Das Versagen einer Schaltung ist eine der Hauptursachen des Feuers. Nach Statistiken, mehr als 35 % der Brandunfälle weltweit werden jedes Jahr durch Kabelprobleme verursacht. Diese Ausfälle sind häufig auf die Verwendung nicht flammhemmender Kabel zurückzuführen, von beschädigten Kabelleitern, schlechte Kabelverbindungen und veraltete Kabelisolierung. Daher ist die Feuerbeständigkeit bei der Auswahl der Kabelmaterialien von entscheidender Bedeutung.
Momentan, Die am häufigsten auf dem Markt erhältlichen feuerbeständig isolierten Kabel sind hauptsächlich mineralisolierte Kabel (MI-Kabel, Magnesiumoxid-Isolierung) und feuerbeständige Kabel, die mit Glimmerband umwickelt sind. Beide Kabel verfügen über eine gute Hochtemperaturbeständigkeit und Flammschutzeigenschaften, Sie weisen jedoch auch gewisse Einschränkungen in der praktischen Anwendung auf.
Fehler
Obwohl mineralisolierte Kabel (MI-Kabel) hervorragende Leistung präsentieren, Aufgrund des komplexen Installationsprozesses sind sie schwierig zu installieren, hohe Anforderungen an die Fachkompetenz der Bauarbeiter und hohe Rohstoffkosten, was es schwierig macht, sie in großem Maßstab zu fördern und anzuwenden. Was ist mehr, MI-Kabel weisen eine schlechte Biegeleistung auf, was die Komplexität und die Kosten der Installation erhöht.
Auf der anderen Seite, Mit Glimmerband umwickelte feuerfeste Kabel erfordern während des Produktionsprozesses eine mehrschichtige Wicklung. Aufgrund von Einschränkungen im Herstellungsprozess, Glimmerstreifen sind anfällig für Defekte an den Verbindungsstellen, und Glimmer verkohlt leicht, wird bei hohen Temperaturen spröde oder löst sich sogar ab, Dadurch wird die Gesamtfeuerbeständigkeit beeinträchtigt. Gleichzeitig, Die Feuerbeständigkeit von mit Glimmerband umwickelten Kabeln hängt maßgeblich von der Dichtheit und Gleichmäßigkeit der Verpackung ab, was die Qualitätskontrolle erschwert.
Mit der weiteren Vertiefung der Forschung zu feuerbeständige isolierte Kabel, Es ist ein leistungsstarker, hochtemperaturbeständiger Elastomerwerkstoff entstanden : Keramiksilikon. Es stellt eine wichtige Materialinnovation im Bereich feuerbeständiger Kabel dar und bietet eine neue Lösung zur Verbesserung der Feuerbeständigkeit von Kabeln.
Die Geburt des Keramik-Silikonkabels : eine materielle Revolution
Herkömmliche Gummikabel sind auf den Zusatz von Halogen-Flammschutzmitteln angewiesen, aber Chlorwasserstoff (HCl) und Dioxin, die bei der Verbrennung freigesetzt werden, sind äußerst giftig. Das Aufkommen von Silikonkautschuk änderte diese Situation. Aber keramisches Silikon hat nicht nur die Flexibilität und Elastizität von Silikon, aber was noch wichtiger ist, bei hohen Temperaturen über 500°C und Flammenerosion, Es wird eine keramische Umwandlung durchlaufen, um eine harte, keramikähnliche Substanz zu bilden, die Brandausbreitung wirksam verhindern. Noch wichtiger ist, desto länger ist die Einwirkzeit und die Flammentemperatur, desto fester wird die durch das keramisierte Silikon gebildete Keramikschicht, mit Hitzebeständigkeit bis 1200-1500°C, Dadurch wird der Fahrer besser vor Schäden geschützt.
