La falla de un circuito es una de las principales causas de fuego. Según estadísticas, más que 35 % Los accidentes de fuego en todo el mundo son causados cada año por problemas de cable. Estas fallas a menudo resultan del uso de cables que no son de Fireproof, conductores de cable dañados, Conexiones de cable malas y aislamiento de cable envejecimiento. Por lo tanto, la resistencia al fuego es crucial en la elección de los materiales de cable.
Actualmente, Los cables aislados resistentes a resistentes más comunes en el mercado son principalmente cables de aislamiento mineral (MI Cables, Aislamiento de óxido de magnesio) y cables resistentes al fuego envueltos en cinta de mica. Los dos cables tienen una buena resistencia a las altas temperaturas y las propiedades de la prosma de fuego, Pero también tienen ciertos límites en aplicaciones prácticas.
Defectos
Aunque los cables de aislamiento mineral (MI Cables) tener excelente rendimiento, Son difíciles de plantear debido al complejo proceso de instalación, Altos requisitos para las habilidades profesionales de construcción de trabajadores y altos costos de materias primas, lo que los hace difíciles de promover y aplicar a gran escala. ¿Qué es más?, Los cables de mi tienen un rendimiento de flexión deficiente, que aumenta la complejidad y el costo de la instalación.
Por otro lado, Los cables resistentes al fuego envueltos en cinta de mica requieren varias capas de devanado durante el proceso de producción. Debido a los límites del proceso de fabricación, Las bandas de mica están sujetas a defectos en las articulaciones, y la mica se carboniza fácilmente, se vuelve quebradiza o incluso se despega a altas temperaturas, afectando sus propiedades generales de resistencia al fuego. Al mismo tiempo, La resistencia al fuego de los cables envueltos en la cinta de mica depende en gran medida de la opresión y la uniformidad del empaque, lo que hace que el control de calidad sea más difícil.
Con la continua profundización de la investigación sobre Cables aislados resistentes al fuego, Se creó un material de elastómero de alto rendimiento y altas temperaturas : Silicona cerámica. Representa una importante innovación material en el campo de los cables resistentes al fuego y ofrece una nueva solución para mejorar la resistencia al fuego del cable.
El nacimiento del cable de cerámica de silicona : Una revolución material
Los cables de goma tradicionales se basan en la adición de retrasos de llama de halógeno, Pero cloruro de hidrógeno (HCL) y la dioxina liberada durante la combustión es extremadamente tóxica. La aparición de caucho de silicona cambió esta situación. Pero la silicona cerámica no solo tiene flexibilidad y elasticidad de la silicona, Pero lo más importante, cuando se expusen a altas temperaturas superiores a 500 ° C y la erosión de las llamas, Se someterá a una transformación de cerámica para formar una sustancia dura similar a la cerámica, evitando efectivamente la propagación del fuego. Más importante, Cuanto más tiempo sea el tiempo de exposición y la temperatura de la llama, Cuanto más formada la capa de cerámica formada por la silicona cerámica se vuelve sólida, con resistencia al calor hasta 1200-1500 ° C, así proteger mejor al conductor del daño.
Evolución de los materiales : Sinergia entre el caucho de silicona y las cargas de cerámica
Matriz de goma de silicona : El canal principal es un enlace si-o (energía de enlace 452 kj/mol, lejos de 346 KJ/Enlace Mol C-C), lo que le da alta resistencia a la temperatura (-60~ 250 ℃) y resistencia al envejecimiento.
Carga cerámica : Agregue el polvo de cerámica a la escala nanométrica (Como el sistema Al₂o₃-Sio₂), que se derrite en porcelana de alta temperatura para formar una "segunda capa protectora".
