Пожарная безопасность изоляционных материалов бортовой электрической сети

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2013, www.kabel-news.ru

34

Производство

ÏÎÆÀÐÎÁÅÇÎÏÀÑÍÎÑÒÜ

Д

ля изготовления бортовой сети маги-
стрального пассажирского самолёта 
применяется более 100 км проводов и 
кабелей общим весом до 300 кг. Доля по-

лимерных электроизоляционных материалов от 
общего веса проводов и кабелей составляет бо-
лее 50%.

Начиная с 70-х годов XX века в зарубежной 

практике авиастроения, а затем и в современной 
России всё более широкое применение стали на-
ходить электроизоляционные материалы на основе 
соединений фтора: политетрафторэтилен (PTFE, 
фторопласт-4Д), сополимер тетрафторэтилена с 
этиленом (ETFE, XL-ETFE, фторопласт-40) и поли-
имид (PI). 

Существенным фактором, определяющим при-

менение полимерных материалов, является их по-
жарная опасность, обусловленная горючестью и со-
путствующими процессами, которая определяется 
в технике следующими характеристиками: 
•  горючестью, то есть способностью материала 

загораться, поддерживать и распространять 
процесс горения; 

•  дымовыделением при горении и воздействии 

пламени; 

•  токсичностью продуктов горения и пиролиза — 

разложения вещества под действием высоких 
температур. 
Рассмотрим более детально характеристики для 

каждого изоляционного материала.

Систематические исследования по определению 

степени деструкции и состава продуктов терми-
ческого разложения политетрафторэтилена были 
проведены в период 1953—1960 гг. Национальным 

бюро стандартов США установлено, что скорость 
разложения политетрафторэтилена зависит только 
от температуры, а количество летучих продуктов 
пиролиза — от температуры и времени пиролиза. 
Средняя скорость разложения политетрафторэти-
лена при температуре 400°С составляет 0,0012% 
массы в минуту. Изучение состава летучих ком-
понентов показало, что основными компонентами 
газа являются тетрафторэтилен — 97% и гекса-
фторпропилен — 3%. 

Тетрафторэтилен CF2=CF2 — бесцветный 

газ, без запаха, является малоопасным веще-
ством ГОСТ 12.1.007-76, ПДК 30 мг/м

3

. Эмиссия 

при температуре 400°С на 1 кг политетрафтор-
этилена составляет 15 мг/мин.

Гексафторпропилен CF3CF=CF2 — бесцвет-

ный газ, является умеренно опасным веще-
ством ГОСТ 12.1.007-76, ПДК 5 мг/м

3

, летальная 

концентрация — 0,3% по объёму. Эмиссия при 
температуре 400°С на 1 кг политетрафторэтиле-
на составляет 0,5 мг/мин.

Исследованиями по определению степени де-

струкции и состава продуктов термического разло-
жения сополимера тетрафторэтилена с этиленом 
установлено, что средняя скорость разложения при 
температуре 320°С составляет 0,135% массы в ми-
нуту. При более низкой температуре, в сравнении 
с политетрафторэтиленом, скорость разложения 
и эмиссия газов происходит в 112 раз быстрее. 
Основную часть летучих продуктов деструкции 
составляет винилиденфторид 88% и фтористый 
водород 12%. При полном выгорании полимера 
образуется коксовый остаток — около 18% от из-
начальной массы.

Пожарная безопасность 
изоляционных материалов 
бортовой электрической 
сети

Александр АЗАНОВ, заместитель главного технолога, 
Владимир ЗАКАМСКИХ, начальник группы «Авиастроение»,
ООО «Камский кабель»

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2013, www.kabel-news.ru

35

Производство

ÏÎÆÀÐÎÁÅÇÎÏÀÑÍÎÑÒÜ

Винилиденфторид CH2=CF2 — бесцвет-

ный газ, является малоопасным веществом 
ГОСТ 12.1.007-76, ПДК 500 мг/м

3

, летальная кон-

центрация —  12,8% по объёму. Эмиссия при 
температуре 320°С на 1 кг сополимера тетра-
фторэтилена с этиленом составляет 123 мг/мин.

Фтористый водород HF — бесцветный газ, 

является чрезвычайно опасным веществом 
ГОСТ 12.1.007-76, ПДК 0,05 мг/м

3

, летальная кон-

центрация — 0,16% по объёму. Эмиссия при тем-
пературе 320°С на 1 кг сополимера тетрафтор-
этилена с этиленом  составляет 12,2 мг/мин.

Исследованиями по определению степени де-

струкции и состава продуктов термического раз-
ложения полиимида установлено, что средняя 
скорость разложения при температуре 400°С со-
ставляет 0,0017% массы в минуту. При деструкции 
образуется углекислый газ. При полном выгорании 
полимера появляется коксовый остаток около 65% 
от изначальной массы, разрушение которого про-
исходит при температурах свыше 3000°С.

