低壓條件下FEP導(dǎo)線熱解與著火實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、由于航天器內(nèi)大量導(dǎo)線電纜的使用，使得導(dǎo)線短路過載時(shí)所引起的電氣火災(zāi)，成為了航天器正常工作所必須考慮的重點(diǎn)問題。首先，電氣火災(zāi)的發(fā)生不僅會(huì)影響到航天器的正常運(yùn)行，同時(shí)也會(huì)影響到航天員所處的生存環(huán)境。其次，航天器的內(nèi)部是一個(gè)微重力環(huán)境，自然對(duì)流減弱，這一條件下導(dǎo)線等材料的著火燃燒與常重力條件下有很大不同，不能簡(jiǎn)單地與地面所得的著火結(jié)論進(jìn)行等同處理。最后，航天器在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到宇航員的生存，艙內(nèi)的氧氣濃度會(huì)高于21％，這一變化對(duì)于材料的燃燒也

2、會(huì)產(chǎn)生重要影響。隨著航天科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和相關(guān)應(yīng)用的不斷深入，“太空經(jīng)濟(jì)”時(shí)代已經(jīng)到來，在迎接這一時(shí)代的階段，載人航天器的防火安全問題就變得十分關(guān)鍵的，它對(duì)于航天員的安全、航天任務(wù)的完成以及我國(guó)的航天戰(zhàn)略的順利進(jìn)行都意義非凡，而其中火災(zāi)安全問題的關(guān)鍵之一就是導(dǎo)線的著火。在以往的實(shí)驗(yàn)研究中，學(xué)者們主要選取PE、PVC等普通導(dǎo)線進(jìn)行研究，而很少對(duì)太空中廣泛使用的FEP、ETFE等高溫導(dǎo)線開展研究，因此也主要針對(duì)這一方面展開研究。
　

3、　實(shí)驗(yàn)中所用到的低壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由四部分組成:(1) JRC-500低壓艙系統(tǒng)，用于提供實(shí)驗(yàn)所需低壓環(huán)境;(2)實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)，包括壓力、氧氣濃度及電流控制裝置等;(3)圖像采集系統(tǒng)，記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程;(4)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線搭載系統(tǒng)。文中所用的實(shí)驗(yàn)材料是以NiCr為線芯、聚全氟乙丙烯(FEP)為絕緣層的導(dǎo)線，同時(shí)也進(jìn)行了NiCr線芯的聚乙烯(PE)絕緣層導(dǎo)線在部分工況下的實(shí)驗(yàn)，用于對(duì)比分析。低壓艙內(nèi)的溫度(20℃)，濕度(40％)等均保持不變，實(shí)

4、驗(yàn)中設(shè)定9個(gè)環(huán)境壓力工況（20 kPa-100 kPa，10kPa間隔）和3個(gè)氧氣濃度(OC)工況(21％，30％，40％，體積濃度)，共計(jì)27個(gè)工況，這些工況主要通過低壓艙系統(tǒng)和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中控制過載電流為13A不變。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程都在暗室中進(jìn)行，以避免外界光源對(duì)著火圖像的影響。
　　通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，得出以下結(jié)果:FEP導(dǎo)線在電流過載時(shí)發(fā)生的熱解可分為兩部分，一是絕緣層外部熱解，該過程中產(chǎn)生的熱解氣體，其形狀

5、會(huì)隨著環(huán)境壓力而變化，且熱解氣體上升速率隨著環(huán)境壓力的增加而降低，與氧氣濃度的關(guān)系不大;二是絕緣層內(nèi)部熱解，該過程產(chǎn)生的熱解氣體會(huì)在導(dǎo)線內(nèi)部積聚，形成熱解氣泡，熱解氣泡的寬度隨著壓力的增加而增加，而高度則隨著壓力的增加而降低。熱解氣泡達(dá)到最大尺寸后會(huì)發(fā)生破裂并噴出熱解氣體，隨后發(fā)生著火現(xiàn)象。FEP導(dǎo)線噴射著火時(shí)，著火點(diǎn)在導(dǎo)線中間位置出現(xiàn)的概率最高，根據(jù)其著火特點(diǎn)，噴射著火可分為對(duì)稱式噴射著火和非對(duì)稱式噴射著火兩種情況:非對(duì)稱式噴射著火的

6、火焰形狀像“日珥”，一端先發(fā)生著火，然后引燃另一端的熱解氣體;對(duì)稱式噴射著火從著火瞬間到達(dá)到最大火焰的過程中，火焰形狀始終保持對(duì)稱。對(duì)于著火時(shí)間的研究，主要把著火時(shí)間tig分為氣泡形成時(shí)間tb和引導(dǎo)時(shí)間tin兩部分，氣泡生成時(shí)間tb定義為實(shí)驗(yàn)回路通電瞬間到熱解氣泡達(dá)到最大尺寸時(shí)的時(shí)間間隔，引導(dǎo)時(shí)間tin定義為氣泡破裂瞬間到著火瞬間的時(shí)間間隔，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，得出tb隨著環(huán)境壓力的增加而降低，其與氧氣濃度之間的關(guān)系不大;tig隨著環(huán)境