Het uitvallen van circuits is een van de belangrijkste oorzaken van brand. Volgens statistieken, meer dan 35 % van de brandongevallen wereldwijd wordt elk jaar veroorzaakt door kabelproblemen. Deze storingen zijn vaak het gevolg van het gebruik van niet-vlamvertragende kabels, van beschadigde kabelgeleiders, slechte kabelverbindingen en verouderde kabelisolatie. Brandwerendheid is daarom cruciaal bij de keuze van kabelmaterialen.
Momenteel, De meest voorkomende brandwerende geïsoleerde kabels op de markt zijn voornamelijk mineraal geïsoleerde kabels (MI-kabels, magnesiumoxide isolatie) en brandwerende kabels omwikkeld met micatape. Beide kabels hebben een goede weerstand tegen hoge temperaturen en vlamvertragende eigenschappen, maar ze hebben ook bepaalde beperkingen in praktische toepassingen.
Storingen
Hoewel mineraal geïsoleerde kabels (MI-kabels) uitstekende prestaties presenteren, ze zijn moeilijk te installeren vanwege het complexe installatieproces, hoge eisen aan de professionele vaardigheden van bouwvakkers en hoge grondstofkosten, waardoor ze moeilijk op grote schaal te promoten en toe te passen zijn. Wat meer is, MI-kabels hebben slechte buigprestaties, waardoor de complexiteit en de kosten van de installatie toenemen.
Anderzijds, brandwerende kabels omwikkeld met micatape vereisen tijdens het productieproces meerdere wikkellagen. Vanwege beperkingen in het productieproces, micastrips zijn gevoelig voor defecten aan gewrichten, en mica carboniseert gemakkelijk, wordt broos of laat zelfs los bij hoge temperaturen, waardoor de algehele brandwerendheidseigenschappen ervan worden beïnvloed. Tegelijkertijd, De brandwerendheid van kabels omwikkeld met micatape hangt grotendeels af van de dichtheid en uniformiteit van de verpakking, wat de kwaliteitscontrole moeilijker maakt.
Met de voortdurende verdieping van het onderzoek naar brandwerend geïsoleerde kabels, er is een hoogwaardig, hittebestendig elastomeermateriaal ontstaan : keramische siliconen. Het vertegenwoordigt een belangrijke materiaalinnovatie op het gebied van brandwerende kabels en biedt een nieuwe oplossing om de brandwerendheid van kabels te verbeteren.
De geboorte van de siliconen-keramische kabel : een materiële revolutie
Traditionele rubberen kabels zijn afhankelijk van de toevoeging van halogeenvlamvertragers, maar waterstofchloride (HCl) en dioxine die vrijkomt bij de verbranding zijn uiterst giftig. Het uiterlijk van siliconenrubber veranderde deze situatie. Maar keramische siliconen hebben niet alleen de flexibiliteit en elasticiteit van siliconen, maar belangrijker nog, bij blootstelling aan hoge temperaturen boven 500°C en vlamerosie, het zal een keramische transformatie ondergaan om een harde, keramiekachtige substantie te vormen, effectief voorkomen van de verspreiding van brand. Nog belangrijker, hoe langer de belichtingstijd en de vlamtemperatuur, hoe steviger de keramische laag gevormd door de gekeramiseerde siliconen wordt, met hittebestendigheid tot 1200-1500°C, waardoor de bestuurder beter wordt beschermd tegen schade.
Evolutie van materialen : synergie tussen siliconenrubber en keramische vulstoffen
Siliconenrubbermatrix : De hoofdketen is een Si-O-binding (bindende energie 452 kJ/mol, veel hoger dan 346 kJ/mol C-C-binding), waardoor het bestand is tegen hoge temperaturen (-60~250℃) en weerstand tegen veroudering.
Keramische vuller : Voeg glaskeramiekpoeder op nanoschaal toe (zoals het Al₂O₃-SiO₂-systeem), dat bij hoge temperaturen in het porselein smelt en een “tweede beschermingslaag” vormt.