Evolution der Materialien : Synergie zwischen Silikonkautschuk und keramischen Füllstoffen
Silikonkautschukmatrix : Die Hauptkette ist eine Si-O-Bindung (Bindungsenergie 452 kJ/mol, viel höher als 346 kJ/mol der C-C-Bindung), was ihm Beständigkeit gegen hohe Temperaturen verleiht (-60~250℃) und Alterungsbeständigkeit.
Keramischer Füllstoff : Nanoskaliges Glaskeramikpulver hinzufügen (wie das Al₂O₃-SiO₂-System), das bei hohen Temperaturen mit dem Porzellan verschmilzt und eine „zweite Schutzschicht“ bildet.
Definition und wesentlicher Unterschied : vom passiven Brandschutz bis zum aktiven Porzellan
Silikonkeramikkabel sind feuerbeständige Kabel mit Silikonkautschuk als Matrix und zusammengesetztem Keramikfüllstoff, welches in einem Keramikkörper in Flammen gesintert wird. Der wesentliche Unterschied zu herkömmlichen Kabeln besteht darin :
Passiver Brandschutz → Aktive Porzellanisierung : Herkömmliche Kabel basieren auf der flammhemmenden Außenmantelschicht (wie Glimmerband), während keramische Silikonkabel dank der materialeigenen Reaktion eine strukturelle Verstärkung erhalten.
Der Umweltschutz wurde verbessert : von Produkten, die Halogene enthalten und eine hohe Rauchtoxizität aufweisen, bis hin zu halogenfreien Produkten mit geringer Toxizität, EU-RoHS-konform.
Aufbau des Keramiksilikonkabels
Hier ist ein üblicher Schichtaufbau von Keramik-Silikonkabeln (kann in verschiedenen Szenarien angepasst werden) :
Treiber
Der Leiter besteht normalerweise aus verzinntem Kupferdraht oder sauerstofffreier Kupferleiter, und die verdrehte Struktur ist 1+6+12 (Stromleitungskern) oder 1+6 (Erdungsleitungskern) zur Verbesserung der Flexibilität und Leitfähigkeit. In einigen Designs, Der Leiter besteht aus einer Aluminiumlegierung, sowohl leicht als auch korrosionsbeständig.
Isolierschicht
Innendämmung : Der Leiter ist direkt mit vernetztem Polyethylen ummantelt (Xlpe) oder Glimmerband zur grundlegenden elektrischen Isolierung und zum mechanischen Schutz.
Keramische Silikonschicht : als zentrale Flammschutzschicht, keramisches Silikonkautschukmaterial (wie zum Beispiel eine Methylvinylsilikonkautschukmischung) wird im Allgemeinen verwendet. Es ist bei Raumtemperatur flexibel und bei hoher Temperatur gesintert (600-1300℃) um eine Keramikschale zu bilden, um den Brandherd zu isolieren und die Isolierung aufrechtzuerhalten. In einigen Designs, Die Oberfläche dieser Schicht ist gezahnt, um die Haftung mit benachbarten Schichten zu verbessern.
Abschirmschicht
Eine Schicht aus Metallabschirmung (wie Kupferband oder geflochtene Schicht) ist außerhalb des Kerns der Stromleitung und des Kerns der Erdleitung angeordnet, das sowohl elektromagnetische Abschirm- als auch Erdungsfunktionen hat. Leitfähiger keramischer Silikonkautschuk wird in einigen Strukturen als Abschirmschicht verwendet und enthält einen reaktiven Klebrigmacher, um die Haftung an der Isolierschicht zu verbessern.
Füll- und Isolierstruktur
Füllmaterial : Der Raum zwischen den Kabeladern ist mit alkalifreien Glasfasern gefüllt, feuerhemmende Füllstoffe oder feuerfester Schlamm zur Verbesserung der strukturellen Stabilität und des Feuerwiderstands.
Positionierungsrahmen : Zwischen mehreren Leitergruppen wird ein Positionierrahmen mit Bogennuten platziert, und die Position wird durch prismatische Verbindungslöcher fixiert, um eine Kernverschiebung zu vermeiden.
