สารประกอบ LSZH สำหรับสายเคเบิลขนส่ง: มาตรฐานและคำแนะนำ

เหตุใดสารประกอบ LSZH จึงจำเป็นในการขนส่ง

กรณีของ LSZH ในสภาพแวดล้อมการขนส่งนั้นสร้างขึ้นจากเหตุการณ์เพลิงไหม้ที่ได้รับการบันทึกไว้มากกว่าความเสี่ยงทางทฤษฎี เหตุเพลิงไหม้ใต้ดินคิงส์ครอสในลอนดอนเมื่อปี พ.ศ. 2530 ซึ่งทำให้มีผู้เสียชีวิต 31 ราย และเหตุเพลิงไหม้รถไฟใต้ดินที่แทกูในปี พ.ศ. 2546 ในเกาหลีใต้ ซึ่งคร่าชีวิตผู้คนไป 192 ราย ทั้งสองเหตุการณ์แสดงให้เห็นว่าควันเคเบิลฮาโลเจนที่รวดเร็วทำให้ผู้โดยสารไร้ความสามารถในสภาพแวดล้อมทางรถไฟที่ปิดล้อมได้อย่างไร การวิเคราะห์ทางพิษวิทยาของทั้งสองเหตุการณ์ระบุว่าไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) และคาร์บอนมอนอกไซด์จากการเผาปลอกหุ้มสายเคเบิลเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดการเสียชีวิตซึ่งเกินกว่าสาเหตุจากการสัมผัสกับเปลวไฟโดยตรง

ข้อจำกัดทางกายภาพของสภาพแวดล้อมการขนส่งเพิ่มความเสี่ยงจากก๊าซดับเพลิงในลักษณะที่เพลิงไหม้ในอาคารไม่:

• พื้นที่ปิดล้อมที่มีแรงดัน: ตู้โดยสารรถไฟใต้ดินหรือห้องโดยสารเครื่องบินมีปริมาณอากาศคงที่โดยมีการระบายอากาศที่จำกัด ควันและก๊าซพิษสะสมอย่างรวดเร็ว - ความเข้มข้นของ HCl ที่สูงกว่า 1,000 ppm จะกลายเป็นอันตรายถึงชีวิตทันทีภายในไม่กี่วินาทีในพื้นที่ดังกล่าว เมื่อเทียบกับนาทีในทางเดินในอาคารแบบเปิด
• ความหนาแน่นของสายเคเบิลสูง: รถขนของสมัยใหม่ประกอบด้วยสายเคเบิลยาว 2-5 กม. ต่อคัน ชุดรถไฟชุดเดียวอาจบรรทุกสายเคเบิลยาว 15–25 กม. ตลอดทั้งชุด ซึ่งเป็นภาระเชื้อเพลิงจำนวนมากหากใช้สารประกอบฮาโลเจนทั่วไปตลอดทั้งชุด
• ข้อจำกัดในการอพยพ: ผู้โดยสารไม่สามารถอพยพได้อย่างอิสระจากอุโมงค์ เหนือน้ำ หรือที่ระดับความสูง เวลาในการอพยพจะวัดเป็นนาทีเป็นอย่างต่ำ ในระหว่างนี้ความเข้มข้นของก๊าซพิษจากการเผาไหม้สายเคเบิลจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
• การสัมผัสสารตอบสนองฉุกเฉิน: นักดับเพลิงที่กำลังเข้าไปในรถรางที่กำลังลุกไหม้หรือห้องเก็บสินค้าบนเครื่องบินต้องเผชิญกับการสัมผัสก๊าซเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง สารประกอบ LSZH ช่วยลดภาระพิษเฉียบพลันต่อผู้เผชิญเหตุ และปรับปรุงประสิทธิภาพการแทรกแซง

ปัจจัยเหล่านี้อธิบายว่าทำไมมาตรฐานสายเคเบิลขนส่งจึงเข้มงวดกว่ามาตรฐานสายเคเบิลในอาคารอย่างมาก และเพราะเหตุใด สารประกอบ LSZH สำหรับสายเคเบิลขนส่ง ได้รับการกำหนดขึ้นเพื่อให้มีระดับประสิทธิภาพที่เหนือกว่าวัสดุสายเคเบิล LSZH ทั่วไป

