ترکیبات LSZH (کم دود صفر هالوژن) برای کابل های حمل و نقل، مواد پلیمری فرموله شده خاصی هستند که به عنوان عایق و پوشش کابل در راه آهن، سیستم های مترو، خودروهای نورد، هواپیما و کشتی های دریایی استفاده می شوند - هر محیطی که مسافران در آن محدود شده اند و گازهای ناشی از آتش سوزی خطرات ایمنی را به همراه دارد. هنگامی که کابل های PVC معمولی می سوزند، گاز کلرید هیدروژن و دود سیاه متراکم آزاد می کنند. ترکیبات LSZH طوری طراحی شده اند که هیچ کدام را تولید نمی کنند و انتشار سمی هالوژن را تا نزدیک به صفر کاهش می دهند و در عین حال کدورت دود را به سطوحی محدود می کنند که امکان دید تخلیه را فراهم می کند. برای کاربردهای حمل و نقل که توسط استانداردهای EN 45545، IEC 60332، یا NFF 16-101 اداره می شوند، ترکیبات LSZH اختیاری نیستند - آنها خط پایه اجباری هستند.
چرا ترکیبات LSZH در حمل و نقل اجباری هستند؟
مورد LSZH در محیط های حمل و نقل بر اساس حوادث آتش سوزی مستند شده است تا خطرات نظری. آتشسوزی متروی کینگز کراس در لندن در سال 1987 که منجر به کشته شدن 31 نفر شد و آتشسوزی مترو دایگو در کره جنوبی در سال 2003 که منجر به کشته شدن 192 نفر شد، هر دو نشان دادند که چگونه دود کابل هالوژنه شده سریع مسافران را در محیطهای ریلی محصور ناتوان میکند. تجزیه و تحلیل سم شناسی هر دو حادثه، کلرید هیدروژن (HCl) و مونوکسید کربن را از سوختن روکش کابل به عنوان عوامل اصلی در تعداد مرگ و میر شناسایی کرد که بیشتر از موارد منتسب به تماس مستقیم شعله است.
محدودیتهای فیزیکی محیطهای حملونقل خطرات گاز آتشسوزی را به گونهای تشدید میکنند که آتشسوزی ساختمانها این کار را نمیکند:
- فضاهای بسته و تحت فشار: واگن مترو یا کابین هواپیما دارای حجم هوای ثابت با تهویه محدود است. دود و گازهای سمی به سرعت انباشته می شوند - غلظت HCl بالای 1000 ppm در چنین فضاهایی در عرض چند ثانیه بلافاصله برای زندگی خطرناک می شود، در مقایسه با چند دقیقه در یک راهرو ساختمان باز.
- تراکم کابل بالا: انبار نورد مدرن شامل 2 تا 5 کیلومتر کابل کشی در هر وسیله نقلیه است. یک مجموعه قطار ممکن است 15 تا 25 کیلومتر کابل را در سراسر مجموعه خود حمل کند - اگر از ترکیبات هالوژنه معمولی استفاده شود، بار سوخت قابل توجهی است.
- محدودیت های تخلیه: مسافران نمی توانند آزادانه از تونل، روی آب یا در ارتفاع خارج شوند. زمان تخلیه حداقل بر حسب دقیقه اندازه گیری می شود که در طی آن غلظت گاز سمی ناشی از سوختن کابل ها به طور مداوم افزایش می یابد.
- قرار گرفتن در معرض واکنش اضطراری: آتشنشانانی که وارد یک وسیله نقلیه ریلی یا محموله هواپیما میشوند در معرض گازهای حاصل از احتراق قرار میگیرند. ترکیبات LSZH بار سمی حاد را بر پاسخ دهندگان کاهش می دهد و اثربخشی مداخله را بهبود می بخشد.
این عوامل توضیح می دهند که چرا استانداردهای کابل حمل و نقل به طور قابل توجهی دقیق تر از استانداردهای کابل ساختمان هستند و چرا ترکیبات LSZH برای کابل های حمل و نقل برای سطوح عملکردی که از مواد کابلی LSZH همه منظوره فراتر است، فرموله شده اند.