Mantelschicht
Innenmantel : Die extrudierte Innenhülle aus keramischem Silikon, kombiniert mit gewickeltem halogenfreiem Band und keramischem Silikonkautschukband (abwechselnde Links-/Rechtswicklung, Überlappungsrate > 15 %), bildet eine zusammengesetzte Brandschutzbarriere.
Außenscheide : Ein Material zu Niedriger Rauch und halogenfreier Emission (LSZH) oder eine hochtemperaturbeständige thermoplastische Hülle (wie vernetztes Polyolefin) verwendet wird, unter Berücksichtigung der Verschleißfestigkeitsanforderungen, Korrosionsbeständigkeit und Umweltschutz.
Technologie die Basis : Hochtemperatur-Keramisierungsmechanismus
Als Kabelisolationsschicht kann keramisches Silikon verwendet werden. Es kann im Brandfall eine harte Schutzschicht bilden und den Fahrer wirksam schützen. Dies ist eine wichtige Forschungs- und Anwendungsrichtung in der feuerfesten Kabelindustrie. Das Herzstück liegt im Hochtemperatur-Keramisierungsmechanismus.
Ablation auf Porzellan : von der molekularen Struktur bis zu makroskopischen Eigenschaften
Unter der Wirkung der Flamme, Keramisiertes Silikon durchläuft folgende dynamische Prozesse :
Konditionierung bei Raumtemperatur : Silikonkautschuk hat eine Elastomerstruktur, Die Last wird gleichmäßig verteilt, Der Volumenwiderstand beträgt ≥10¹⁵Ω·cm und der Krümmungsradius beträgt ≤6D (Zum Beispiel, ein Kabel mit einem Durchmesser von 10 mm kann gebogen werden 60 mm).
Brennen bei 350~1000℃ :
Bühne 1 (350~600℃) : Silikonkautschuk zerfällt unter Bildung von SiO₂ und CO₂, und die Ladung beginnt zu schmelzen.
Bühne 2 (600-1000° C) : Die geschmolzene Charge bildet ein kontinuierliches Keramikskelett und das CO₂-Gas entweicht unter Bildung einer porösen Struktur (Porosität 3050%), was die Wärmedämmleistung erhöht 3 mal.
Materialwissenschaftliche Perspektive: der Triumph der Synergie
Dieses Keramikverfahren beruht auf der synergistischen Wirkung von Molekülketten aus Silikonkautschuk und keramischen Füllstoffen :
Molekulare Kette aus Silikonkautschuk : Bietet anfängliche Flexibilität und Isolierung.
Keramischer Füllstoff : Die glasartige Al₂O₃-SiO₂-Phase fließt bei hoher Temperatur, um die Poren zu füllen und die Dichte der Keramikschicht zu erhöhen.
Bildung von Gasporen : Das bei der Zersetzung entstehende CO₂ bildet eine geschlossenzellige Struktur mit einer Wärmeleitfähigkeit von nur 100 % 0,12 W/(m·K) (in der Nähe von Asbest), Die Wärmedämmleistung wird deutlich verbessert.
Wichtige Leistungsindikatoren :
Feuerwiderstandszeit : Lassen Sie das Gerät ≥ eingeschaltet 180 Minuten in einer Flamme 950 ° C (die höchste Stufe der IEC-Norm 60331).
Spritzwassergeschützt : BS-konform 6387 CWZ (Dreifacher Verbrennungstest + Vorsprung + Vibration).
Rauchdichte : Lichtdurchlässigkeit ≥ 80 % (herkömmliche PVC-Kabel haben nur 20 %).
Experimentelle Überprüfung :
Der Test wurde von der School of Materials Science and Engineering der Tsinghua-Universität durchgeführt : Das REM zeigt, dass die Dicke der Keramikschicht nach der Verbrennung gleichmäßig ist (1 hat 2 mm) und es gibt keine Risse.
