好。其中丙烯酸涂料適用于不良環境:改性氨基涂料適用于潮濕環境。
防火包帶
這種材料用于局部防火要求高的地方效果特別好。能達到以較低費用到較好的防火效果。在實際工作中經常使用在電力電纜接頭兩側及相鄰電纜2-3m長的區段施加防火涂料或防火包帶,可達到良好的防火的要求。
防火堵料
SFD-II、III型速固防火堵料是一種理想的電纜穿孔洞和防火墻的封堵材料,它能有效地阻止電纜火災竄延??锥聪蜞徥衣?,該堵料其耐火性能甚好,基本不導熱,一般封堵厚度7-10cm即可達到耐火阻燃要求。
阻火隔墻
用阻火隔墻將電纜隧道、溝道分成若干個隔火段,達到盡可能地縮小事故范圍、減少損失。阻火隔墻一般采用軟性材料構筑,如采取輕型塊類巖棉塊、泡沫石棉塊、硅酸鹽纖維氈或絮狀類如礦渣棉、硅酸纖維等,即便于在已敷好的電纜通道上堆砌封墻,又可在運行中輕易地更換電纜。
耐火隔板
Eg85-A、B、C型耐火隔板,應用于封堵電纜貫穿孔洞,作多層電纜層間分隔和各層防火罩,具有優良的特性。
阻燃橋架
電纜阻燃橋架,具有優良的耐火、阻燃自熄、耐腐蝕等特點,并能與各類金屬直型橋架配套。
埋砂敷設
埋砂敷設顯然具有最佳的防火效果,但不適用于數量眾多中低壓電纜敷設,這種方式主要應用在高壓充油電纜線路上,由于此種防火方式比空氣中明敷時電纜載流量要減少,且不便于運行維護,故一般較少采用。
水噴霧滅火
在電纜廊道電纜密集的地區采用一般的防火材料比較困難,宜采用水噴霧滅火方式。為使水噴霧滅火及時有效地發揮作用,需配置高靈敏度的監測及控制系統,另外還有一套水系統。由于成本較高,故在大型建筑物內及電纜隧道中采用此法效果顯著。
合理布局
發現有些現場合電纜著火后,很快便自己熄滅。經分析發現,這種情況與電纜布局合理有密切關系。在條件允許情況下,電纜不應布置過密,且一次、二次電纜應分別敷設在不同的電纜溝內,溝內通風、散熱情況要良好,并遠離高溫物體。
六、結論
經過多年的實踐證明,只要嚴格按照設計要求,按工藝標準施工,采用經有關部門鑒定合格的防火材料和阻燃電纜,合理布局,減少人為違章施工就能大大地減少電纜火災事故,減少人民生命財產損失,以及保證安全發、供電,保證電網安全穩定運行。
參考文獻:1、張隆興、周裕厚 電力電纜實用技術