Definición y diferencia esencial : Protección pasiva contra incendios activos de porcelana
El cable de silicona cerámica es un cable resistente al fuego con goma de silicona como matriz y una carga de cerámica compuesta, que se fríe en un cuerpo de cerámica en las llamas. La diferencia esencial con los cables tradicionales es :
Protección de fuego pasivo → porcelización activa : Los cables tradicionales dependen de la capa de sobre externo llamativo (Como la cinta de mica), Mientras que los cables de silicona cerámica obtienen un fortalecimiento estructural gracias a la propia reacción del material.
Se ha mejorado la protección del medio ambiente : Productos que contienen halógenos y alta toxicidad de humo para productos libres de halógeno y baja toxicidad, Cumple con la Directiva ROHS de la UE.
Estructura de cable de silicona cerámica
Aquí hay una estructura de capa actual de cables de silicona cerámica (se puede ajustar en diferentes escenarios) :
Conductor
El conductor generalmente está compuesto por alambre de cobre estampado o Conductor de cobre sin oxígeno, y la estructura retorcida es 1+6+12 (Núcleo de línea eléctrica) o 1+6 (Núcleo de la línea terrestre) Para mejorar la flexibilidad y la conductividad. En ciertas concepciones, El conductor es aleación de aluminio, Tanto la luz como la corrosión.
Capa aislante
Aislamiento interior : El controlador está directamente cubierto con polietileno reticulado (Xlpe) o cinta de mica para garantizar un aislamiento eléctrico básico y protección mecánica.
Capa de silicona cerámica : Como una capa central de fuego de fuego, Un material de goma de silicona cerámica (como un recubrimiento de compuesto de goma de silicona metilvínico) se usa generalmente. Es flexible a temperatura ambiente y se fríe a alta temperatura (600-1300℃) para formar una cubierta de cerámica para aislar la fuente de fuego y mantener el aislamiento. En ciertas concepciones, La superficie de esta capa está dentada para mejorar la adhesión con capas adyacentes.
Capa de protección
Una capa de blindaje de metal (como una cinta de cobre o una capa trenzada) se coloca fuera del núcleo de la línea de alimentación y el núcleo de la línea de tierra, que tiene tanto funciones de blindaje electromagnético como a la Tierra. El caucho de silicona cerámica del conductor se usa como una capa de armadura en ciertas estructuras y contiene un agente pegajoso reactivo para mejorar la adhesión a la capa aislante.
Estructura de llenado y aislamiento
Material de llenado : El espacio entre las almas del cable está lleno de fibras de vidrio sin álcali, cargas de fuego de fuego o barro refractario para mejorar la estabilidad estructural y la resistencia al fuego.
Marco de posicionamiento : Se coloca un marco de posicionamiento con surcos de arco entre varios grupos de conductores, y la posición se fija en agujeros de conexión prismáticos para evitar mover el núcleo.
Capa de vaina
Vaina interior : La cerámica extruida de la silicona interna, Asociado con la cinta sin halógeno enrollado y la cinta de goma de silicona cerámica (bobinado alternativo izquierdo/derecho, superposición > 15 %), Formar una barrera de corte de fuego compuesto.
Vaina al aire libre : Un materiano a Baja de humo y emisión libre de halógeno (Lszh) o una vaina termoplástica resistente a las altas temperaturas (Como poliolefina reticulada) se usa, Teniendo en cuenta los requisitos de resistencia al desgaste, Resistencia a la corrosión y protección del medio ambiente.
Tecnología de base : Mecanismo de ceramización a alta temperatura
La silicona cerámica se puede usar como capa de aislamiento de cable. Puede formar una capa protectora dura en caso de incendio y proteger efectivamente al conductor. Esta es una investigación clave y orientación de la aplicación en la industria de cables resistentes a los incendios.. El corazón se encuentra en el mecanismo de ceramización de alta temperatura.
Ablación en porcelana : De la estructura molecular a las propiedades macroscópicas
Bajo la acción de la llama, La silicona ceramisal sufre los siguientes procesos dinámicos :
Condición de temperatura ambiente : El caucho de silicona tiene una estructura de elastómero, la carga se dispersa uniformemente, La resistividad del volumen es ≥10unch de entrega · cm y el radio de curvatura es ≤6d (Por ejemplo, un cable de un diámetro de 10 mm se puede plegar en 60 mm).
