Awaria obwodu jest jedną z głównych przyczyn pożarów. Według statystyk, ponad 35 % wypadków pożarowych na całym świecie jest co roku spowodowanych problemami z kablami. Awarie te często wynikają ze stosowania kabli nieognioodpornych, uszkodzonych żył kablowych, słabe połączenia kablowe i starzejąca się izolacja kabla. Odporność ogniowa ma zatem kluczowe znaczenie przy wyborze materiałów na kable.
Obecnie, Najpopularniejszymi ognioodpornymi kablami izolowanymi na rynku są głównie kable w izolacji mineralnej (Kable MI, izolacja z tlenku magnezu) oraz kable ognioodporne owinięte taśmą mikową. Obydwa kable mają dobrą odporność na wysokie temperatury i właściwości zmniejszające palność, ale mają one również pewne ograniczenia w zastosowaniach praktycznych.
Usterki
Chociaż kable w izolacji mineralnej (Kable MI) prezentują doskonałe osiągi, są trudne w montażu ze względu na złożony proces instalacji, wysokie wymagania dotyczące kwalifikacji zawodowych pracowników budowlanych i wysokie koszty surowców, co utrudnia ich promocję i zastosowanie na szeroką skalę. Co więcej, Kable MI mają słabą odporność na zginanie, co zwiększa złożoność i koszt instalacji.
Z drugiej strony, Kable ognioodporne owinięte taśmą mikową wymagają w procesie produkcyjnym wielu warstw uzwojenia. Ze względu na ograniczenia procesu produkcyjnego, paski mikowe są podatne na uszkodzenia na złączach, a mika łatwo ulega karbonizacji, staje się kruchy lub nawet złuszcza się w wysokich temperaturach, wpływając w ten sposób na jego ogólne właściwości ognioodporne. Naraz, Odporność ogniowa kabli owiniętych taśmą mikową zależy w dużej mierze od szczelności i jednorodności opakowania, co utrudnia kontrolę jakości.
W miarę ciągłego pogłębiania badań nt kable izolowane ognioodpornie, pojawił się wysokowydajny, odporny na wysoką temperaturę materiał elastomerowy : silikon ceramiczny. Stanowi ważną innowację materiałową w dziedzinie kabli ognioodpornych i oferuje nowe rozwiązanie poprawiające odporność ogniową kabli.
Narodziny kabla silikonowo-ceramicznego : materialną rewolucję
Tradycyjne kable gumowe opierają się na dodatku halogenowych środków zmniejszających palność, ale chlorowodór (HCl) i dioksyny uwalniane podczas spalania są niezwykle toksyczne. Pojawienie się gumy silikonowej zmieniło tę sytuację. Ale silikon ceramiczny ma nie tylko elastyczność i sprężystość silikonu, ale co ważniejsze, pod wpływem wysokich temperatur powyżej 500°C i erozji płomieniowej, ulegnie przemianie ceramicznej, tworząc twardą substancję przypominającą ceramikę, skutecznie zapobiegając rozprzestrzenianiu się ognia. Co ważniejsze, im dłuższy czas ekspozycji i temperatura płomienia, tym solidniejsza staje się warstwa ceramiczna utworzona przez ceramizowany silikon, z odpornością na temperaturę do 1200-1500°C, dzięki czemu lepiej chronią kierowcę przed uszkodzeniami.
Ewolucja materiałów : synergia pomiędzy kauczukiem silikonowym i wypełniaczami ceramicznymi
Matryca z gumy silikonowej : Głównym łańcuchem jest wiązanie Si-O (energia wiązania 452 kJ/mol, znacznie wyższy niż 346 kJ/mol wiązania CC), co zapewnia mu odporność na wysokie temperatury (-60~250 ℃) i odporność na starzenie.
Wypełniacz ceramiczny : Dodaj proszek ze szkła ceramicznego w skali nano (jak układ Al₂O₃-SiO₂), który wtapia się w porcelanę w wysokich temperaturach, tworząc „drugą warstwę ochronną”.
Definicja i zasadnicza różnica : od biernej ochrony przeciwpożarowej po aktywną porcelanę
Kabel silikonowo-ceramiczny jest ognioodpornym kablem z gumą silikonową jako osnową i kompozytowym wypełniaczem ceramicznym, który jest spiekany w płomieniu w korpusie ceramicznym. Zasadnicza różnica w porównaniu z tradycyjnymi kablami polega na tym, że :
Bierna ochrona przeciwpożarowa → Aktywna porcelanizacja : tradycyjne kable opierają się na ognioodpornej powłoce zewnętrznej (jak wstążka mikowa), natomiast kable ceramiczne i silikonowe uzyskują wzmocnienie strukturalne dzięki własnej reakcji materiału.