สารประกอบ LSZH ทำมาจากอะไร

สารประกอบ LSZH เป็นส่วนผสมโพลีเมอร์หลายองค์ประกอบแทนที่จะเป็นวัสดุชนิดเดียว สูตรต้องให้ความยืดหยุ่นทางกลสำหรับการประมวลผลสายเคเบิล ความทนทานต่อสารเคมีต่อเชื้อเพลิงและสารทำความสะอาดที่ใช้ในการบำรุงรักษาการขนส่ง และประสิทธิภาพการทนไฟที่ตรงตามพารามิเตอร์การทดสอบอิสระหลายรายการไปพร้อมๆ กัน กลุ่มองค์ประกอบหลักคือ:

ระบบฐานโพลีเมอร์

สารตัวเติมสารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจน (HFFR)

สารหน่วงการติดไฟทั่วไป เช่น แอนติโมนีไตรออกไซด์และสารประกอบโบรมีนไม่รวมอยู่ในสูตร LSZH ในทางกลับกัน สารประกอบ LSZH ระดับการขนส่งใช้ระบบแร่ไฮดรอกไซด์ที่ทำงานโดยการสลายตัวแบบดูดความร้อน โดยดูดซับความร้อนจากไฟและปล่อยไอน้ำที่ทำให้ก๊าซที่ติดไฟเจือจางและทำให้หน้าเปลวไฟเย็นลง:

• อะลูมิเนียมไตรไฮเดรต (ATH): สลายตัวที่อุณหภูมิ 180–200 องศาเซลเซียส โดยปล่อยน้ำ 3 โมลต่อ ATH 1 โมล สารตัวเติม HFFR ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยทั่วไปจะบรรจุอยู่ที่ 50–65% โดยน้ำหนักของสารประกอบ ที่ระดับการโหลดเหล่านี้ ATH ยังช่วยระงับควันด้วยการลดปริมาณโพลีเมอร์อินทรีย์ที่มีอยู่สำหรับไพโรไลซิส
• แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ (MDH): สลายตัวที่อุณหภูมิ 300–320 องศาเซลเซียส ซึ่งสูงกว่า ATH อย่างมาก ทำให้เหมาะสำหรับสารประกอบที่แปรรูปที่อุณหภูมิสูงกว่า 200 องศา โดยที่ ATH จะเริ่มทำให้แห้งก่อนเวลาอันควรในระหว่างการอัดขึ้นรูป ใช้ในสารประกอบการขนส่งที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งต้องมีอุณหภูมิในการประมวลผลและสารหน่วงไฟ
• ส่วนผสมของ Huntite และ Hydromagnesite: ให้ช่วงอุณหภูมิการสลายตัวที่กว้างกว่า ATH หรือ MDH เพียงอย่างเดียว ปรับปรุงประสิทธิภาพในการใช้งานที่การสัมผัสเปลวไฟอย่างต่อเนื่องทำให้เกิดสภาวะความร้อนที่หลากหลาย ใช้ในสูตรเฉพาะทางรถไฟและการบินและอวกาศที่จำเป็นต้องมีใบรับรอง EN 45545 Hazard Level HL3
• การทำงานร่วมกันของสังกะสีบอเรต: เพิ่มที่การโหลด 2-5% เพื่อปรับปรุงการก่อตัวของถ่านและปรับปรุงการลดความหนาแน่นของควันที่ได้จากระบบไฮดรอกไซด์หลัก ซิงค์บอเรตช่วยเพิ่มชั้นถ่านที่เสถียรและลุกลามบนพื้นผิวสายเคเบิล ซึ่งป้องกันสารประกอบที่ไม่ถูกเผาไหม้ด้านล่างจากความร้อนที่เพิ่มขึ้น

สารเติมแต่งในการประมวลผลและความคงตัว

ปริมาณสารตัวเติมแร่ธาตุที่สูงในสารประกอบ LSZH (มักจะอยู่ที่ 55–70% โดยน้ำหนัก) ทำให้เกิดความท้าทายในการประมวลผล — สารประกอบมีความแข็งกว่า มีฤทธิ์กัดกร่อนมากกว่าเครื่องมืออัดขึ้นรูป และมีความไวต่อความชื้นมากกว่าเทอร์โมพลาสติกที่ไม่ได้เติม สารประกอบ LSZH ระดับการขนส่งประกอบด้วย:

• สารเชื่อมต่อไซเลน: ปรับปรุงการยึดเกาะระหว่างอนุภาคตัวเติมอนินทรีย์ไฮดรอกไซด์และเมทริกซ์โพลีเมอร์อินทรีย์ หากไม่มีสารเชื่อมต่อ ส่วนต่อประสานระหว่างฟิลเลอร์และโพลีเมอร์จะกลายเป็นจุดอ่อนภายใต้ความเค้นเชิงกล และสารประกอบสามารถแสดงอาการแตกหักเปราะก่อนเวลาอันควรได้ การบำบัดข้อต่อด้วยไวนิลไตรเมทอกซีไซเลนหรือเมธาคริลออกซีโพรพิลไตรเมทอกซีไซเลนช่วยเพิ่มการยืดตัวที่จุดขาดได้ 40–80% เมื่อเทียบกับสิ่งที่เทียบเท่าที่ไม่ผ่านการบำบัด
• สารต้านอนุมูลอิสระ: สารต้านอนุมูลอิสระฟีนอลิกและฟอสไฟต์ที่ถูกขัดขวางช่วยปกป้องโพลีเมอร์พื้นฐานจากการย่อยสลายด้วยความร้อนระหว่างการอัดขึ้นรูปที่อุณหภูมิ 160–200 องศาเซลเซียส การโหลดสารต้านอนุมูลอิสระไม่เพียงพอทำให้น้ำหนักโมเลกุลลดลงในระหว่างกระบวนการผลิต ส่งผลให้ประสิทธิภาพเชิงกลของฉนวนสำเร็จรูปลดลง
• เครื่องช่วยการประมวลผล: ตัวช่วยในกระบวนการผลิตที่ใช้ฟลูออโรโพลีเมอร์ช่วยลดแรงบิดในการอัดขึ้นรูปและแรงดันแม่พิมพ์ ปรับปรุงคุณภาพผิวสำเร็จของสายเคเบิลที่อัดขึ้นรูปด้วยปริมาณสารตัวเติมสูงซึ่งจำเป็นต่อประสิทธิภาพในการดับเพลิง สำคัญมากสำหรับสายสัญญาณที่ความผิดปกติของพื้นผิวส่งผลต่อความสม่ำเสมอของอิมพีแดนซ์

มาตรฐานสำคัญที่ควบคุมสายเคเบิลขนส่ง LSZH

ข้อมูลจำเพาะของสายเคเบิลขนส่งถูกกำหนดโดยมาตรฐานระดับภูมิภาคและภาคส่วนที่กำหนดเกณฑ์ประสิทธิภาพขั้นต่ำสำหรับพารามิเตอร์การทดสอบอัคคีภัยหลายรายการพร้อมกัน การปฏิบัติตามพารามิเตอร์การทดสอบตัวเดียวนั้นไม่เพียงพอ - สายเคเบิลที่เป็นไปตามข้อกำหนดจะต้องผ่านการทดสอบที่เกี่ยวข้องทั้งหมดในมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง:

EN 45545 — รายละเอียดมาตรฐานรถไฟยุโรป

EN 45545-2 เป็นมาตรฐานเดียวที่ครอบคลุมที่สุดในปัจจุบันที่ใช้กับวัสดุเคเบิลทางรถไฟในตลาดยุโรป แทนที่การปะติดปะต่อของมาตรฐานแห่งชาติ (NFF 16-101, DIN 5510, BS 6853) ที่ก่อนหน้านี้ควบคุมเครือข่ายรถไฟระดับชาติแต่ละแห่ง โดยกำหนดระดับอันตรายสามระดับตามความรุนแรงของสถานการณ์เพลิงไหม้:

• HL1: ใช้กับสภาพแวดล้อมรางที่มีผู้โดยสารน้อยโดยมีการระบายอากาศตามธรรมชาติที่ดีและใช้เวลาอพยพสั้น ระดับประสิทธิภาพขั้นต่ำที่ยอมรับได้ — เทียบเท่าในผลลัพธ์ด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยกับมาตรฐานแห่งชาติที่มีความต้องการน้อยที่สุด
• HL2: ใช้กับรางผู้โดยสารมาตรฐานในสถานีที่มีหลังคาคลุมและอุโมงค์สั้น ต้องการความทึบของควันที่ต่ำกว่า (ค่าสูงสุด Ds 4 นาทีคือ 300 ใน ISO 5659-2) และขีดจำกัดความเป็นพิษที่เข้มงวดกว่า HL1 การจัดซื้อสต๊อกลูกกลิ้งแบบใหม่ของยุโรปส่วนใหญ่ระบุว่า HL2 เป็นสายเคเบิลภายในเป็นขั้นต่ำ
• HL3: ระดับที่เข้มงวดที่สุด บังคับสำหรับรถไฟอุโมงค์ยาว (อุโมงค์ยาวเกิน 1 กม.) รถไฟใต้ดิน และรถไฟตู้นอน ต้องใช้ Ds สูงสุด 4 นาทีที่ 150 ภายใต้ ISO 5659-2 และดัชนีความเป็นพิษ (CITG) ต่ำกว่า 0.9 ภายใต้ NF X70-100 การบรรลุ HL3 ด้วยสารประกอบที่ยืดหยุ่นและผ่านกระบวนการได้นั้นจำเป็นต้องมีสูตรผสมที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมที่สุด และโดยทั่วไปแล้วจะใช้ MDH แทนที่จะเป็น ATH เป็นสารหน่วงการติดไฟหลัก