Combustión a 350 ~ 1000 ℃ :
Escenario 1 (350~ 600 ℃) : El caucho de silicona se descompone para producir sio₂ y co₂, Y la carga comienza a derretirse.
Escenario 2 (600-1000° C) : La carga derretida forma un esqueleto de cerámica continua y el gas Co₂ se escapa para formar una estructura porosa (porosidad 3050%), que aumenta el rendimiento de aislamiento térmico de 3 veces.
Perspectiva de la ciencia de los materiales: El triunfo de la sinergia
Este proceso de cerámica se basa en el efecto sinérgico de las cadenas de goma de silicona molecular y las cargas de cerámica :
Cadena molecular de goma de silicona : ofrece flexibilidad y aislamiento iniciales.
Carga cerámica : La fase de vidrio al₂o₃-sio₂ fluye a alta temperatura para llenar los poros y aumentar la densidad de la capa de cerámica.
Entrenamiento de poros gozos : El CO₂ producido por la descomposición forma una estructura celular cerrada con una conductividad térmica tan baja como 0,12 W/(m · k) (amianto), mejorando considerablemente el rendimiento del aislamiento térmico.
Indicadores clave de rendimiento :
Tiempo de resistencia al fuego : Mantener la fuente de alimentación durante ≥ 180 minutos en una llama a 950 ° C (El nivel más alto de estándar IEC 60331).
Resistencia a las proyecciones : Cumple con BS Standard 6387 CWZ (Triple Test de Combustion + proyección + vibración).
Densidad de humo : transmisión de luz ≥ 80 % (El cable tradicional de PVC solo tiene 20 %).
Verificación experimental :
Prueba realizada por la Escuela de Ciencias e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Tsinghua : Meb muestra que el grosor de la capa de cerámica después de la combustión es uniforme (1 tiene 2 mm) y que no hay grietas.
Rapport Tüv Rheinland : Después de la eliminación de 1200 ℃/3h, El cable aún puede soportar una prueba de voltaje de retención de 1000V.
Comparación de cables resistentes al fuego
Para comprender mejor las ventajas del cable de silicona ceramisable, Lo comparamos con cables existentes de fuego, como el cable de aislamiento mineral (MI) y el cable de fuego de la cinta de mica :
| Criterios | Cable de aislamiento mineral (MI) | Cable de fuego de la cinta de mica | Cable de silicona ceramable |
|---|---|---|---|
| Beneficios | 1) Excelente capacidad de protección de sobrecarga ; 2) Excelente resistencia a la corrosión y las explosiones.. | 1) Excelente temperatura y resistencia al fuego ; 2) No emite humo tóxico en caso de incendio. | 1) Alta resistencia mecánica y excelente resistencia al choque térmico ; 2) Halógeno, humo bajo, baja toxicidad, autoextinguible y ecológico ; 3) Fácil de mecanizar e instalar. |
| Rendimiento de fuego | Excelente | Excelente | Excelente |
| Aislamiento térmico | Insuficiente ; El aislamiento puede reaccionar químicamente con la humedad del aire. | Insuficiente ; La caída de la cinta de mica reduce la efectividad del aislamiento. | Excelente ; Formar una capa de cerámica rígida ahora aislamiento intacto. |
| Resistencia a la instalación | Alto | Alto | Débil |
| Problemas actuales de instalación | 1) A veces resistencia a aislamiento no complicada ; 2) Cortocircuitos posibles durante las pruebas operativas ; 3) Pérdida de estética después de retocar. | 1) Defectos con las uniones de las cintas de mica, Riesgos de desapego que afectan la resistencia al fuego. | / |
| Costo del ciclo de vida | Alumno (Costos materiales, Instalación y mantenimiento importantes) | PROMEDIO (Materiales moderados y costos de instalación, Pero mantenimiento de esperarse) | Débil (Costo de material razonable, instalación fácil, confiabilidad a largo plazo) |