Definitie en essentieel verschil : van passieve brandbeveiliging tot actief porselein
Siliconen-keramische kabel is een brandwerende kabel met siliconenrubber als matrix en composiet keramische vulstof, dat in vlammen in een keramisch lichaam wordt gesinterd. Het essentiële verschil met traditionele kabels is :
Passieve brandbeveiliging → Actieve porseleinisering : Traditionele kabels zijn afhankelijk van de vlamvertragende buitenmantellaag (zoals micalint), terwijl keramische siliconenkabels structurele versterking verkrijgen dankzij de eigen reactie van het materiaal.
De milieubescherming is verbeterd : van producten die halogenen bevatten en een hoge rooktoxiciteit hebben tot halogeenvrije producten met een lage toxiciteit, Conform EU RoHS.
Structuur van de keramische siliconenkabel
Hier is een veel voorkomende gelaagde structuur van keramische siliconenkabels (kan in verschillende scenario's worden aangepast) :
Bestuurder
De geleider is meestal gemaakt van vertind koperdraad of zuurstofvrije koperen geleider, en de gedraaide structuur is 1+6+12 (kern van de stroomlijn) of 1+6 (aardleiding kern) om de flexibiliteit en geleidbaarheid te verbeteren. In sommige ontwerpen, de geleider is gemaakt van een aluminiumlegering, zowel lichtgewicht als corrosiebestendig.
Isolerende laag
Isolatie binnen : De geleider is direct bedekt met vernet polyethyleen (XLPE) of micatape voor elektrische basisisolatie en mechanische bescherming.
Keramische siliconenlaag : als centrale vlamvertragende laag, keramisch siliconenrubber materiaal (zoals een methylvinylsiliconenrubberverbinding) wordt over het algemeen gebruikt. Het is flexibel bij kamertemperatuur en gesinterd bij hoge temperatuur (600-1300℃) om een keramische schaal te vormen om de brandbron te isoleren en de isolatie te behouden. In sommige ontwerpen, het oppervlak van deze laag is gekarteld om de hechting met aangrenzende lagen te verbeteren.
Afschermende laag
Een laag metalen afscherming (zoals kopertape of gevlochten laag) is buiten de kern van de stroomleiding en de kern van de aardleiding aangebracht, die zowel elektromagnetische afschermings- als aardingsfuncties heeft. Geleidend keramisch siliconenrubber wordt in sommige structuren gebruikt als afschermingslaag en bevat een reactieve kleefkrachtverhoger om de hechting aan de isolatielaag te verbeteren.
Vulling- en isolatiestructuur
Vulmateriaal : De ruimte tussen de kabelkernen is gevuld met alkalivrije glasvezels, brandvertragende vulstoffen of vuurvaste modder om de structurele stabiliteit en brandwerendheid te verbeteren.
Positioneringsframe : Tussen meerdere groepen geleiders wordt een positioneringsframe met booggroeven geplaatst, en de positie wordt gefixeerd door prismatische verbindingsgaten om kernverplaatsing te voorkomen.
Schede laag
Binnenste schede : De geëxtrudeerde keramische siliconen binnenmantel, gecombineerd met opgerolde halogeenvrije tape en keramische siliconenrubbertape (afwisselend links/rechts wikkelen, overlappercentage > 15 %), vormt een samengestelde brandwering.
Buitenmantel : Een materiaal om rookarm en halogeenvrij (LSZH) of een thermoplastische omhulling die bestand is tegen hoge temperaturen (zoals verknoopt polyolefine) wordt gebruikt, rekening houdend met de eisen op het gebied van slijtvastheid, corrosieweerstand en milieubescherming.
Technologie de base : keramisatiemechanisme op hoge temperatuur
Keramische siliconen kunnen worden gebruikt als kabelisolatielaag. Het kan bij brand een harde beschermlaag vormen en de bestuurder effectief beschermen. Dit is een belangrijke onderzoeks- en toepassingsrichting in de brandwerende kabelindustrie. Het hart ligt in het keramiseringsmechanisme op hoge temperatuur.
Ablatie op porselein : van moleculaire structuur tot macroscopische eigenschappen
Onder invloed van de vlam, Gekeramiseerde siliconen ondergaan de volgende dynamische processen :
Conditie bij kamertemperatuur : Siliconenrubber heeft een elastomere structuur, de belasting wordt gelijkmatig verdeeld, de volumeweerstand is ≥10¹⁵Ω·cm en de kromtestraal is ≤6D (Bijvoorbeeld, een kabel met een diameter van 10 mm kan worden gebogen 60 mm).