ترکیبات LSZH از چه ساخته شده اند
یک ترکیب LSZH یک ترکیب پلیمری چند جزئی است نه یک ماده. این فرمول باید به طور همزمان انعطاف مکانیکی برای پردازش کابل، مقاومت شیمیایی در برابر سوخت و عوامل تمیز کننده مورد استفاده در تعمیر و نگهداری حمل و نقل و عملکرد آتش را ارائه دهد که چندین پارامتر تست مستقل را برآورده کند. گروه های اصلی تشکیل دهنده عبارتند از:
سیستم های پلیمری پایه
| پلیمر پایه | ویژگی های کلیدی | کاربرد معمولی در کابل حمل و نقل |
|---|---|---|
| EVA (اتیلن وینیل استات) | انعطاف پذیر، پذیرش پرکننده بالا، مقرون به صرفه | عایق برای کابل های کنترل مواد نورد |
| EEA (اتیلن اتیل آکریلات) | انعطاف پذیری بهتر در دمای پایین نسبت به EVA، مقاومت برتر در برابر اشعه ماوراء بنفش | پوشش خارجی روی کابل های لوکوموتیو |
| LDPE / LLDPE مخلوط می شود | خواص الکتریکی خوب، قابل پردازش در بارهای پرکننده بالا | عایق سیگنال و کابل داده |
| TPU (پلی اورتان ترموپلاستیک) | مقاومت فوق العاده در برابر سایش و روغن | کابل های زنجیره کششی با انعطاف پذیری بالا در انبارهای نورد |
| لاستیک سیلیکونی | محدوده دمایی شدید (60- تا 200 درجه سانتیگراد)، ذاتاً دود کم | کابل های مقاوم در برابر آتش در محفظه موتور و هواپیما |
| XLPE (پلی اتیلن متقابل) | درجه حرارت بالا، عایق الکتریکی عالی | کابل های برق برای سیستم های کششی و کمکی |
پرکننده های ضد شعله بدون هالوژن (HFFR).
بازدارنده های معمولی شعله مانند تری اکسید آنتیموان و ترکیبات برم دار از فرمولاسیون LSZH مستثنی هستند. در عوض، ترکیبات LSZH درجه حملونقل به سیستمهای هیدروکسید معدنی متکی هستند که با تجزیه گرماگیر کار میکنند - گرما را از آتش جذب میکنند و بخار آب آزاد میکنند که گازهای قابل احتراق را رقیق میکند و جلوی شعله را خنک میکند.
- تری هیدرات آلومینیوم (ATH): در دمای 180-200 درجه سانتیگراد تجزیه می شود و به ازای هر مول ATH سه مول آب آزاد می کند. پرکاربردترین پرکننده HFFR که معمولاً 50 تا 65 درصد وزنی ترکیب بارگیری می شود. در این سطوح بارگذاری، ATH همچنین با کاهش محتوای پلیمر آلی موجود برای تجزیه در اثر حرارت، سرکوب دود را فراهم می کند.
- هیدروکسید منیزیم (MDH): در دمای 300 تا 320 درجه سانتیگراد تجزیه می شود - به طور قابل توجهی بالاتر از ATH - و برای ترکیباتی که در دماهای بالاتر از 200 درجه پردازش می شوند مناسب است، جایی که ATH در طول اکستروژن شروع به کم آبی زودرس می کند. در ترکیبات حمل و نقل با عملکرد بالا استفاده می شود که در آن دمای پردازش و تاخیر در شعله هر دو باید به دست آید.
- ترکیبات هانتیت و هیدرومگنزیت: ارائه محدوده دمایی تجزیه گستردهتر از ATH یا MDH به تنهایی، بهبود عملکرد در کاربردهایی که قرار گرفتن در معرض شعله پایدار طیف وسیعی از شرایط حرارتی را ایجاد میکند. در فرمولاسیون های تخصصی راه آهن و هوافضا استفاده می شود که در آن گواهینامه EN 45545 Hazard Level HL3 مورد نیاز است.
- سینرژیست های روی بورات: اضافه شده در بارگذاری 2-5٪ برای تقویت تشکیل زغال سنگ و بهبود کاهش تراکم دود ارائه شده توسط سیستم هیدروکسید اولیه. بورات روی یک لایه ذغال سنگی پایدار و متورم را روی سطح کابل ایجاد می کند که ترکیب نسوخته زیر را از ورودی گرمای بیشتر عایق می کند.
فرآوری افزودنی ها و تثبیت کننده ها
بارگیری بالای مواد معدنی پرکننده در ترکیبات LSZH (اغلب 55 تا 70 درصد وزنی) چالشهای پردازشی را ایجاد میکند - این ترکیب سفتتر، سایندهتر به ابزار اکستروژن است و نسبت به ترموپلاستیکهای پر نشده به رطوبت حساستر است. ترکیبات LSZH درجه حمل و نقل عبارتند از:
- عوامل جفت کننده سیلان: بهبود چسبندگی بین ذرات پرکننده هیدروکسید معدنی و ماتریس پلیمری آلی. بدون عوامل جفت کننده، رابط پرکننده-پلیمر تحت تنش مکانیکی به نقطه ضعف تبدیل می شود و ترکیبات می توانند شکستگی شکننده زودرس را نشان دهند. درمان کوپلینگ با وینیل تری متوکسی سیلان یا متاکریلوکسی پروپیل تری متوکسی سیلان، افزایش طول در هنگام شکست را 40 تا 80 درصد در مقایسه با معادل های تیمار نشده بهبود می بخشد.
