بحث حول تقنية مثبطات اللهب المنخفضة الدخان والخالية من الهالوجين لمواد الكابلات

بحث حول تقنية مثبطات اللهب المنخفضة الدخان والخالية من الهالوجين لمواد الكابلات

لقد سيطرت مواد الكابلات المقاومة للهب المحتوية على الهالوجين على مواد الكابلات بمزاياها المتمثلة في كفاءة مثبطات اللهب العالية وأداء المعالجة الجيد والسعر المنخفض. ومع ذلك، فإن الكابلات التي تحتوي على الهالوجين تنتج غازات سامة وضارة عند حرقها، ويتعرض الكثير من الأشخاص في الحريق للاختناق بسبب الدخان والغازات السامة، مما قد يؤدي إلى الوفاة؛ يمكن لغازات هاليد الهيدروجين الناتجة عن الاحتراق أن تسبب أيضًا تلفًا للمعدات الإلكترونية والكهربائية.

في عام 2003، اعتمد الاتحاد الأوروبي توجيه ROHS، الذي ينص بوضوح على الحد الأقصى لقيمة العناصر المهلجنة في 'البروم' في المعدات الكهربائية والإلكترونية، ومنذ ذلك الحين فصاعدًا تم تخفيض الكابلات المحتوية على الهالوجين عامًا بنسبة سنة. أصبحت الكابلات المقاومة للهب الخالية من الهالوجين منخفضة الدخان القوة الرئيسية في سوق الكابلات تدريجيًا، وقد زاد العديد من مصنعي الكابلات ومعاهد البحوث الاستثمار في البحث والتطوير لمواد الكابلات المقاومة للهب الخالية من الهالوجين منخفضة الدخان.

في الوقت الحاضر، يبلغ الطلب في السوق السنوي على مواد الكابلات المقاومة للهب الخالية من الهالوجين حوالي 200 كيلو طن، ومن المتوقع أنه خلال السنوات الثلاث إلى الخمس القادمة، سيزداد الطلب على مواد الكابلات المقاومة للهب الخالية من الهالوجين بمعدل حوالي 10 %، وبحلول عام 2025، سيصل الطلب السنوي على مواد الكابلات المقاومة للهب الخالية من الهالوجين إلى حوالي 350 كيلو طن.

تعتبر مادة الكابلات الخالية من الهالوجين منخفضة الدخان هي أهم مادة مصفوفة كوبوليمر أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA)، التي تتميز بدرجة حرارة انصهار منخفضة، وحركة جيدة، وقطبية وخالية من الهالوجين، ومتوافقة مع مجموعة متنوعة من البوليمرات ومثبطات اللهب الخالية من الهالوجين، وتستخدم على نطاق واسع في مواد الكابلات المقاومة للهب الخالية من الهالوجين منخفضة الدخان.

كوبوليمر أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA)

ومع ذلك، فإن قيمة مؤشر الأكسجين الحدي EVA هي فقط من 17% إلى 19%، وهو قابل للاشتعال، مما يقيد بشكل خطير تطبيق وتطوير EVA في الكابلات المقاومة للهب، لذلك من المهم للغاية تنفيذه تعديل مثبطات اللهب لـ EVA لتحسين نطاق استخدام EVA.

EVA شائع الاستخدام في مواد الكابلات

تطبيقات مواد الكابلات الخالية من الهالوجين منخفضة الدخان بالإضافة إلى محطات الطاقة النووية والفضاء والصناعة العسكرية العسكرية وما إلى ذلك، فإن مترو الأنفاق والسكك الحديدية عالية السرعة والسفن والمباني الشاهقة والمناجم وغيرها من المجالات لديها أيضًا طلب أكبر. بعد تطور السنوات الأخيرة، في بعض المنتجات المنخفضة، تحتل المنتجات المحلية جزءًا من حصة السوق، والسعر منخفض نسبيًا؛ بينما في بعض المنتجات المتطورة للغاية، تعتمد هذه المنتجات بشكل أساسي على الواردات، ويكون السعر مرتفعًا نسبيًا. في السنوات الأخيرة، صناعة الاتصالات، وخاصة مع الألياف إلى المنزل، مشروع 4G لتنفيذ مواد الكابلات الخالية من الهالوجين منخفضة الدخان هو في الطلب الكبير، ولكن أيضا طرح متطلبات جديدة.

1. اختيار مادة مصفوفة مثبطات اللهب (EVA).