Branden op 350 ~ 1000 ℃ :
Fase 1 (350~600℃) : Siliconenrubber breekt af en produceert SiO₂ en CO₂, en de lading begint te smelten.
Fase 2 (600-1000° C) : De gesmolten lading vormt een continu keramisch skelet en het CO₂-gas ontsnapt en vormt een poreuze structuur (porositeit 3050%), wat de thermische isolatieprestaties van verhoogt 3 keer.
Materiaalwetenschappelijk perspectief: de triomf van synergie
Dit keramische proces is gebaseerd op het synergetische effect van moleculaire ketens van siliconenrubber en keramische vulstoffen :
Moleculaire keten van siliconenrubber : biedt initiële flexibiliteit en isolatie.
Keramische vuller : de glasachtige Al₂O₃-SiO₂-fase stroomt bij hoge temperatuur om de poriën te vullen en de dichtheid van de keramische laag te vergroten.
Vorming van gasporiën : Het door de ontleding geproduceerde CO₂ vormt een gesloten celstructuur met een thermische geleidbaarheid van slechts 0,12 met(m·K) (dichtbij asbest), waardoor de thermische isolatieprestaties aanzienlijk worden verbeterd.
Belangrijke prestatie-indicatoren :
Brandwerendheid tijd : Houd de stroom ingeschakeld gedurende ≥ 180 minuten in vlam 950 ° C (het hoogste niveau van de IEC-standaard 60331).
Spatbestendigheid : BS-compatibel 6387 CWZ (drievoudige verbrandingstest + projectie + trillingen).
Rookdichtheid : lichttransmissie ≥ 80 % (traditionele PVC-kabel heeft dat alleen 20 %).
Experimentele verificatie :
Test uitgevoerd door de School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University : uit de SEM blijkt dat de dikte van de keramische laag na verbranding uniform is (1 heeft 2 mm) en er zitten geen scheuren in.
Rapport TÜV Rheinland : na ablatie bij 1200℃/3h, de kabel is nog steeds bestand tegen een spanningstest van 1000 V.
Vergelijking van brandwerende kabels
Om de voordelen van de keramiseerbare siliconenkabel beter te begrijpen, we vergelijken het met bestaande brandwerende kabels, zoals mineraal geïsoleerde kabel (MI) en mica lint brandwerende kabel :
| Criteria | Mineraal geïsoleerde kabel (MI) | Mica Ribbon brandwerende kabel | Ceramiseerbare siliconenkabel |
|---|---|---|---|
| Voordelen | 1) Uitstekende bescherming tegen overbelasting ; 2) Uitstekende corrosie- en explosiebestendigheid. | 1) Uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen en brand ; 2) Geeft bij brand geen giftige dampen af. | 1) Hoge mechanische sterkte en uitstekende weerstand tegen thermische schokken ; 2) Halogeenvrij, lage rookuitstoot, lage toxiciteit, zelfdovend en milieuvriendelijk ; 3) Eenvoudig te bewerken en te installeren. |
| Brandprestaties | Uitstekend | Uitstekend | Uitstekend |
| Thermische isolatie | Onvoldoende ; isolatie kan chemisch reageren met de luchtvochtigheid. | Onvoldoende ; vallende micatape vermindert de effectiviteit van de isolatie. | Uitstekend ; vormt een stijve keramische laag die de isolatie intact houdt. |
| Installatie weerstand | Hoog | Hoog | Zwak |
| Veel voorkomende installatieproblemen | 1) Isolatieweerstand is soms niet conform ; 2) Mogelijke kortsluiting tijdens functionele tests ; 3) Verlies van esthetiek na retoucheren. | 1) Defecten op de kruispunten van micalinten, risico van onthechting die de brandwerendheid aantast. | / |
| Levenscycluskosten | Leerling (materiële kosten, belangrijke installatie en onderhoud) | GEMIDDELD (gematigde materiaal- en installatiekosten, maar onderhoud is te verwachten) | Zwak (redelijke materiaalkosten, installatie gemakkelijk, hoge betrouwbaarheid op lange termijn) |
Uitvoeringstechnieken
| Criteria | Ceramiseerbare siliconenkabel | Mica lintkabel | Mineraal geïsoleerde kabel (MI) |
|---|---|---|---|
| Brandwerendheid tijd (950 °C) | ≥180 minuten | ≤90 minuten (carbonisatie en val van mica) | ≥240 minuten (maar mogelijke vervorming) |
| Rookdichtheid (%) | ≤15 | ≥50 | 0 (maar zeer hoge kosten van de koperen omhulsel) |
| Installatiekosten | Zwak (grote flexibiliteit, eenvoudige installatie) | GEMIDDELD (behoefte aan versterkte wikkeling) | Leerling (speciale connectoren nodig) |
| Levensduur | 30 ans (uitstekende weerstand tegen veroudering) | 15 heeft 20 ans (progressieve verslechtering van mica) | 50 ans (maar hoge onderhoudskosten) |
Algemeen, Ceramiseerbare siliconenkabel is een betrouwbare brandwerende oplossing, economisch en duurzaam voor projecten die een hoge brandveiligheid vereisen.