- آنتی اکسیدان ها: آنتی اکسیدان های فنولیک و فسفیت مانع از پلیمر پایه در برابر تخریب اکسیداتیو حرارتی در طول اکستروژن در دمای 160-200 درجه سانتیگراد محافظت می کنند. بارگذاری آنتی اکسیدانی ناکافی باعث کاهش وزن مولکولی در طول پردازش می شود و عملکرد مکانیکی عایق نهایی را کاهش می دهد.
- وسایل کمکی پردازش: کمکهای پردازشی مبتنی بر فلوروپلیمر، گشتاور اکستروژن و فشار قالب را کاهش میدهند و کیفیت پرداخت سطح کابلهای اکسترود شده در بارهای پرکننده بالا مورد نیاز برای عملکرد آتش را بهبود میبخشند. برای کابل های سیگنال که بی نظمی سطح روی قوام امپدانس تاثیر می گذارد بسیار مهم است.
استانداردهای کلیدی حاکم بر کابل های حمل و نقل LSZH
مشخصات کابل حمل و نقل توسط استانداردهای منطقه ای و بخش خاص تعریف می شود که حداقل آستانه عملکرد را در چندین پارامتر آزمایش آتش به طور همزمان تعیین می کند. برآورده کردن یک پارامتر آزمایشی کافی نیست - کابلهای سازگار باید تمام تستهای قابل اجرا در استاندارد مربوطه را پشت سر بگذارند:
| استاندارد | بخش | تست های کلیدی آتش | طبقه بندی خطر |
|---|---|---|---|
| EN 45545-2 | راه آهن و وسایل نورد اروپا | ISO 5659-2 (دود)، NF X70-100 (سمیت)، EN 60332-1/3 (گسترش شعله) | HL1 / HL2 / HL3 (HL3 دقیقترین) |
| NFF 16-101 | راهآهن فرانسه (میراث، هنوز به آن اشاره میشود) | کدورت دود (I)، شاخص سمیت (F)، گسترش شعله | I / IO / I2 / I3; F / FO / F1 / F2 / F3 |
| IEC 60092-353/359 | کابل های دریایی و دریایی | IEC 60332-3، IEC 61034 (تراکم دود)، IEC 60754 (محتوای هالوژن) | بازدارنده شعله؛ دود کم؛ بدون هالوژن |
| FAR 25.853 / ABD0031 | هوانوردی تجاری | تست شعله عمودی و 45 درجه، محفظه NBS چگالی دود، انتشار حرارت OSU | پاس/شکست؛ بدون طبقه بندی فارغ التحصیل |
| EN 13501-6 | ساخت و ساز اروپایی (همچنین برای ایستگاه های راه آهن اعمال می شود) | EN 60332-1، EN 61034-2، EN 60754-1/2 | Eca / Dca / Cca / Bca / Aca |
| BS 7211 / BS 6724 | سهام نورد بریتانیا و سیم کشی ساختمان | BS EN 60332، BS EN 61034، BS EN 60754 | مطابق با مشخصات / ناسازگار |
EN 45545 - استاندارد راه آهن اروپا در جزئیات
EN 45545-2 جامعترین استاندارد واحدی است که در حال حاضر برای مواد کابل راهآهن در بازار اروپا اعمال میشود و جایگزین استانداردهای ملی (NFF 16-101, DIN 5510, BS 6853) میشود که قبلاً بر شبکههای ریلی ملی منفرد حاکم بود. بر اساس شدت سناریوی آتش سوزی، سه سطح خطر را تعریف می کند:
- HL1: برای محیط های ریلی کم اشغال با تهویه طبیعی خوب و زمان تخلیه کوتاه کاربرد دارد. حداقل سطح عملکرد قابل قبول - معادل نتیجه ایمنی آتش سوزی با کمترین تقاضای استانداردهای ملی.