Rapport TÜV Rheinland : nach Ablation bei 1200℃/3h, Das Kabel hält noch einer Spannungsprüfung von 1000 V stand.
Vergleich feuerbeständiger Kabel
Um die Vorteile des keramisierbaren Silikonkabels besser zu verstehen, Wir vergleichen es mit vorhandenen feuerfesten Kabeln, wie zum Beispiel mineralisolierte Kabel (MI) und feuerbeständiges Glimmerbandkabel :
| Kriterien | Mineralisoliertes Kabel (MI) | Feuerbeständiges Glimmerbandkabel | Keramisierbares Silikonkabel |
|---|---|---|---|
| Vorteile | 1) Hervorragende Überlastschutzfähigkeit ; 2) Hervorragende Korrosions- und Explosionsbeständigkeit. | 1) Hervorragende Hochtemperatur- und Feuerbeständigkeit ; 2) Gibt im Brandfall keine giftigen Dämpfe ab. | 1) Hohe mechanische Festigkeit und ausgezeichnete Beständigkeit gegen Temperaturschocks ; 2) Halogenfrei, niedriger Rauch, geringe Toxizität, selbstverlöschend und umweltfreundlich ; 3) Einfach zu bearbeiten und zu installieren. |
| Feuerleistung | Exzellent | Exzellent | Exzellent |
| Wärmedämmung | Unzureichend ; Isolierung kann mit der Luftfeuchtigkeit chemisch reagieren. | Unzureichend ; Herabfallendes Glimmerband verringert die Wirksamkeit der Isolierung. | Exzellent ; Bildet eine starre Keramikschicht, die die Isolierung intakt hält. |
| Installationswiderstand | Hoch | Hoch | Schwach |
| Häufige Installationsprobleme | 1) Isolationswiderstand manchmal nicht konform ; 2) Mögliche Kurzschlüsse bei Funktionstests ; 3) Verlust der Ästhetik nach der Retusche. | 1) Defekte an den Verbindungsstellen der Glimmerbänder, Gefahr einer Ablösung, die den Feuerwiderstand beeinträchtigt. | / |
| Lebenszykluskosten | Schüler (Materialkosten, Wichtige Installation und Wartung) | DURCHSCHNITT (moderater Material- und Montageaufwand, aber es ist mit Wartung zu rechnen) | Schwach (angemessener Materialaufwand, Installation einfach, hohe Langzeitzuverlässigkeit) |
Performances Techniken
| Kriterien | Keramisierbares Silikonkabel | Glimmerbandkabel | Mineralisoliertes Kabel (MI) |
|---|---|---|---|
| Feuerwiderstandszeit (950 ° C) | ≥180 Minuten | ≤90 Minuten (Karbonisierung und Abfall von Glimmer) | ≥240 Minuten (aber mögliche Verformung) |
| Rauchdichte (%) | ≤15 | ≥50 | 0 (aber sehr hohe Kosten für den Kupfermantel) |
| Installationskosten | Schwach (große Flexibilität, einfache Installation) | DURCHSCHNITT (Notwendigkeit einer verstärkten Wicklung) | Schüler (Bedarf an speziellen Steckverbindern) |
| Lebensdauer | 30 Ans (ausgezeichnete Alterungsbeständigkeit) | 15 hat 20 Ans (fortschreitende Verschlechterung des Glimmers) | 50 Ans (aber hohe Wartungskosten) |
Gesamt, Keramisierbares Silikonkabel stellt eine zuverlässige feuerbeständige Lösung dar, wirtschaftlich und langlebig für Projekte, die einen hohen Brandschutz erfordern.
Dank der einfachen Installation, seine hervorragende Isolierleistung im Brandfall und seine geringen Lebenszykluskosten, Es stellt eine innovative Alternative zu herkömmlichen Kabeln dar.
Eigenschaften von keramischem Silikon
Als neuartiges feuerbeständiges Kabelmaterial, Die einzigartigen Eigenschaften von Keramiksilikon sind der Grundstein für seine hervorragende Leistung.