Итак, наиболее быстрое и сильное токсическое 

воздействие на человека оказывают продукты го-
рения сополимера тетрафторэтилена с этиленом 
(ETFE, XL-ETFE фторопласт-40), летальный исход 
может наступить в течение 1 минуты нагревания 
или горения 1 кг материала, в то время как для 
политетрафторэтилена и полиимида — более чем 
10 минут. Данный показатель определяет возмож-
ную длительность проведения эвакуации пассажи-
ров и экипажа в критической ситуации. Согласно 
авиационным правилам АП-25.803(с) время для 
эвакуации составляет 90 секунд. 

Для определения возможности человеку ориен-

тироваться в пространстве при наступлении чрез-
вычайной ситуации нам потребуются результаты 
испытаний на дымообразование при горении или 
тлении. В 1989 году Техническим центром FAA 
(США) были проведены испытания проводов с изо-
ляцией из сополимера тетрафторэтилена с эти-
леном. Испытаниям подвергались провода типов 
MIL-W-22759/16, MIL-W-22759/41 и опытный обра-
зец с изоляцией модифицированного радиацией 
сополимера тетрафторэтилена с этиленом (XL-ET-
FE). Значение светопроницаемости составляло от 
10,5 до 77,5% при продолжительности испытания 
20 минут. В 2013 году Испытательным центром ка-
бельной продукции ПНИПУ (г. Пермь) был испы-
тан провод марки МК 26-11 2,5 ТУ 16.705.375-85 
с комбинированной изоляцией из политетрафтор-
этилена и полиимида производства ООО «Кам-
ский кабель» на соответствие требованиям ГОСТ Р 
53315-2009 п. 5.5 (ПД1), измерения плотности дыма 
при горении проводов проводились в соответствии 
с ГОСТ IEC 61034-2-2011. При продолжительности 
испытания в 37 минут минимальное зарегистриро-

ванное значение светопроницаемости составило 
98,1%. При светопроницаемости 0—60% человек 
теряет способность ориентироваться в простран-
стве. Таким образом, продукты горения политетра-
фторэтилена и полиимида не могут препятствовать 
эвакуации пассажиров и экипажа в критической 
ситуации, в то время как при горении сополимера 
тетрафторэтилена с этиленом эвакуация будет за-
труднительной.

При разработке конструкции проводов для 

обеспечения пожарной безопасности принято 
руководствоваться значением кислородного ин-
декса электроизоляционного полимера. Соглас-
но проведённым исследованиям по стандарту 
ASTM D 2863 политетрафторэтилен обладает кис-
лородным индексом более 95%, полиимид — более 
50%, в то время как для сополимера тетрафторэти-
лена с этиленом показатель составляет лишь 31% 
и может быть увеличен до 40% за счёт модифика-
ции и специальных добавок — антипиренов.

Существует несколько методик для проверки 

проводов на нераспространение горения, одна из 
которых изложена в Приложении F АП-25 п. I(а)
(3). Испытания были проведены на проводе марки 
МК 26-11 2,5 ТУ 16-705.375-85 с комбинированной 
изоляцией из политетрафторэтилена и полиимида 
производства ООО «Камский кабель». Время воз-
действия горелки составило 30 с, время прекраще-
ния горения образцов — 0 с (требование не более 
10 с), длина обгоревшего участка с учётом зоны, 
находящейся в пламени, составила от 33 до 55 мм 
(требование не более 75 мм). Согласно данным 
фирмы Raychem для проводов SPEC 55PC с изоля-
цией из сополимера тетрафторэтилена с этиленом 
(XL-ETFE) показатель времени прекращения горе-
ния образца составляет 0 с, показатель по длине 
обгоревшего участка — 57 мм.

Вышеупомянутый метод испытаний не в полной 

мере может воспроизвести чрезвычайную ситуа-
цию, поэтому было предложено провести испыта-
ния проводов на соответствие требованиям ГОСТ 
Р 53315-2009 п. 5.3 (ПРГП 1б) и определить придел 
распространения горения пучком проводов (кате-
гория А). Испытания проводились в соответствии 
с ГОСР IEC 60332-3-22-2011. Испытаниям подверг-
ся провод марки МК 26-11 2,5 ТУ 16-705.375-85 с 
комбинированной изоляцией из политетрафтор-
этилена и полиимида производства ООО «Камский 
кабель», отрезки длиной 3,5 м в количестве 3501 
шт. были уложены на вертикальной лестнице в 30 
слоёв. Продолжительность испытания составила 
40 минут, период времени до прекращения горе-
ния или тления составил 0 с, длина обугленной или 
повреждённой пламенем части образцов — 0,6 м. 
К примеру, для проводов с изоляцией из полиме-
ра с кислородным индексом 30% значение периода 

«КАБЕЛЬ-news», № 6, 2013, www.kabel-news.ru

36

времени до прекращения горения или тления со-
ставляет 12 мин, длина обугленной или повреждён-
ной пламенем части образцов — 1,4 м.

На основании вышеизложенного можно конста-

тировать, что по совокупности характеристик наибо-
лее безопасными материалами являются полиимид 
и политетрафторэтилен. 