Poprawiono ochronę środowiska : od produktów zawierających halogeny i o wysokiej toksyczności dymu po produkty bezhalogenowe i o niskiej toksyczności, Zgodność z dyrektywą UE RoHS.
Struktura ceramicznego kabla silikonowego
Oto powszechna warstwowa struktura ceramicznych kabli silikonowych (można dostosować w różnych scenariuszach) :
Kierowca
Przewodnik jest zwykle wykonany z ocynowanego drutu miedzianego lub Przewodnik z miedzi beztlenowej, i skręcona struktura jest 1+6+12 (rdzeń linii energetycznej) Lub 1+6 (rdzeń linii uziemiającej) w celu poprawy elastyczności i przewodności. W niektórych projektach, przewodnik wykonany jest ze stopu aluminium, zarówno lekki, jak i odporny na korozję.
Warstwa izolacyjna
Izolacja wnętrza : Przewodnik jest bezpośrednio pokryty usieciowanym polietylenem (XLPE) lub taśma mikowa zapewniająca podstawową izolację elektryczną i ochronę mechaniczną.
Ceramiczna warstwa silikonowa : jako centralna warstwa zmniejszająca palność, ceramiczny materiał z gumy silikonowej (taki jak związek kauczuku metylowinylowo-silikonowego) jest powszechnie używany. Jest elastyczny w temperaturze pokojowej i spiekany w wysokiej temperaturze (600-1300℃) tworząc ceramiczną powłokę izolującą źródło ognia i utrzymującą izolację. W niektórych projektach, powierzchnia tej warstwy jest ząbkowana, aby poprawić przyczepność do sąsiednich warstw.
Warstwa ekranująca
Warstwa metalowego ekranu (jak taśma miedziana lub warstwa plecionki) jest umieszczony na zewnątrz rdzenia linii elektroenergetycznej i rdzenia linii uziemiającej, który ma zarówno funkcję ekranowania elektromagnetycznego, jak i uziemienia. W niektórych konstrukcjach jako warstwę ekranującą stosuje się przewodzący ceramiczny kauczuk silikonowy, który zawiera reaktywny lepiszcze poprawiający przyczepność do warstwy izolacyjnej.
Konstrukcja wypełniająca i izolująca
Materiał wypełniający : Przestrzeń pomiędzy żyłami kabla wypełniona jest niealkalicznymi włóknami szklanymi, wypełniacze opóźniające palenie lub błoto ogniotrwałe w celu poprawy stabilności strukturalnej i odporności ogniowej.
Rama pozycjonująca : Pomiędzy kilkoma grupami przewodów umieszczona jest ramka pozycjonująca z rowkami łukowymi, a pozycja jest ustalana za pomocą pryzmatycznych otworów przyłączeniowych, aby uniknąć przemieszczenia rdzenia.
Warstwa osłonowa
Wewnętrzna osłona : Wewnętrzna osłona z wytłaczanego silikonu ceramicznego, w połączeniu ze zwiniętą taśmą bezhalogenową i taśmą z gumy ceramicznej i silikonu (naprzemienne uzwojenie lewe/prawe, współczynnik nakładania się > 15 %), tworzy kompozytową barierę ogniową.
Zewnętrzna osłona : Materiał do niski poziom dymu i brak halogenów (LSZH) lub osłona termoplastyczna odporna na wysokie temperatury (takie jak usieciowana poliolefina) jest używany, biorąc pod uwagę wymagania dotyczące odporności na zużycie, odporność na korozję i ochrona środowiska.
Technologia to podstawa : mechanizm ceramizacji w wysokiej temperaturze
Jako warstwę izolacyjną kabla można zastosować silikon ceramiczny. W przypadku pożaru może utworzyć twardą warstwę ochronną i skutecznie chronić kierowcę. Jest to kluczowy kierunek badań i zastosowań w branży kabli ognioodpornych. Sercem jest mechanizm ceramizacji w wysokiej temperaturze.
Ablacja porcelany : od struktury molekularnej po właściwości makroskopowe
Pod działaniem płomienia, Ceramitowany silikon poddawany jest następującym procesom dynamicznym :
Stan w temperaturze pokojowej : Kauczuk silikonowy ma strukturę elastomerową, obciążenie jest równomiernie rozłożone, rezystywność skrośna wynosi ≥10¹⁵Ω·cm, a promień krzywizny ≤6D (Na przykład, kabel o średnicy 10 mm można wygiąć 60 mm).