Técnicas de actuaciones
| Criterios | Cable de silicona ceramable | Cable de cinta de mica | Cable de aislamiento mineral (MI) |
|---|---|---|---|
| Tiempo de resistencia al fuego (950 ° C) | ≥180 minutos | ≤90 minutos (Carbonización y gota de mica) | ≥240 minutos (Pero posible deformación) |
| Densidad de humo (%) | ≤15 | ≥50 | 0 (Pero muy alto costo de la vaina de cobre) |
| Costo de instalación | Débil (gran flexibilidad, pose fácil) | PROMEDIO (Necesidad de devanado reforzado) | Alumno (Necesidad de conectores especiales) |
| Vida | 30 ans (Excelente resistencia al envejecimiento) | 15 tiene 20 ans (deterioro progresivo de mica) | 50 ans (Pero altos costos de mantenimiento) |
En general, El cable de silicona ceramable representa una solución confiable resistente al fuego, económico y sostenible para proyectos que requieren alta seguridad contra incendios.
Gracias a su facilidad de instalación, su excelente rendimiento de aislamiento en caso de incendio y su bajo costo del ciclo de vida, Es una alternativa innovadora a los cables tradicionales..
Características de silicona cerámica
Como un nuevo tipo de material de cable resistente al fuego, Las características únicas de la silicona cerámica son la piedra angular de su excelente actuación..
Formación de un cuerpo de cerámica que soporta autoinsumo en una llama
Los materiales de caucho convencionales que contienen cargas inorgánicas se degradan o queman cuando se exponen a llamas, Productos de degradación o combustión volatilizantes, Dejando residuos inorgánicos o cenizas de baja resistencia. Estos residuos generalmente no son cohesivos ni que sean autoevaltados e incluso pueden entrar en partículas o polvo, Dafer de la eficiencia de fuego de fuego.
Sin embargo, Cuando un caucho ceramisable especialmente formulado está expuesto a una llama, se puede ceramizar a temperaturas que van desde 350 tiene 800 ° C o incluso más, Dependiendo del tipo de caucho y la formulación utilizada, Single en un cuerpo cerámico poroso que soporta auto. A temperaturas entre 650 y 1000 ° C, La silicona cerámica puede mantener su integridad estructural durante un tiempo (0,5 tiene 2 o más horas), Jugar así una función efectiva de "protección de fuego pasivo" y ahorrar un tiempo precioso para la seguridad de los incendios. Este proceso de cerámica es la diferencia más fundamental entre la silicona cerámica y los materiales de caucho tradicionales..
Buena resistencia y excelente resistencia al choque térmico
El cuerpo de silicona frita en Ceradius tiene una gran dureza y produce un sonido similar al de la cerámica cuando se golpea, indicando que tiene buena resistencia mecánica. Buena resistencia a la flexión y la compresión. La resistencia a la flexión de las muestras de silicona ceramizada es mucho mayor que la de la silicona convencional y aumenta considerablemente con el aumento de la temperatura.
¿Qué es más?, La silicona ceramisable tiene una excelente resistencia al choque térmico. En una simulación del proceso de extinción de fuego, Cuando se ha rociado agua en la muestra de alta temperatura, El cuerpo de silicio cerámico frito no se ha roto, lo que indica que puede mantener su integridad estructural en rápidos cambios de temperatura. Esta resistencia a los choques térmicos es esencial para la confiabilidad del cable en caso de incendio, Porque las escenas de fuego a menudo van acompañadas de rociado de agua de extinción.