Dankzij het installatiegemak, de uitstekende isolatieprestaties bij brand en de lage levenscycluskosten, het vormt een innovatief alternatief voor traditionele kabels.
Kenmerken van keramische siliconen
Als nieuw type brandwerend kabelmateriaal, de unieke eigenschappen van keramische siliconen vormen de hoeksteen van de uitstekende prestaties.
Vorming van een zelfdragend keramisch lichaam in een vlam
Conventionele rubbermaterialen die anorganische vulstoffen bevatten, worden afgebroken of verbranden bij blootstelling aan vlammen, afbraak- of verbrandingsproducten die vervluchtigen, waarbij anorganische resten of as met een lage sterkte achterblijven. Deze resten zijn over het algemeen niet samenhangend of zelfdragend en kunnen zelfs uiteenvallen in deeltjes of stof, waardoor de vlamvertragende effectiviteit ontbreekt.
Echter, wanneer een speciaal geformuleerd keramisch rubber wordt blootgesteld aan een vlam, het kan keramiseren bij temperaturen variërend van 350 heeft 800 °C of zelfs meer, afhankelijk van het type rubber en de gebruikte formulering, sinteren tot een zelfdragend poreus keramisch lichaam. Bij temperaturen tussen 650 en 1000°C, keramische siliconen kunnen hun structurele integriteit gedurende een bepaalde periode behouden (0,5 heeft 2 uur of meer), waardoor een effectieve “passieve brandbeveiliging”-functie wordt gespeeld en kostbare tijd wordt bespaard voor brandveiligheid. Dit keramische proces is het meest fundamentele verschil tussen keramische siliconen en traditionele rubbermaterialen.
Goede sterkte en uitstekende weerstand tegen thermische schokken
Het keramische, gesinterde siliconenlichaam heeft een hoge hardheid en produceert bij aanraking een keramisch geluid, wat aangeeft dat het een goede mechanische weerstand heeft. Goede weerstand tegen buigen en compressie. De buigsterkte van gekeramiseerde siliconenmonsters is veel hoger dan die van conventionele siliconen en neemt aanzienlijk toe bij toenemende temperatuur.
Wat meer is, keramiseerbare siliconen zijn uitstekend bestand tegen thermische schokken. In een simulatie van het brandblusproces, wanneer water bij hoge temperatuur op het monster werd gesproeid, het gekeramiseerde, gesinterde siliciumlichaam barstte niet, wat aangeeft dat het zijn structurele integriteit kan behouden onder snelle temperatuurveranderingen. Deze weerstand tegen thermische schokken is essentieel voor de betrouwbaarheid van de kabel in geval van brand., omdat brandscènes vaak gepaard gaan met het spuiten van bluswater.
Halogeenvrij, lage rook, lage toxiciteit, automatisch dovend, milieuvriendelijk
In tegenstelling tot traditionele kabelmaterialen die gehalogeneerde vlamvertragers bevatten, keramische siliconen kunnen een zelfdovend vlamvertragend effect bereiken zonder gehalogeneerde additieven toe te voegen. Het voldoet aan de UL94V-brandbaarheidsclassificatie-0 en heeft een zuurstofindex van maximaal 38. Na een paar minuten contact met de brandbron, De rookuitstoot stopt vrijwel volledig en er ontstaan geen grote hoeveelheden rook tijdens het daaropvolgende verbrandingsproces.