Spalanie w temperaturze 350 ~ 1000 ℃ :
Scena 1 (350~600 ℃) : Kauczuk silikonowy rozkłada się, tworząc SiO₂ i CO₂, i ładunek zaczyna się topić.
Scena 2 (600-1000°C) : Stopiony ładunek tworzy ciągły szkielet ceramiczny, a gazowy CO₂ ulatnia się, tworząc porowatą strukturę (porowatość 3050%), co zwiększa izolacyjność termiczną 3 czasy.
Perspektywa nauki o materiałach: triumf synergii
Ten proces ceramiczny opiera się na synergistycznym działaniu łańcuchów molekularnych kauczuku silikonowego i wypełniaczy ceramicznych :
Łańcuch molekularny z gumy silikonowej : zapewnia początkową elastyczność i izolację.
Wypełniacz ceramiczny : faza szklista Al₂O₃-SiO₂ przepływając w wysokiej temperaturze wypełnia pory i zwiększa gęstość warstwy ceramicznej.
Tworzenie się porów gazowych : CO₂ powstający w wyniku rozkładu tworzy zamkniętą strukturę komórkową o przewodności cieplnej na poziomie zaledwie 0,12 Z/(m·K) (blisko azbestu), znacznie poprawiające właściwości termoizolacyjne.
Kluczowe wskaźniki wydajności :
Czas odporności ogniowej : Pozostaw zasilanie włączone przez ≥ 180 minut w płomieniu 950 °C (najwyższy poziom normy IEC 60331).
Odporność na zachlapania : Zgodny z BS 6387 CWZ (potrójny test spalania + występ + wibracja).
Gęstość dymu : przepuszczalność światła ≥ 80 % (ma tylko tradycyjny kabel PVC 20 %).
Weryfikacja eksperymentalna :
Test przeprowadzony przez Szkołę Nauki i Inżynierii Materiałowej Uniwersytetu Tsinghua : SEM pokazuje, że grubość warstwy ceramicznej po spaleniu jest jednakowa (1 ma 2 mm) i nie ma żadnych pęknięć.
Zgłoś się do TÜV Rheinland : po ablacji w temperaturze 1200℃/3h, kabel może nadal wytrzymać test napięcia wytrzymywanego 1000 V.
Porównanie kabli ognioodpornych
Aby lepiej zrozumieć zalety ceramizowalnego kabla silikonowego, porównujemy go z istniejącymi kablami ognioodpornymi, jak kabel w izolacji mineralnej (MI) i ognioodporny kabel z taśmą mikową :
| Kryteria | Kabel w izolacji mineralnej (MI) | Kabel ognioodporny z taśmą mikową | Ceramizowalny kabel silikonowy |
|---|---|---|---|
| Korzyści | 1) Doskonała zdolność ochrony przed przeciążeniem ; 2) Doskonała odporność na korozję i eksplozję. | 1) Doskonała odporność na wysoką temperaturę i ogień ; 2) Nie wydziela toksycznych dymów w przypadku pożaru. | 1) Wysoka wytrzymałość mechaniczna i doskonała odporność na szok termiczny ; 2) Bezhalogenowy, niska emisja dymu, niska toksyczność, samogasnące i przyjazne dla środowiska ; 3) Łatwy w obróbce i montażu. |
| Wydajność ogniowa | Doskonały | Doskonały | Doskonały |
| Izolacja termiczna | Niewystarczający ; izolacja może reagować chemicznie z wilgocią zawartą w powietrzu. | Niewystarczający ; opadająca taśma mikowa zmniejsza skuteczność izolacji. | Doskonały ; tworzy sztywną warstwę ceramiczną utrzymującą izolację w stanie nienaruszonym. |
| Opór instalacji | Wysoki | Wysoki | Słaby |
| Typowe problemy z instalacją | 1) Rezystancja izolacji czasami niezgodna ; 2) Możliwe zwarcia podczas testów funkcjonalnych ; 3) Utrata estetyki po retuszu. | 1) Wady na stykach wstęg miki, ryzyko oderwania wpływające na odporność ogniową. | / |
| Koszt cyklu życia | Źrenica (koszty materiałów, ważna instalacja i konserwacja) | PRZECIĘTNY (umiarkowane koszty materiałów i instalacji, ale należy się spodziewać konserwacji) | Słaby (rozsądny koszt materiałów, łatwa instalacja, wysoka niezawodność w długim okresie) |
Techniki występów
| Kryteria | Ceramizowalny kabel silikonowy | Kabel taśmowy z miki | Kabel w izolacji mineralnej (MI) |
|---|---|---|---|
| Czas odporności ogniowej (950 °C) | ≥180 minut | ≤90 minut (karbonizacja i opadanie miki) | ≥240 minut (ale możliwe odkształcenie) |
| Gęstość dymu (%) | ≤15 | ≥50 | 0 (ale bardzo wysoki koszt miedzianej osłony) |
| Koszt instalacji | Słaby (duża elastyczność, łatwa instalacja) | PRZECIĘTNY (potrzeba wzmocnionego uzwojenia) | Źrenica (potrzeba specjalnych złączy) |
| Życie | 30 odpowiedź (doskonała odporność na starzenie) | 15 ma 20 odpowiedź (postępujące niszczenie miki) | 50 odpowiedź (ale wysokie koszty utrzymania) |
Ogólnie, Ceramizowalny kabel silikonowy stanowi niezawodne rozwiązanie ognioodporne, ekonomiczny i trwały do projektów wymagających wysokiego bezpieczeństwa pożarowego.