- HL2: برای راه آهن مسافربری استاندارد در ایستگاه های سرپوشیده و تونل های کوتاه کاربرد دارد. به کدورت دود کمتری (حداکثر مقدار Ds 4 دقیقه ای 300 در ISO 5659-2) و محدودیت های سمیت سخت تر از HL1 نیاز دارد. اکثر خریدهای جدید قطار نورد اروپایی HL2 را به عنوان حداقل برای کابل های داخلی مشخص می کند.
- HL3: سختترین سطح، اجباری برای راهآهن تونلهای بلند (تونلهای بیش از ۱ کیلومتر)، متروها و قطارهای خواب. به Ds حداکثر 4 دقیقه ای 150 تحت ISO 5659-2 و شاخص سمیت (CITG) زیر 0.9 تحت NF X70-100 نیاز دارد. دستیابی به HL3 با یک ترکیب قابل پردازش و انعطاف پذیر نیاز به فرمولاسیون بسیار بهینه و معمولاً استفاده از MDH به جای ATH به عنوان بازدارنده اولیه شعله دارد.
ویژگی های عملکرد ترکیبات LSZH درجه حمل و نقل
یک ترکیب LSZH درجه حمل و نقل باید الزامات عملکرد مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و شیمیایی را به طور همزمان برآورده کند - عملکرد آتش به تنهایی کافی نیست. جدول زیر ویژگیهای کلیدی قابل اندازهگیری و محدوده هدف معمولی آنها برای کاربردهای کابلهای نورد را خلاصه میکند:
| اموال | روش تست | هدف معمولی (گاز نورد) | اهمیت |
|---|---|---|---|
| استحکام کششی | IEC 60811-501 | حداقل 10 N/mm2 | مقاومت در برابر آسیب مکانیکی در هنگام نصب |
| ازدیاد طول در هنگام شکست | IEC 60811-501 | حداقل 150% | انعطاف پذیری در طول مسیریابی از طریق خم های تنگ |
| تراکم دود (Ds 4 دقیقه) | ISO 5659-2 | زیر 300 (HL2)؛ زیر 150 (HL3) | دید تخلیه هنگام آتش سوزی |
| انتشار گاز اسید هالوژن | IEC 60754-1/2 | زیر 0.5٪ معادل HCl | سمیت و خورندگی گازهای حاصل از احتراق |
| شاخص سمیت (CITG) | NF X70-100 | زیر 1.5 (HL2)؛ زیر 0.9 (HL3) | خطر ترکیبی گاز سمی برای سرنشینان |
| شاخص اکسیژن (LOI) | ISO 4589-2 | حداقل 30% | رفتار خود خاموش شونده در هوا |
| خمش سرد / ضربه سرد | IEC 60811-504/505 | عبور در -25C یا -40C | مناسب برای عملیات آب و هوای سرد |
| مقاومت در برابر روغن | IEC 60811-404 | حفظ کشش بالای 70 درصد پس از غوطه وری | دوام در محیط های نگهداری |
| حفظ پیری حرارتی | IEC 60811-401 | حفظ کشش و ازدیاد طول بالای 70 درصد پس از 7 روز در 100 درجه سانتیگراد | عملکرد طولانی مدت در طول عمر خودرو |
پردازش ترکیبات LSZH برای تولید کابل
محتوای پرکننده معدنی بالای ترکیبات LSZH چالش های اکستروژن را ایجاد می کند که نیاز به تنظیمات فرآیند نسبت به ترکیبات کابل گرمانرم استاندارد دارد. تولیدکنندگان کابل که مواد LSZH درجه حمل و نقل را پردازش می کنند معمولاً با موارد زیر مواجه می شوند و باید به موارد زیر توجه کنند:
مشخصات دمای اکستروژن
ترکیبات LSZH مبتنی بر ATH باید زیر 200 درجه سانتیگراد پردازش شوند تا از کم آبی زودرس پرکننده جلوگیری شود که باعث ایجاد حباب های بخار آب در اکسترود شده و کاهش خواص مکانیکی می شود. ترکیبات مبتنی بر MDH امکان پردازش تا 240 درجه سانتیگراد را فراهم می کند. پروفیل دما از منطقه تغذیه تا قالب معمولاً به دنبال یک گرادیان افزایشی همراه با افت جزئی در قالب برای بهبود روکش سطحی است - یک پروفیل صاف یا در حال کاهش فشار برگشتی و سایش پیچ را بدون بهبود نرخ خروجی افزایش میدهد.