Halógeno, humo bajo, baja toxicidad, autoextinguible, respetuoso con el medio ambiente
A diferencia de los materiales de cable tradicionales que contienen retrasos de llama halogenados, La silicona cerámica puede obtener un efecto de inodoro autoagustable sin agregar aditivos halogenados. Responde a la clasificación de inflamabilidad UL94V-0 y tiene un índice de oxígeno hasta 38. Después de unos minutos de contacto con la fuente de incendios, Las emisiones de humo se detendrán casi por completo y no se generará una gran cantidad de humo durante el proceso de combustión posterior.
¿Qué es más?, La silicona cerámica es un material ecológico que produce principalmente sustancias no tóxicas como el dióxido de carbono, agua y sílice cuando se quema, reduciendo considerablemente el riesgo de envenenamiento en caso de incendio. Esto lo convierte en una opción ideal para aplicaciones con altos requisitos ambientales..
Buen rendimiento eléctrico
Silicona ceramisable optimizada con excelentes propiedades eléctricas : Antes de sinterizar, Su resistividad de volumen generalmente no es inferior a 10¹⁵ Ω · cm, Garantizar un buen rendimiento de aislamiento de cable en condiciones de trabajo normales. Incluso si la resistividad disminuye con el aumento de la temperatura de sinterización, Su resistividad de volumen siempre se puede mantener por encima de 10⁷ Ω · cm después de la combustión en 1000 ° C durante 30 minutos, garantizar así la capacidad del cable para continuar proporcionando energía o para transmitir señales durante un incendio. La resistividad del volumen de la silicona tradicional antes y después de la sinterización no es inferior a 10¹⁵ y 10⁷Ω · cm respectivamente.
Fácil de tratar
El proceso de preparación y producción del material de silicona cerámica es similar al de la silicona tradicional y puede tratarse utilizando equipos de tratamiento de caucho estándar. (extrusores, vulcanizadores, máquinas de moldeo por inyección, etc.). Esto elimina la necesidad de que los fabricantes de cables realicen actualizaciones o cambios en equipos a gran escala, Simplificando así el proceso de producción de cables resistentes al fuego y reduciendo los costos de producción.
Aplicación de cable de silicona cerámica resistente al fuego
La principal aplicación de silicona ceramisable es que Cables promedio y de bajo voltaje resistente a fuego, que se utilizan para garantizar la circulación segura de la corriente en caso de incendio y garantizar la operación continua de equipos críticos. La industria del cable ha mostrado un gran interés en el desarrollo y la aplicación de este nuevo tipo de material aislante resistente a los incendios y estima que ofrece grandes perspectivas de aplicaciones.
Los compuestos de silicona ceramables se pueden producir en el mismo equipo que las siliconas convencionales, sin requerir máquinas adicionales. El material tiene excelentes propiedades de extrusión y moldeo y puede usarse para hacer cables utilizando equipos de extrusión y vulcanización convencionales, lo que reduce considerablemente los costos de producción y mejora la eficiencia de la producción.
¿Qué es más?, La silicona ceramisable siempre puede mantener su elasticidad original a temperatura ambiente y no se volverá frágil o no despegará como la cinta de mica cuando se cocina, Y puede soportar pruebas de rociado y vibración, Asegurar que el cable pueda mantener un buen rendimiento en varios entornos difíciles. Dado que muchos incendios graves en edificios civiles en los últimos años se han vinculado a los cables, Hay una gran demanda de cables en edificios civiles resistentes al fuego.. Esperamos que los cables de silicona de cerámica de voltaje medio y bajo experimenten un desarrollo significativo en el futuro y se conviertan en un elemento importante del mercado de cable resistente al fuego..
Resumen y perspectivas
Los cables de silicona cerámica se convierten en una nueva opción en la industria de los cables debido a su excelente resistencia al fuego, sus características de protección del medio ambiente y su fácil tratamiento. Con el avance continuo de la tecnología y la expansión continua de las áreas de aplicación, Los cables de silicona cerámica seguramente desempeñarán un papel más importante en las áreas futuras de transmisión de energía y seguridad, y ayudará a construir una empresa más segura y confiable.