低壓條件下FEP導線熱解與著火實驗研究.pdf

1、由于航天器內大量導線電纜的使用，使得導線短路過載時所引起的電氣火災，成為了航天器正常工作所必須考慮的重點問題。首先，電氣火災的發(fā)生不僅會影響到航天器的正常運行，同時也會影響到航天員所處的生存環(huán)境。其次，航天器的內部是一個微重力環(huán)境，自然對流減弱，這一條件下導線等材料的著火燃燒與常重力條件下有很大不同，不能簡單地與地面所得的著火結論進行等同處理。最后，航天器在設計時，考慮到宇航員的生存，艙內的氧氣濃度會高于21％，這一變化對于材料的燃燒也

2、會產生重要影響。隨著航天科學技術的不斷發(fā)展和相關應用的不斷深入，“太空經濟”時代已經到來，在迎接這一時代的階段，載人航天器的防火安全問題就變得十分關鍵的，它對于航天員的安全、航天任務的完成以及我國的航天戰(zhàn)略的順利進行都意義非凡，而其中火災安全問題的關鍵之一就是導線的著火。在以往的實驗研究中，學者們主要選取PE、PVC等普通導線進行研究，而很少對太空中廣泛使用的FEP、ETFE等高溫導線開展研究，因此也主要針對這一方面展開研究。
　

3、　實驗中所用到的低壓實驗平臺主要由四部分組成:(1) JRC-500低壓艙系統(tǒng)，用于提供實驗所需低壓環(huán)境;(2)實驗控制系統(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)，記錄整個實驗過程;(4)實驗導線搭載系統(tǒng)。文中所用的實驗材料是以NiCr為線芯、聚全氟乙丙烯(FEP)為絕緣層的導線，同時也進行了NiCr線芯的聚乙烯(PE)絕緣層導線在部分工況下的實驗，用于對比分析。低壓艙內的溫度(20℃)，濕度(40％)等均保持不變，實

4、驗中設定9個環(huán)境壓力工況（20 kPa-100 kPa，10kPa間隔）和3個氧氣濃度(OC)工況(21％，30％，40％，體積濃度)，共計27個工況，這些工況主要通過低壓艙系統(tǒng)和控制系統(tǒng)實現。實驗中控制過載電流為13A不變。整個實驗過程都在暗室中進行，以避免外界光源對著火圖像的影響。
　　通過對實驗現象和實驗結果的分析，得出以下結果:FEP導線在電流過載時發(fā)生的熱解可分為兩部分，一是絕緣層外部熱解，該過程中產生的熱解氣體，其形狀

5、會隨著環(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，與氧氣濃度的關系不大;二是絕緣層內部熱解，該過程產生的熱解氣體會在導線內部積聚，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。熱解氣泡達到最大尺寸后會發(fā)生破裂并噴出熱解氣體，隨后發(fā)生著火現象。FEP導線噴射著火時，著火點在導線中間位置出現的概率最高，根據其著火特點，噴射著火可分為對稱式噴射著火和非對稱式噴射著火兩種情況:非對稱式噴射著火的

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;對稱式噴射著火從著火瞬間到達到最大火焰的過程中，火焰形狀始終保持對稱。對于著火時間的研究，主要把著火時間tig分為氣泡形成時間tb和引導時間tin兩部分，氣泡生成時間tb定義為實驗回路通電瞬間到熱解氣泡達到最大尺寸時的時間間隔，引導時間tin定義為氣泡破裂瞬間到著火瞬間的時間間隔，通過對實驗結果分析，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系不大;tig隨著環(huán)境