طراحی پیچ و بشکه
پرکنندههای معدنی ساینده در ترکیبات LSZH - به ویژه ATH و MDH با سختی Mohs 2.5-3.0 - سایش پیچها و بشکههای فولادی استاندارد را تسریع میکنند. پردازندههای ترکیبی حملونقل معمولاً از بشکههای دو فلزی (Xaloy یا معادل آن) و پیچهایی با لبههای پروازی با نوک Stellite استفاده میکنند که در مقایسه با ابزارهای فولادی نیترید شده استاندارد، عمر مفید را بین 3 تا 5 افزایش میدهند. مورد اقتصادی ابزارهای ممتاز ساده است - تعویض یک پیچ در یک اکسترودر بزرگ کاترپیلار 15000 تا 40000 دلار هزینه دارد و به 3 تا 5 روز خرابی نیاز دارد.
مدیریت رطوبت
ATH حاوی تقریباً 34.5 درصد وزنی آب متصل به شیمیایی است. در حالی که این آب محدود مکانیسم بازدارندگی شعله است، رطوبت سطح آزاد جذب شده از رطوبت محیط فرآیند پذیری ترکیب را کاهش می دهد و می تواند باعث ایجاد رگه های سطحی، تخلخل و کاهش عملکرد الکتریکی در کابل نهایی شود. پردازشگرهای ترکیب حمل و نقل معمولاً ترکیبات LSZH را تا رطوبت کمتر از 0.05 درصد وزنی با استفاده از خشک کن های قیفی رطوبت زدایی در دمای 60 تا 80 درجه سانتیگراد به مدت 2 تا 4 ساعت قبل از اکستروژن، از قبل خشک می کنند.
انتخاب ترکیب مناسب LSZH برای برنامه کابل حمل و نقل
فرآیند انتخاب برای یک ترکیب LSZH حملونقل باید با ارزیابی ساختاریافته الزامات خاص برنامه به جای پیشفرض به پرکاربردترین فرمولبندی همه منظوره هدایت شود. عوامل تصمیم گیری زیر حیاتی هستند:
- استاندارد نظارتی و سطح خطر: استاندارد خاص (EN 45545، IEC 60092، FAR 25.853) و سطح خطر یا کلاس عملکرد مورد نیاز برای محل نصب کابل در داخل خودرو را شناسایی کنید. کابلهای داخلی در سالنهای مسافربری به عملکرد بالاتری نسبت به کابلهای مجرای خارجی یا محفظههای موتور نیاز دارند.
- محدوده دمای عملیاتی: ترکیبات استاندارد LSZH برای عملکرد مداوم در دمای 70 تا 90 درجه سانتیگراد درجه بندی می شوند. کابلهایی که در مجاورت تجهیزات کشش، سیستمهای ترمز یا محفظههای موتور قرار دارند ممکن است به ترکیباتی با درجه حرارت 125 درجه سانتیگراد یا 150 درجه سانتیگراد نیاز داشته باشند که به فرمولهای متقاطع یا مبتنی بر سیلیکون نیاز دارند.
- الزامات انعطاف پذیری و انعطاف پذیری: کابل های روی بوژهای مفصلی، مکانیسم های پانتوگراف یا درهای کشویی تحت خمش مداوم قرار می گیرند. این کاربردها به ترکیبات LSZH با ازدیاد طول در هنگام شکست (بیش از 200٪) و طول عمر انعطاف پذیر تایید شده مطابق با IEC 60228 یا معادل آن نیاز دارند - ترکیبات روکش استاندارد LSZH ممکن است در چند ماه پس از سرویس در نقاط انعطاف پذیر ترک بخورند.
- محیط شیمیایی: تعمیر و نگهداری انبار نورد شامل عوامل تمیزکننده تهاجمی، مایعات هیدرولیک، سوخت دیزل (در کاربردهای هیبریدی و لوکوموتیو) و گرد و غبار ترمز حاوی ذرات فلزی است. آزمایش مقاومت شیمیایی در برابر سیالات واقعی موجود در محیط تعمیر و نگهداری را مشخص کنید - داده های عمومی مقاومت روغن ممکن است شیمی ماده تمیزکننده خاصی را که توسط اپراتور راه آهن استفاده می شود پوشش ندهد.
- قطر کابل و ضخامت دیوار: دیوارهای عایق نازک تر (زیر 0.5 میلی متر) به ترکیبات LSZH با ویسکوزیته پایین تر و توزیع اندازه ذرات پرکننده ریزتر برای رسیدن به پوشش بدون خالی نیاز دارند. همه ترکیبات LSZH درجه حمل و نقل به طور مداوم در ضخامت دیواره نازک پردازش نمی شوند - با استفاده از داده های اکستروژن آزمایشی در سرعت خط و ضخامت دیواره مورد نظر، با تامین کننده ترکیب بررسی کنید.