عادة ما تكون المواد الأساسية الخالية من الهالوجين منخفضة الدخان EVA، والبولي إيثيلين (PE)، والبولي بروبيلين (PP)، ومطاط الإيثيلين بروبيلين (EPR)، وما إلى ذلك، بالإضافة إلى أن EVA تحتوي على مجموعات قطبية، والأخرى المواد غير القطبية أو المواد القطبية الصغيرة جداً. كمواد أساسية، فإن PE وPP وEPR لها عيبان طبيعيان:

① ضعف التوافق مع مثبطات اللهب غير المهلجنة الأكثر قطبية، مما يؤدي إلى تشتت غير متساوٍ لمثبطات اللهب في الركيزة، وسيتعرض عدد كبير من مثبطات اللهب غير المهلجنة المضافة إلى الخواص الميكانيكية للمادة لضعف خطير؛

② المواد الثلاثة نفسها ضعيفة المقاومة للزيت والمحاليل غير القطبية، مما يجعل من الصعب تلبية تطبيق الكابلات في البيئات المعقدة.

يتم بلمرة EVA من مونومر الإيثيلين ومونومر أسيتات الفينيل، وتظهر عملية تصنيعه في الشكل 1. نظرًا لإدخال أسيتات الفينيل VA، يؤدي تعطيل انتظام جزيء البولي إيثيلين، مما يؤدي إلى انخفاض في تبلور الجزيء بأكمله وزيادة القطبية، بحيث تم تحسين مقاومة EVA للتشقق الناتج عن الإجهاد البيئي، والتوافق مع الحشوات، والربط المتبادل للإشعاع، ومقاومة الزيت، وخصائص الانحناء المتكرر؛ ومع ذلك، فإن قوة الشد والصلابة ونقطة الانصهار وخصائص العزل الكهربائي لـ EVA تنخفض بالتالي، بينما تتدهور مقاومة نفاذ الهواء وبخار الماء.

عندما يكون الجزء الكتلي VA أكبر من 40%، فإن الجزيء بأكمله يظهر ترتيبًا مضطربًا للحالة المطاطية المرنة، والتي تسمى عادةً مطاط الإيثيلين المعدل ببخار (EVM)؛ عندما يكون الجزء الكتلي VA من 5% إلى 40%، فإنه يحتوي على كمية صغيرة من التبلور، تسمى عادةً EVA بلاستيك.

EVA مخطط التوليف

إدخال المجموعات القطبية، الخصائص الكهربائية وقوة الشد بدرجات متفاوتة من التخفيض EVA، لا يمكن استخدام الوضع العام لراتنج EVA إلا كعزل للكابلات ذات الجهد المنخفض، كعازل منخفض الدخان غمد خالي من الهالوجين، من أجل تعويض النقص في قوة الشد، وعادة ما يتم استخدام PE، PP، كوبوليمر الإيثيلين أوكتين (POE).

يمكن أن ينتج البوليمر المشترك كلاً من الكابلات البلاستيكية الحرارية والكابلات المطاطية المتصلدة بالحرارة، مع مستويات مقاومة لدرجة الحرارة تشمل 70، 90، 105، 125، 150، 175 درجة مئوية؛ يستطيع القائمون على التركيب تصنيع مركبات كبلات مثبطة للهب خالية من الهالوجين منخفضة الدخان مع أداء يتماشى مع متطلبات المستخدم (أو المعيار) مع EVA/EVM كمادة أساسية.

طبقة حاجز الأكسجين كابل الطاقة مثبطات اللهب العالية الصورة: Anhui Huayu Cable

نظرًا لتوافق EVA ومثبطات اللهب الخالية من الهالوجين وأداء البثق الجيد، تستخدم صناعة الكابلات EVA كمادة أساسية لإعداد حاجز الأكسجين عالي مثبطات اللهب (يشير عادةً إلى مؤشر الأكسجين النهائي لـ 40% أو أكثر).

2. مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين منخفضة الدخان لمواد الكابلات EVA.

EVA تستخدم مادة الكابل مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين بشكل شائع، بما في ذلك هيدروكسيد المعدن والانتفاخ والبورون والسيليكون ومثبطات اللهب الأخرى، وتختلف مثبطات اللهب المختلفة وآليات مثبطات اللهب الخاصة بها.

2.1 مثبطات لهب هيدروكسيد المعدن لمواد الكابلات EVA.