Bildung eines selbsttragenden Keramikkörpers in einer Flamme
Herkömmliche Gummimaterialien, die anorganische Füllstoffe enthalten, zersetzen sich oder verbrennen, wenn sie Flammen ausgesetzt werden, Zersetzungs- oder Verbrennungsprodukte verflüchtigen sich, Es bleiben anorganische Rückstände oder Asche geringer Festigkeit zurück. Diese Rückstände sind im Allgemeinen nicht kohäsiv oder selbsttragend und können sogar in Partikel oder Staub zerfallen, daher mangelt es an flammhemmender Wirksamkeit.
Jedoch, wenn ein speziell formulierter keramisierbarer Gummi einer Flamme ausgesetzt wird, es kann bei Temperaturen zwischen 350 hat 800 °C oder sogar mehr, Abhängig von der Art des Gummis und der verwendeten Formulierung, Sintern zu einem selbsttragenden porösen Keramikkörper. Bei Temperaturen zwischen 650 und 1000°C, Keramisches Silikon kann seine strukturelle Integrität über einen bestimmten Zeitraum hinweg beibehalten (0,5 hat 2 Stunden oder mehr), Damit übernimmt es eine wirksame Funktion des „passiven Brandschutzes“ und spart wertvolle Zeit für den Brandschutz. Dieser Keramikprozess ist der grundlegendste Unterschied zwischen keramischem Silikon und herkömmlichen Gummimaterialien.
Gute Festigkeit und ausgezeichnete Beständigkeit gegen Temperaturschocks
Der keramisierte Silikon-Sinterkörper weist eine hohe Härte auf und erzeugt beim Anschlagen einen keramikähnlichen Klang, Dies weist auf eine gute mechanische Beständigkeit hin. Gute Biege- und Druckfestigkeit. Die Biegefestigkeit keramisierter Silikonproben ist viel höher als die von herkömmlichem Silikon und steigt mit steigender Temperatur deutlich an.
Was ist mehr, Keramisierbares Silikon weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Temperaturschocks auf. In einer Simulation des Feuerlöschvorgangs, wenn Wasser bei hoher Temperatur auf die Probe gesprüht wurde, Der keramisierte Siliziumsinterkörper riss nicht, Dies weist darauf hin, dass es seine strukturelle Integrität auch bei schnellen Temperaturänderungen aufrechterhalten kann. Diese Temperaturwechselbeständigkeit ist für die Zuverlässigkeit des Kabels im Brandfall von entscheidender Bedeutung., Denn bei Bränden kommt es häufig zum Versprühen von Löschwasser.
Halogenfrei, geringer Rauch, geringe Toxizität, selbstverlöschend, umweltfreundlich
Im Gegensatz zu herkömmlichen Kabelmaterialien, die halogenierte Flammschutzmittel enthalten, Keramisches Silikon kann eine selbstverlöschende flammhemmende Wirkung erzielen, ohne dass halogenierte Zusatzstoffe hinzugefügt werden müssen. Es erfüllt die Brennbarkeitsklassifizierung UL94V-0 und hat einen Sauerstoffindex von bis zu 38. Nach einigen Minuten Kontakt mit dem Brandherd, Die Rauchentwicklung wird nahezu vollständig eingestellt und beim anschließenden Verbrennungsprozess entstehen keine größeren Rauchmengen.
Was ist mehr, Keramiksilikon ist ein umweltfreundliches Material, das hauptsächlich ungiftige Stoffe wie Kohlendioxid produziert, Beim Verbrennen entstehen Wasser und Kieselsäure, Die Vergiftungsgefahr im Brandfall wird deutlich reduziert. Dies macht es zur idealen Wahl für Anwendungen mit hohen Umweltanforderungen.