Dzięki łatwości montażu, doskonałe właściwości izolacyjne w przypadku pożaru i niski koszt cyklu życia, stanowi innowacyjną alternatywę dla tradycyjnych kabli.
Charakterystyka silikonu ceramicznego
Jako nowy rodzaj ognioodpornego materiału kablowego, Unikalne właściwości silikonu ceramicznego stanowią podstawę jego doskonałej wydajności.
Tworzenie się samonośnej bryły ceramicznej w płomieniu
Konwencjonalne materiały gumowe zawierające wypełniacze nieorganiczne ulegają degradacji lub spalaniu pod wpływem płomieni, ulatnianie się produktów degradacji lub spalania, pozostawiając nieorganiczne pozostałości lub popiół o niskiej wytrzymałości. Pozostałości te na ogół nie są spójne ani samonośne i mogą nawet rozbić się na cząstki lub pył, w związku z czym brakuje mu skuteczności środka zmniejszającego palność.
Jednakże, gdy specjalnie opracowany, ceramizowalny kauczuk zostanie wystawiony na działanie płomienia, może ceramizować w temperaturach od 350 ma 800 °C lub nawet więcej, w zależności od rodzaju gumy i użytej receptury, spiekanie w samonośną porowatą masę ceramiczną. W temperaturach pomiędzy 650 i 1000°C, silikon ceramiczny może zachować integralność strukturalną przez pewien czas (0,5 ma 2 godziny lub więcej), pełniąc w ten sposób skuteczną funkcję „pasywnej ochrony przeciwpożarowej” i oszczędzając cenny czas dla bezpieczeństwa przeciwpożarowego. Ten proces ceramiczny stanowi najbardziej podstawową różnicę między silikonem ceramicznym a tradycyjnymi materiałami gumowymi.
Dobra wytrzymałość i doskonała odporność na szok termiczny
Korpus ze spiekanego silikonu ceramizowego ma wysoką twardość i po uderzeniu wydaje dźwięk przypominający ceramikę, co wskazuje, że ma dobrą odporność mechaniczną. Dobra odporność na zginanie i ściskanie. Wytrzymałość na zginanie ceramizowanych próbek silikonu jest znacznie wyższa niż w przypadku konwencjonalnego silikonu i znacznie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.
Co więcej, Ceramizowalny silikon ma doskonałą odporność na szok termiczny. W symulacji procesu gaszenia pożaru, gdy na próbkę natryskiwano wodę o wysokiej temperaturze, korpus ze spiekanego krzemu ceramizowanego nie pękał, wskazując, że może zachować integralność strukturalną przy szybkich zmianach temperatury. Ta odporność na szok termiczny ma zasadnicze znaczenie dla niezawodności kabla w przypadku pożaru., ponieważ scenom pożarów często towarzyszy polewanie wodą gaśniczą.
Bezhalogenowy, niski dym, niska toksyczność, samogasnące, przyjazny dla środowiska
W przeciwieństwie do tradycyjnych materiałów kablowych zawierających halogenowe środki zmniejszające palność, silikon ceramiczny może osiągnąć samogasnący efekt zmniejszający palność bez dodawania dodatków halogenowych. Spełnia klasyfikację palności UL94V-0 i ma wskaźnik tlenowy do 38. Po kilku minutach kontaktu ze źródłem ognia, Emisja dymu ustanie prawie całkowicie, a podczas późniejszego procesu spalania nie będą generowane żadne duże ilości dymu.