باعتبارها مثبطات اللهب غير الهالوجينية، تتمتع ATH وMH بالوظائف الثلاثية لمثبطات اللهب وإزالة الدخان والتعبئة، وهي متاحة على نطاق واسع وغير مكلفة، وتحتل موقعًا مهيمنًا في مثبطات اللهب غير الهالوجينية. يتحلل هيدروكسيد المعدن إلى أكسيد المعدن وبخار الماء بالحرارة، ولا يمكن لبخار الماء أن يزيل الحرارة فحسب، بل يخفف أيضًا تركيز الأكسجين في الهواء، ويلعب أكسيد المعدن دور عزل الأكسجين ومنع الحرارة من أن تكون. المنبعثة.

ومع ذلك، فإن كفاءة مثبطات اللهب هيدروكسيد المعدن منخفضة نسبيا، مقارنة مع مثبطات اللهب المهلجنة، لتحقيق نفس تأثير مثبطات اللهب، فإن كمية المادة المضافة عدة مرات أو حتى اثنتي عشرة مرة من مثبطات اللهب المهلجنة، في نفس الوقت، التوافق بين مثبطات اللهب هيدروكسيد المعدن والبولي أوليفين ضعيف نسبيًا، فمن الضروري تعديل سطحه، وتقليل الطاقة السطحية للمسحوق لزيادة كمية حشو مثبطات اللهب وتحسين الخواص الميكانيكية للمواد المركبة.

يمكن أن يؤدي تصغير هيدروكسيد المعدن إلى زيادة مساحة التلامس بين المسحوق والبولي أوليفين، والذي بدوره يمكن أن يخفف من الانخفاض في الخواص الميكانيكية بسبب العدد الكبير من مثبطات اللهب، وبالتالي تحسين كفاءة مثبطات اللهب.

مركب مع ATH وMH، يضاف إلى EVA، والاستفادة الكاملة من درجة حرارة التحلل المختلفة ATH (200 درجة مئوية) وMH (330 درجة مئوية)، وذلك لتحقيق تأثير مثبطات اللهب المتدرج في درجة حرارة التحلل المختلفة عند EVA حرق مادة الكابل.

هناك أيضًا باحثون لديهم محولات لتحسين نسبة مثبطات اللهب في البولي أوليفينات، يمكن للمتوافقات أن تخفف من الخواص الميكانيكية بسبب إضافة مثبطات اللهب الناتجة عن تقليل الحالة، والتي تحتاج فقط إلى إضافة المتوافقات المختلطة إلى مادة الكابل، لا تزيد العمليات الإضافية، والتأثير واضح جدًا.

2.2 مثبطات اللهب المنتفخة لمواد الكابلات EVA.

يعتمد تكوين مثبطات اللهب المنتفخة (IFR) بشكل أساسي على الفوسفور والنيتروجين، وتتحلل مادة الفسفور بالحرارة لتوليد حمض لتعزيز كربنة البوليمرات لتشكيل طبقة عزل الكربون؛ تتحلل مادة النيتروجين بالحرارة لتوليد الغاز بحيث يكون لطبقة عزل الكربون نمط قرص العسل. يمكن لطبقة الكربون على شكل قرص العسل أن تلعب دور حاجز الأكسجين، والعزل الحراري، وفي الوقت نفسه يمكن أن تمنع انخفاض الذوبان.

ومع ذلك، فإن سعر مثبطات اللهب المنتفخة باهظ الثمن مقارنة بهيدروكسيد المعدن، وسعر مثبطات اللهب المنتفخة الشائعة هو 3 إلى 5 مرات من هيدروكسيد المعدن. تستخدم مثبطات اللهب المنتفخة بشكل أساسي في مواد الكابلات الخاصة ذات القيمة المضافة العالية، والجرعة صغيرة نسبيًا، ويعد تطوير مثبطات اللهب المنتفخة غير المكلفة نسبيًا أحد اتجاهات التطوير المستقبلية.

بالمقارنة مع مثبطات اللهب هيدروكسيد المعدن، ستنتج مثبطات اللهب المنتفخة المزيد من الدخان عند الاحتراق، في مواد الكابلات المثبطة للهب الخالية من الهالوجين ومثبطات اللهب هيدروكسيد المعدن سيتم استخدامها بشكل عام للتركيب، من ناحية، كفاءة مثبطات اللهب المنتفخة هي عالية نسبيا، يمكنك تقليل كمية هيدروكسيد المعدن. من ناحية أخرى، هيدروكسيد المعدن له تأثير جيد جدًا في إخماد الدخان؛ استخدام مركبتي مثبطات اللهب لتحقيق تأثير أفضل لمثبطات اللهب منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين. يمكن أن يؤدي الجمع بين مثبطات اللهب إلى تحقيق تأثير مثبط للهب منخفض الدخان وخالي من الهالوجين.