คุณสมบัติประสิทธิภาพของสารประกอบ LSZH เกรดการขนส่ง

สารประกอบ LSZH เกรดการขนส่งต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพทางกล ไฟฟ้า ความร้อน และเคมีไปพร้อมๆ กัน - ประสิทธิภาพการทนไฟเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ ตารางต่อไปนี้สรุปคุณสมบัติหลักที่สามารถวัดได้และช่วงเป้าหมายทั่วไปสำหรับการใช้งานสายเคเบิลแบบม้วน:

การแปรรูปสารประกอบ LSZH สำหรับการผลิตสายเคเบิล

ปริมาณสารตัวเติมแร่ธาตุที่สูงของสารประกอบ LSZH ทำให้เกิดความท้าทายในการอัดขึ้นรูปซึ่งจำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนกระบวนการโดยสัมพันธ์กับสารประกอบสายเคเบิลเทอร์โมพลาสติกมาตรฐาน ผู้ผลิตสายเคเบิลที่ประมวลผลวัสดุ LSZH เกรดการขนส่งมักพบและต้องจัดการกับ:

โปรไฟล์อุณหภูมิการอัดขึ้นรูป

สารประกอบ LSZH ที่ใช้ ATH จะต้องได้รับการประมวลผลที่อุณหภูมิต่ำกว่า 200 องศาเซลเซียส เพื่อป้องกันการขาดน้ำก่อนเวลาอันควรของฟิลเลอร์ ซึ่งจะสร้างฟองไอน้ำในการอัดรีดและลดคุณสมบัติทางกล สารประกอบที่ใช้ MDH ช่วยให้สามารถแปรรูปได้สูงถึง 240 องศาเซลเซียส การทำโปรไฟล์อุณหภูมิจากโซนฟีดถึงดายมักจะเป็นไปตามการไล่ระดับที่เพิ่มขึ้นโดยลดลงเล็กน้อยที่ดายเพื่อปรับปรุงคุณภาพผิวงาน - โปรไฟล์ที่เรียบหรือลดลงจะเพิ่มแรงกดต้านและการสึกหรอของสกรูโดยไม่ปรับปรุงอัตราเอาท์พุต

การออกแบบสกรูและบาร์เรล

สารตัวเติมแร่ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในสารประกอบ LSZH โดยเฉพาะ ATH และ MDH ที่มีความแข็ง Mohs อยู่ที่ 2.5–3.0 — เร่งการสึกหรอของสกรูและถังเหล็กมาตรฐาน โดยทั่วไปแล้วตัวประมวลผลสารประกอบสำหรับการขนส่งจะใช้ถังโลหะคู่ (Xaloy หรือเทียบเท่า) และสกรูที่มีขอบยื่นแบบปลายสเตลไลท์ ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานได้ 3-5 เท่าเมื่อเทียบกับเครื่องมือเหล็กกล้าไนไตรด์มาตรฐาน กรณีทางเศรษฐกิจสำหรับเครื่องมือระดับพรีเมียมนั้นตรงไปตรงมา การเปลี่ยนสกรูเดี่ยวบนเครื่องอัดรีดหนอนผีเสื้อขนาดใหญ่มีราคา 15,000–40,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ และต้องใช้เวลาหยุดทำงาน 3–5 วัน

การจัดการความชื้น

ATH ประกอบด้วยน้ำที่จับกับสารเคมีประมาณ 34.5% โดยน้ำหนัก แม้ว่าน้ำที่เกาะติดกันนี้เป็นกลไกของสารชะลอการติดไฟ ความชื้นบนพื้นผิวอิสระที่ถูกดูดซับจากความชื้นโดยรอบจะลดความสามารถในการขึ้นรูปของสารประกอบ และอาจทำให้เกิดริ้วที่พื้นผิว ความพรุน และลดประสิทธิภาพทางไฟฟ้าในสายเคเบิลที่เสร็จแล้ว โดยทั่วไปแล้วตัวประมวลผลสารประกอบสำหรับการขนส่งจะทำให้สารประกอบ LSZH แห้งล่วงหน้าโดยมีปริมาณความชื้นต่ำกว่า 0.05% โดยน้ำหนัก โดยใช้เครื่องอบแห้งแบบฮอปเปอร์แบบลดความชื้นที่อุณหภูมิ 60–80 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2–4 ชั่วโมงก่อนการอัดขึ้นรูป