Co więcej, silikon ceramiczny to materiał przyjazny dla środowiska, który wytwarza głównie nietoksyczne substancje, takie jak dwutlenek węgla, woda i krzemionka podczas spalania, znacznie zmniejsza ryzyko zatrucia w przypadku pożaru. Dzięki temu jest to idealny wybór do zastosowań o wysokich wymaganiach środowiskowych.
Dobra wydajność elektryczna
Ceramizowalny silikon o zoptymalizowanej formule wykazuje doskonałe właściwości elektryczne : przed spiekaniem, jego rezystywność skrośna jest na ogół nie mniejsza niż 10¹⁵ Ω cm, gwarantując dobrą wydajność izolacji kabla w normalnych warunkach pracy. Chociaż rezystywność maleje wraz ze wzrostem temperatury spiekania, jego rezystywność skrośna może nadal utrzymywać się na poziomie powyżej 10⁷ Ω·cm po spalaniu w temp 1000 °C dla 30 protokół, zapewniając w ten sposób zdolność kabla do dalszego zasilania lub przesyłania sygnałów podczas pożaru. Rezystywność skrośna tradycyjnego silikonu przed i po spiekaniu wynosi odpowiednio nie mniej niż 10¹⁵ i 10⁷Ω·cm.
Łatwy w obróbce
Proces przygotowania i produkcji ceramicznego materiału silikonowego jest podobny do tradycyjnego silikonu i można go przetwarzać przy użyciu standardowego sprzętu do przetwarzania gumy (wytłaczarki, wulkanizatory, wtryskarki, itp.). Eliminuje to potrzebę przeprowadzania przez producentów kabli modernizacji lub modyfikacji sprzętu na dużą skalę, upraszczając w ten sposób proces produkcji kabli ognioodpornych i zmniejszając koszty produkcji.
Zastosowanie ognioodpornego ceramicznego kabla silikonowego
Głównym zastosowaniem silikonu ulegającego ceramizacji jest to kable średniego i niskiego napięcia ognioodporne, które służą do zapewnienia bezpiecznego przepływu energii w przypadku pożaru i zapewnienia ciągłości pracy krytycznych urządzeń. Przemysł kablowy wykazał duże zainteresowanie rozwojem i zastosowaniem tego nowego rodzaju ognioodpornego materiału izolacyjnego i uważa, że ma on szerokie perspektywy zastosowania..
Ceramizowalne związki silikonowe można wytwarzać na tym samym sprzęcie, co konwencjonalne silikony, bez konieczności stosowania dodatkowych maszyn. Materiał wykazuje doskonałe właściwości wytłaczania i formowania i może być stosowany do produkcji kabli przy użyciu konwencjonalnych urządzeń do wytłaczania i wulkanizacji silikonu, co znacznie obniża koszty produkcji i poprawia efektywność produkcji.
Co więcej, Ceramizowalny silikon może nadal zachować swoją pierwotną elastyczność w temperaturze pokojowej i nie stanie się kruchy ani nie odklei się jak taśma mikowa po upieczeniu, i może wytrzymać testy natryskowe i wibracyjne, zapewniając, że kabel może utrzymać dobrą wydajność w różnych trudnych warunkach. Ponieważ wiele poważnych pożarów w budynkach cywilnych, które miały miejsce w ostatnich latach, było powiązanych z kablami, istnieje duże zapotrzebowanie na kable w ognioodpornych budynkach cywilnych. Oczekuje się, że ceramiczne kable silikonowe średniego i niskiego napięcia ulegną w przyszłości znacznemu rozwojowi i staną się ważną częścią rynku kabli ognioodpornych.
Podsumowanie i perspektywy
Ceramiczne kable silikonowe stają się nowym wyborem w branży kablowej ze względu na ich doskonałą odporność ogniową, ich właściwości chroniące środowisko i łatwość przetwarzania. Dzięki ciągłemu rozwojowi technologii i ciągłemu poszerzaniu obszarów zastosowań, Kable silikonowo-ceramiczne z pewnością odegrają ważniejszą rolę w przyszłych dziedzinach przesyłu energii i bezpieczeństwa, i przyczyni się do budowy bezpieczniejszego i bardziej niezawodnego społeczeństwa.