بالإضافة إلى ذلك، تشتمل مثبطات اللهب من النوع الموسع أيضًا على جرافيت قابل للتوسيع (EG)، وتكون كفاءة استخدام مثبطات اللهب وحدها منخفضة، ولكن من السهل استخدامها مع مثبطات اللهب الأخرى.

مثبطات اللهب المنتفخة

2.3 مثبطات لهب البورون لمواد الكابلات EVA.

يمكن أن يشكل مثبطات اللهب البورون في الحرق طبقة واقية تشبه الزجاج لحماية طبقة الكربون البولي أوليفين من عدم تدميرها، ولمنع المواد القابلة للاحتراق المتطايرة من الهروب. يمكن لواحد من بورات الزنك التي تحتوي على الماء أن يطلق جزيئات الماء عند تسخينه، ويزيل الحرارة، مما يقلل من نقطة اشتعال الاحتراق، ويلعب تأثيرًا مثبطًا للهب.

الجرافيت القابل للتوسيع

2.4 مثبطات اللهب السيليكونية لمادة الكابلات EVA.

مثبطات اللهب السيليكونية هي مثبطات للهب الأخضر، ذات سمية منخفضة، وقطرات مضادة للانصهار والدخان وخصائص أخرى. يلعب السيليكون في الاحتراق، وبقايا السيليكون في الطور المكثف، وتشكيل طبقة زجاجية متفحمة غير عضوية، دورًا في العزل الحراري وحاجز الأكسجين، وذلك لتحقيق تأثير تآزري مثبط للهب.

مواد مثبطة للهب مقاومة للحريق من البورسلين (تحتوي على مثبطات اللهب من السيليكون في درجات حرارة عالية لتوليد غلاف سيراميك صلب) في دور عامل البورسلين، يمكن أن يكون احتراق الكابل من البورسلين تلقائيًا، وتشكيل غلاف صلب، يلعب دورًا في العزل الحراري عزل الأكسجين. كلما ارتفعت درجة حرارة الاشتعال العامة، كلما كانت القشرة الخزفية أصعب، وكلما كان السطح أكثر كثافة، كان تأثير مقاومة الحريق أفضل.

يمكن للمواد الخزفية المقاومة للحرارة وغيرها من مركبات مثبطات اللهب أن تحقق تأثيرًا فعالاً في مقاومة الحريق. في الوقت الحاضر، تم استخدام كابلات البولي أوليفين المثبطة للهب والسيليكون الخزفية على نطاق واسع في المباني الشاهقة والنقل بالسكك الحديدية والسفن وغيرها من المشاريع المهمة، وهو حاليًا اتجاه تطوير مهم للكابلات المقاومة للحريق المثبطة للهب.

كابلات مقاومة للهب من السيراميك

كابلات مقاومة للهب من السيراميك

كابلات مقاومة للهب من السيراميك

GB/T19666-2019 أدى معيار 'الأسلاك والكابلات المقاومة للهب والمقاومة للحريق أو كابلات الألياف الضوئية' إلى زيادة متطلبات الأداء منخفضة السمية للكابلات المثبطة للهب منخفضة الدخان والخالية من الهالوجين، وتركيز أكاسيد النيتروجين ( تم أيضًا تحديد أكاسيد النيتروجين <90 مجم / م 3) وسيانيد الهيدروجين (HCN <55 مجم / م 3)، مما يضع متطلبات أعلى لمواد الكابلات المقاومة للهب والخالية من الهالوجين منخفضة الدخان، وبالتالي، في المستقبل، يمكن تنفيذ كابلات مثبطات اللهب منخفضة الدخان والخالية من الهالوجين من الجوانب الثلاثة التالية:

(1) EVA ومثبطات اللهب الخالية من الهالوجين تتمتع بتوافق جيد، ولكنها تتمتع أيضًا بأداء معالجة جيد، وقد أصبحت أهم مواد مصفوفة مثبطات اللهب للكابلات الخالية من الهالوجين منخفضة الدخان. إيفا بسبب إدخال المجموعات القطبية، مما يقلل من قوة الشد وخصائص العزل، يجب أن يكون إعداد أغلفة منخفضة الدخان خالية من الهالوجين، وبقوة شد عالية من PE، PP والبوليمرات الأخرى، من أجل تحقيق المعيار متطلبات الكابل.