Gute elektrische Leistung
Keramisierbares Silikon mit optimierter Formel weist hervorragende elektrische Eigenschaften auf : vor dem Sintern, sein spezifischer Volumenwiderstand beträgt im Allgemeinen nicht weniger als 10¹⁵ Ω·cm, Gewährleistung einer guten Kabelisolationsleistung unter normalen Arbeitsbedingungen. Auch wenn der spezifische Widerstand mit steigender Sintertemperatur abnimmt, sein spezifischer Volumenwiderstand kann nach der Verbrennung bei immer noch über 10⁷ Ω·cm gehalten werden 1000 °C für 30 Minuten, Dadurch wird sichergestellt, dass das Kabel im Brandfall weiterhin Strom liefern oder Signale übertragen kann. Der Volumenwiderstand von herkömmlichem Silikon beträgt vor und nach dem Sintern nicht weniger als 10¹⁵ bzw. 10⁷Ω·cm.
Leicht zu verarbeiten
Der Vorbereitungs- und Produktionsprozess von keramischem Silikonmaterial ähnelt dem von herkömmlichem Silikon und kann mit Standardgeräten zur Gummiverarbeitung verarbeitet werden (Extruder, Vulkanisatoren, Spritzgießmaschinen, usw.). Dadurch entfällt für Kabelhersteller die Notwendigkeit, umfangreiche Geräteaufrüstungen oder -modifikationen durchzuführen, Dadurch wird der Produktionsprozess feuerbeständiger Kabel vereinfacht und die Produktionskosten gesenkt.
Anwendung eines feuerbeständigen Keramiksilikonkabels
Die Hauptanwendung von keramisierbarem Silikon ist das Mittel- und Niederspannungskabel feuerbeständig, Sie dienen dazu, im Brandfall den sicheren Stromfluss zu gewährleisten und den Weiterbetrieb kritischer Geräte sicherzustellen. Die Kabelindustrie hat großes Interesse an der Entwicklung und Anwendung dieses neuartigen feuerfesten Isoliermaterials gezeigt und geht davon aus, dass es breite Anwendungsaussichten hat..
Keramisierbare Silikonmassen können auf den gleichen Anlagen hergestellt werden wie herkömmliche Silikone, ohne dass zusätzliche Maschinen erforderlich sind. Das Material weist hervorragende Extrusions- und Formeigenschaften auf und kann zur Herstellung von Kabeln mit herkömmlichen Silikon-Extrusions- und Vulkanisationsgeräten verwendet werden, Dies senkt die Produktionskosten erheblich und verbessert die Produktionseffizienz.
Was ist mehr, Keramisierbares Silikon kann bei Raumtemperatur seine ursprüngliche Elastizität beibehalten und wird beim Backen nicht spröde oder löst sich wie Glimmerband ab, und es hält Spritz- und Vibrationstests stand, Gewährleistet, dass das Kabel in verschiedenen rauen Umgebungen eine gute Leistung aufrechterhalten kann. Denn viele schwere Brände in zivilen Gebäuden wurden in den letzten Jahren mit Kabeln in Verbindung gebracht, Es besteht ein hoher Bedarf an Kabeln in feuerbeständigen Zivilgebäuden. Es wird erwartet, dass Mittel- und Niederspannungs-Keramiksilikonkabel in Zukunft eine bedeutende Entwicklung erleben und ein wichtiger Teil des Marktes für feuerbeständige Kabel werden.
Zusammenfassung und Ausblick
Keramische Silikonkabel werden aufgrund ihrer hervorragenden Feuerbeständigkeit zu einer neuen Wahl in der Kabelindustrie, ihre Umweltschutzeigenschaften und einfache Verarbeitung. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie und der kontinuierlichen Erweiterung der Anwendungsbereiche, Silikon-Keramik-Kabel werden in den Zukunftsfeldern Energieübertragung und Sicherheit sicherlich eine wichtigere Rolle spielen, und wird zum Aufbau einer sichereren und zuverlässigeren Gesellschaft beitragen.