การเลือกสารประกอบ LSZH ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานสายเคเบิลขนส่ง

กระบวนการคัดเลือกสารประกอบ LSZH ในการขนส่งควรขับเคลื่อนโดยการประเมินเชิงโครงสร้างสำหรับข้อกำหนดเฉพาะการใช้งาน แทนที่จะเลือกใช้สูตรผสมสำหรับวัตถุประสงค์ทั่วไปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ปัจจัยการตัดสินใจต่อไปนี้มีความสำคัญ:

• มาตรฐานการกำกับดูแลและระดับอันตราย: ระบุมาตรฐานเฉพาะ (EN 45545, IEC 60092, FAR 25.853) และระดับอันตรายหรือระดับประสิทธิภาพที่จำเป็นสำหรับตำแหน่งการติดตั้งสายเคเบิลภายในรถยนต์ สายเคเบิลภายในในห้องโดยสารต้องการประสิทธิภาพที่สูงกว่าสายเคเบิลในท่อร้อยสายภายนอกหรือห้องเครื่องยนต์
• ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน: สารประกอบ LSZH มาตรฐานได้รับการจัดอันดับสำหรับการทำงานต่อเนื่องที่อุณหภูมิ 70–90 องศาเซลเซียส สายเคเบิลที่อยู่ใกล้กับอุปกรณ์ยึดเกาะถนน ระบบเบรก หรือห้องเครื่องยนต์อาจต้องใช้สารประกอบที่มีอุณหภูมิ 125 องศาเซลเซียสหรือ 150 องศาเซลเซียส โดยต้องใช้สูตรผสมแบบเชื่อมขวางหรือแบบซิลิโคน
• ข้อกำหนดด้านความยืดหยุ่นและอายุการใช้งานแบบยืดหยุ่น: สายเคเบิลบนโบกี้แบบประกบ กลไกคัดลอก หรือประตูบานเลื่อนต้องผ่านการงออย่างต่อเนื่อง การใช้งานเหล่านี้ต้องการสารประกอบ LSZH ที่มีการยืดตัวสูงเมื่อขาด (มากกว่า 200%) และอายุการใช้งานของความยืดหยุ่นที่ได้รับการตรวจสอบตาม IEC 60228 หรือเทียบเท่า - สารประกอบเปลือก LSZH มาตรฐานอาจแตกที่จุดงอภายในไม่กี่เดือนของการบริการ
• สภาพแวดล้อมทางเคมี: การบำรุงรักษาสต๊อกรถต้องใช้สารทำความสะอาดเข้มข้น น้ำมันไฮดรอลิก น้ำมันดีเซล (ในการใช้งานแบบไฮบริดและหัวรถจักร) และฝุ่นเบรกที่มีอนุภาคโลหะ ระบุการทดสอบความทนทานต่อสารเคมีกับของเหลวจริงที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมการบำรุงรักษา — ข้อมูลความต้านทานต่อน้ำมันทั่วไปอาจไม่ครอบคลุมถึงเคมีของสารทำความสะอาดเฉพาะที่ใช้โดยผู้ปฏิบัติงานรางรถไฟ
• เส้นผ่านศูนย์กลางของสายเคเบิลและความหนาของผนัง: ผนังฉนวนที่บางกว่า (ต่ำกว่า 0.5 มม.) ต้องใช้สารประกอบ LSZH ที่มีความหนืดต่ำกว่าและการกระจายขนาดอนุภาคของตัวเติมที่ละเอียดกว่าเพื่อให้ได้การครอบคลุมที่ปราศจากช่องว่าง สารประกอบ LSZH เกรดสำหรับการขนส่งบางชนิดไม่ได้ดำเนินการอย่างสม่ำเสมอที่ความหนาของผนังบาง — ตรวจสอบกับซัพพลายเออร์สารประกอบโดยใช้ข้อมูลการอัดขึ้นรูปทดลองที่ความเร็วของเส้นและความหนาของผนังที่ต้องการ