Так почему в зарубежной практике авиастроения, 

а затем и в современной России стали применять 
провода с изоляцией из сополимера тетрафтор-
этилена с этиленом? 

Ответ предлагаем искать в технологиях наложе-

ния изоляции.

Во-первых

, сополимер тетрафторэтилена с эти-

леном перерабатывается способом экструзии в 
одну стадию и скорость изолирования провода со-
ставляет 200—600 м/мин, в то время как изготовле-
ние провода с изоляцией из политетрафторэтилена 
происходит в две стадии при скорости 6—10 м/мин. 
Очевидно, что при низкой производительности из-
готовители проводов не в состоянии в полной мере 
обеспечивать растущий спрос со стороны авиацион-
ных концернов.

Во-вторых

, для защиты меди от окисления в токо-

проводящих жилах и в экранах у проводов с изоля-
цией из сополимера тетрафторэтилена с этиленом 
применяют олово. В проводах с изоляцией из поли-
тетрафторэтилена для защиты меди от окисления 
в токопроводящих жилах и в экранах применяют 
никель или серебро, так как температура и продол-
жительность технологического цикла не позволяют 
применить олово и оловянно-свинцовые припои, что 
и приводит к значительному удорожанию продукции.

В итоге единственным способом обеспечить со-

ответствие требованиям авиационных правил и 
снизить неблагоприятное воздействие на челове-
ка при чрезвычайной ситуации продуктов горения 
является ограничение массы и объёма сополимера 
тетрафторэтилена с этиленом. 

Для обеспечения надёжности бортовой электри-

ческой сети провода принято изготавливать с двух-
слойной экструдированной изоляцией. При такой 
технологии изготовления радиальная толщина двух-
слойной изоляции бортовых проводов составляет 
0,20 или 0,25 мм. В зарубежных стандартах имеются 
допущения, по которым бортовыми проводами мо-
гут считаться провода с однослойной изоляцией из 
сополимера тетрафторэтилена с этиленом радиаль-
ной толщиной не менее 0,13 мм, если провода име-
ют поверх изоляции металлический экран и защит-
ную оболочку. Данные допущения снижают массу и 
объём полимера в конструкции провода в 2 раза, а 
заодно надёжность и ресурс. В итоге на провода с 
однослойной изоляцией из сополимера тетрафтор-
этилена с этиленом не распространяется требование 
на устойчивость к воздействию электрической дуги. 

1   —  токопроводящие жилы из медных проволок,

 покрытых 

серебром; 

2   —  изоляция из плёнки СКЛФ-4Д; 
3   —  изоляция из плёнки ПМФ-С-352; 
4   —  экран из медных проволок, покрытых 

 серебром; 

5   —  защитная оболочка из плёнок Ф-4ЭН; 
6   —  СКЛФ-4Д. Диаметр — 2,38 мм, вес — 

 11,17 

кг/км. 

Электрическая прочность изоляции при толщине 
0,13 мм составляет 3,02 кВ. Свои плюсы получает и 
изготовитель проводов с однослойной изоляцией — 
отсутствуют дополнительные затраты времени на 
изготовление второго слоя, и тем самым выпуск уве-
личивается в двое. 

Для сравнения: бортовой провод марки МКЭО 26-

14 (рис.) с экраном и с защитной оболочкой произ-
водства ООО «Камский кабель» имеет изоляцию из 
шести слоёв общей радиальной толщиной 0,20 мм, 
материал изоляции способен выдерживать воздей-
ствие электрической дуги в течение 250 с (ГОСТ 
14906-77), электрическая прочность изоляции при 
толщине 0,20 мм составляет не менее 20,1 кВ.

Существует также ещё одна особенность у со-

полимера тетрафторэтилена с этиленом, обуслов-
ленная способом его переработки. Формирование 
изоляционного слоя происходит методом экструзии 
из расплава полимера, после чего изоляция охлаж-
дается и в ней остаётся механическое напряжение. 
При повторном нагреве срабатывает «эффект па-
мяти» полимера и изоляция даёт продольную усад-
ку — при неизменной длине токопроводящей жилы 
длина изоляции становится меньше. Если продоль-
ная усадка изоляции происходит у провода в жгуте, 
то в итоге образуется кольцевой разрыв изоляции 
с появлением участка оголённой токопроводящей 
жилы размером до 3 мм либо токопроводящая 
жила под изоляцией образует петлю.

Практика проектирования бортовой электри-

ческой сети самолётов SSJ-100, Ан-140, Ан-148 и 
МС-21 определила однополярность подхода к вы-
бору провода, где основными параметрами являют-
ся вес и размер. Такие параметры, как пожарная 
безопасность, надёжность, а в итоге стоимость экс-
плуатации и снижение рисков остались в прошлом.

Рис. Конструкция

 МКЭО 26-14 2х0,20 ТУ 16-705.375-85 

Производство

ÏÎÆÀÐÎÁÅÇÎÏÀÑÍÎÑÒÜ