خصائص العزل EVA منخفضة نسبيًا، مما يحد من استخدامه كنطاق كابلات متوسطة وعالية الجهد، وكيفية تحسين خصائص العزل لمواد الكابلات المقاومة للهب والخالية من الهالوجين منخفضة الدخان والتي تعتمد على EVA، اتجاه مهم لتطوير مواد الكابلات المقاومة للهب والخالية من الهالوجين منخفضة الدخان.

(2) هيدروكسيد المعدن باعتباره EVA مادة كابل مثبطات اللهب منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين هي واحدة من أهم مثبطات اللهب، وتعديل السطح وحجم الجسيمات متناهية الصغر هو اتجاه التطوير، مثبطات اللهب غير العضوية المنخفضة في الصين التعديل يمكن أن يلبي متطلبات مواد الكابلات التقليدية المقاومة للهب الخالية من الهالوجين، ورخيص؛ مثبطات اللهب هيدروكسيد المعدن الراقية أو الاعتماد على الواردات يهيمن عليها توقع حدوث اختراق في تكنولوجيا تعديل مثبطات اللهب المحلية المتطورة في أقرب وقت ممكن لمواد الكابلات المثبطة للهب الخالية من الهالوجين منخفضة الدخان في الصين ذات الجودة العالية والشاملة. مواد الكابلات المقاومة للهب الخالية من الهالوجين من أجل التنمية الشاملة منخفضة الدخان في الصين للمساعدة عالية الجودة.

(3) إن تركيب مثبطات اللهب هو الفكرة الأساسية لاستخدام مثبطات اللهب لمواد الكابلات المقاومة للهب الخالية من الهالوجين، ولكن تصميم الصيغة يحتاج إلى أن يأخذ في الاعتبار أحدث متطلبات السمية للكابلات الخالية من الهالوجين منخفض الدخان. يجب التحكم في جرعة مثبطات اللهب من نوع التمدد ضمن نطاق معقول، وإلا، حتى لو كان أداء مثبطات اللهب مؤهلاً، إلا أن أداء الدخان المنخفض والسمية المنخفضة لا يفي بالضرورة بالمتطلبات القياسية، وهو الإصدار الجديد من الهالوجين منخفض الدخان - التنفيذ القياسي للكابلات المقاومة للهب لعدد كبير من العاملين في مجال البحث العلمي يجب أن يواجه هذه المشكلة.

خاتمة

في إطار السعي المستمر لسوق مواد الكابلات الحالي لتكنولوجيا مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين منخفض الدخان، نجحت شركة YINSU Flame Retardant Company في تطوير سلسلة من مثبطات اللهب الجديدة منخفضة الدخان الخالية من الهالوجين بفضل قدرتها المبتكرة على البحث والتطوير. تشتمل هذه المنتجات على الفوسفور الأحمر المطلي بالكبسولة الدقيقة FRP-950X، والبيبيرازين PPAP-15، والجرافيت القابل للتوسيع EG، وجميعها تتمتع بخصائص مثبطة للهب عالية الكفاءة.

لا يؤدي تطبيق تقنية الكبسلة الدقيقة إلى تحسين الاستقرار الحراري للفسفور الأحمر فحسب، بل يقلل أيضًا من تأثيره المحتمل على معدات المعالجة والبيئة. كنوع جديد من مركبات الفوسفور والنيتروجين، يُظهر البيبرازين PPAP-15 تثبيطًا ممتازًا للهب وانبعاثًا منخفضًا للدخان. يمكن للجرافيت EG القابل للتوسيع أن يتوسع بسرعة ليشكل طبقة كربون كثيفة عند تعرضه للحرارة، مما يعزل الأكسجين والحرارة بشكل فعال ويعزز تأثير مثبطات اللهب للمادة. بالإضافة إلى ذلك، قامت شركة YINSU Flame Retardant بتطوير مثبطات الحريق الخزفية، والتي تشكل طبقة سيراميك صلبة عند درجات حرارة عالية لتوفير حماية إضافية من الحرائق. إن الخصائص المضافة المنخفضة لمثبطات اللهب المبتكرة هذه لا تلبي متطلبات مثبطات اللهب لمواد الكابلات فحسب، بل تساعد أيضًا في تقليل التكلفة الإجمالية لمثبطات اللهب، مما يوفر حلاً فعالاً من حيث التكلفة لصناعة مواد الكابلات. مع استمرار التقدم التكنولوجي ونمو الطلب في السوق، من المتوقع أن تحتل هذه المنتجات من YINSU Flame Retardant مكانة هامة في سوق مواد الكابلات في المستقبل.