Wat meer is, keramische siliconen is een milieuvriendelijk materiaal dat voornamelijk niet-giftige stoffen zoals kooldioxide produceert, water en silica bij verbranding, waardoor het risico op vergiftiging bij brand aanzienlijk wordt verminderd. Dit maakt het een ideale keuze voor toepassingen met hoge milieueisen.
Goede elektrische prestaties
Ceramiseerbare siliconen met geoptimaliseerde formule vertonen uitstekende elektrische eigenschappen : vóór het sinteren, de volumeweerstand bedraagt doorgaans niet minder dan 10¹⁵ Ω cm, garandeert goede kabelisolatieprestaties onder normale werkomstandigheden. Ook al neemt de soortelijke weerstand af bij toenemende sintertemperatuur, de volumeweerstand ervan kan na verbranding nog steeds boven 10⁷ Ω·cm worden gehouden 1000 °C voor 30 notulen, waardoor wordt verzekerd dat de kabel tijdens een brand stroom kan blijven leveren of signalen kan doorgeven. De volumeweerstand van traditionele siliconen voor en na het sinteren bedraagt respectievelijk niet minder dan 10¹⁵ en 10⁷Ω·cm.
Gemakkelijk te verwerken
Het bereidings- en productieproces van keramisch siliconenmateriaal is vergelijkbaar met dat van traditionele siliconen en kan worden verwerkt met standaard rubberverwerkingsapparatuur (extruders, vulcanisatoren, spuitgietmachines, enz.). Dit elimineert de noodzaak voor kabelfabrikanten om grootschalige apparatuurupgrades of -aanpassingen uit te voeren, waardoor het productieproces van brandwerende kabels wordt vereenvoudigd en de productiekosten worden verlaagd.
Toepassing van brandwerende keramische siliconenkabel
De belangrijkste toepassing van keramiseerbare siliconen is dat midden- en laagspanningskabels brandwerend, die worden gebruikt om de veilige stroomvoorziening te garanderen in geval van brand en om de voortdurende werking van kritieke apparatuur te garanderen. De kabelindustrie heeft grote belangstelling getoond voor de ontwikkeling en toepassing van dit nieuwe type brandwerend isolatiemateriaal en is van mening dat er brede toepassingsmogelijkheden voor zijn..
Ceramiseerbare siliconenverbindingen kunnen op dezelfde apparatuur worden geproduceerd als conventionele siliconen, zonder dat er extra machines nodig zijn. Het materiaal vertoont uitstekende extrusie- en vormeigenschappen en kan worden gebruikt om kabels te vervaardigen met behulp van conventionele siliconenextrusie- en vulkanisatieapparatuur, waardoor de productiekosten aanzienlijk worden verlaagd en de productie-efficiëntie wordt verbeterd.
Wat meer is, Ceramiseerbare siliconen kunnen bij kamertemperatuur nog steeds hun oorspronkelijke elasticiteit behouden en zullen bij het bakken niet broos worden of loslaten zoals mica-tape, en het is bestand tegen spray- en vibratietests, ervoor te zorgen dat de kabel goede prestaties kan behouden in verschillende ruwe omgevingen. Omdat veel ernstige branden in civiele gebouwen de afgelopen jaren in verband zijn gebracht met kabels, Er is een grote vraag naar kabels in brandwerende civiele gebouwen. Er wordt verwacht dat midden- en laagspanningskeramische siliconenkabels in de toekomst een aanzienlijke ontwikkeling zullen meemaken en een belangrijk onderdeel zullen worden van de brandwerende kabelmarkt.
Samenvatting en vooruitzichten
Keramische siliconenkabels worden een nieuwe keuze in de kabelindustrie vanwege hun uitstekende brandwerendheid, hun milieubeschermende eigenschappen en eenvoudige verwerking. Met de voortdurende vooruitgang van de technologie en de voortdurende uitbreiding van toepassingsgebieden, Siliconen-keramische kabels zullen zeker een belangrijkere rol spelen op de toekomstige gebieden van krachtoverbrenging en beveiliging, en zal bijdragen aan het opbouwen van een veiligere en betrouwbaardere samenleving.