Halogenfreie flammhemmende Materialien in Gebäudekabeln: Branchenbedürfnisse und technologische Innovation

Halogenfreie flammhemmende Materialien in Gebäudekabeln: Branchenbedürfnisse und technologische Innovation

ICH. Umfangreiche Verlegung von Gebäudekabeln und potenzielle Brandgefahr

In modernen Gebäuden sind Kabel nicht nur die Infrastruktur zur Stromübertragung, sondern spielen auch eine unersetzliche Rolle beim Informationsaustausch und Energiemanagement. Von Wohnhochhäusern über Industriegebäude bis hin zu öffentlichen Einrichtungen sind Kabel zum Kernnetz geworden, das durch alle Bereiche von Gebäuden verläuft. Systeme wie Energie, Telekommunikation, Datenkommunikation und Notbeleuchtung sind alle auf den normalen Betrieb von Kabeln angewiesen. Daher steht die Sicherheit von Kabeln in direktem Zusammenhang mit der Gesamtsicherheit des Gebäudes, insbesondere im Falle von Notfällen wie einem Brand sind die Rolle und Leistung von Kabeln besonders wichtig.

Allerdings erfüllen Kabel nicht nur wichtige Übertragungsfunktionen, sondern bergen auch gewisse Brandrisiken. Über ihre Leiter und Übertragungsadern hinaus enthalten Kabel in der Regel eine Vielzahl von Polymermaterialien wie Isolierungen, Mäntel und Auskleidungsschichten, von denen die meisten brennbar sind. Im Brandfall liefern diese Kabel große Mengen Treibstoff und Überhitzung, Kurzschlüsse oder elektrische Fehler in den Kabeln können die Zündquelle sein. Gleichzeitig verläuft das Kabelnetz durch jedes Stockwerk und jeden Raum des Gebäudes, und sobald ein Feuer ausbricht, breitet sich das Feuer extrem schnell aus und gefährdet die Gesamtsicherheit des Gebäudes ernsthaft.

Daher ist die Flammschutztechnologie bei der Konstruktion und Verwendung von Gebäudekabeln besonders wichtig. Die Aufgabe von Flammschutzmitteln besteht nicht nur darin, die Ausbreitung von Flammen zu verlangsamen, sie können den Menschen im Gebäude im Frühstadium eines Brandes auch wertvolle Fluchtzeit verschaffen und die Bildung giftiger Dämpfe reduzieren, was insbesondere in dicht besiedelten Gebäuden äußerst wichtig ist besiedelte Orte wie Schulen, Krankenhäuser, Flughäfen und andere Orte. Effektive flammhemmende Materialien und Lösungen verbessern nicht nur die Erfolgsquote bei der Brandbekämpfung, sondern gewinnen auch mehr Zeit für die Brandbekämpfung und Rettung und sorgen so für die Sicherheit von Menschenleben.

II. CLeistungsstarker Brandschutz: der Schlüssel zur Verhütung und Kontrolle von Gebäudebränden

In modernen Gebäuden erfüllen Kabel nicht nur die Kernfunktion der Strom- und Signalübertragung, sondern spielen auch eine wichtige Rolle bei der Brandverhütung und -bekämpfung. Da das Gebäude immer höher und komplexer wird, ist das Kabelnetz zur „Lebensader“ durch das Gebäude geworden. Allerdings können diese Kabel im Brandfall zum Träger von Brandherden werden und sogar die Brandausbreitung beschleunigen. Daher ist der Brandschutz von Kabeln, insbesondere der Feuerwiderstand und die Flammenausbreitungseigenschaften, zu einem wichtigen Bestandteil der Gebäudebrandplanung geworden.

In Gebäuden gibt es viele Arten von Kabeln, von feuerbeständigen Kabeln bis hin zu herkömmlichen Kabeln, und die Brandschutzleistung jedes Kabels unterliegt strengen Standards. Feuerbeständige Kabel, insbesondere solche, die für Brandmeldesysteme und Notbeleuchtungssysteme verwendet werden, müssen in der Lage sein, über lange Zeiträume in einer heißen Brandumgebung weiter zu funktionieren, um sicherzustellen, dass die Sicherheitskommunikations- und Beleuchtungssysteme im Gebäude nicht beeinträchtigt werden . Diese Kabel sind in der Lage, schnellen Temperaturschwankungen, Kaltwasserschocks und mechanischen Belastungen standzuhalten und gleichzeitig die Integrität der Schaltkreise im Brandfall aufrechtzuerhalten.

Die Brandgefahr durch Kabel beschränkt sich nicht nur auf die Ausbreitung von Flammen; Rauchentwicklung, Sauergasemissionen und die freigesetzte Wärmemenge sind ebenfalls wichtige Faktoren für den Brandschutz. Rauchkonzentration und giftige Gasemissionen wirken sich direkt auf die Fluchtzeit und die Überlebenschancen bei einem Brand aus. Insbesondere in öffentlichen Gebäuden und dicht besiedelten Orten sind raucharme und toxische Kabelmaterialien besonders wichtig. Daher wurden international detaillierte Prüfnormen für die Brennleistung von Kabeln entwickelt, die eine Reihe von Indikatoren wie Brennlänge, Wärmefreisetzung, Rauchdichte und Säuregasemission abdecken, um die Brandsicherheit von Kabeln umfassend zu bewerten.

Das Brandverhalten von Kabeln hängt nicht nur von den flammhemmenden Eigenschaften der ausgewählten Materialien ab, sondern hängt auch eng mit deren Design und Herstellungsprozess zusammen. Die Leistung verschiedener Kabeltypen im Brandfall ist häufig das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen den Eigenschaften des Polymermaterials und der strukturellen Gestaltung des Kabels. Um den Brandschutz von Kabeln zu maximieren, müssen bei der Auswahl der Materialien und der Konstruktion der Kabel die Anforderungen an Flammwidrigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und geringe Rauchentwicklung berücksichtigt werden.

III. Eines der wichtigsten Kabelmaterialien: Polyvinylchlorid

Im Hinblick auf den Brandschutz sind die flammhemmenden Eigenschaften von Kabelmaterialien von entscheidender Bedeutung. Mit dem zunehmenden Umweltbewusstsein und den strengen Anforderungen an Sicherheitsstandards sind Polymermaterialien mit anorganischen nichthalogenierten Phosphor-Stickstoff-Flammschutzmitteln nach und nach zu einem Trend in der Branche geworden. Diese Flammschutzmittel verbessern nicht nur wirksam den Brandschutz von Kabeln, sondern verbessern auch die Umweltfreundlichkeit sowie die Gesundheit und Sicherheit von Kabeln erheblich, insbesondere im Umgang mit halogenhaltigen Polymeren wie Polyvinylchlorid (PVC), wodurch die Freisetzung von Kabeln deutlich reduziert werden kann schädliche Gase.

1. Status und Herausforderungen von PVC-Kabelmaterialien

Kabel aus Polyvinylchlorid (PVC) sind eines der am häufigsten verwendeten Materialien in der Kabelindustrie, insbesondere das Weich-PVC-Material, das aufgrund seiner hervorragenden Formbarkeit und Kosteneffizienz häufig in Energie- und Telekommunikationsanwendungen eingesetzt wird. Obwohl PVC selbst über einige flammhemmende Eigenschaften verfügt, ist es in der Praxis häufig erforderlich, große Mengen an Weichmachern zuzusetzen, um die Flexibilität zu verbessern. Diese Weichmacher machen PVC-Kabel jedoch im Brandfall zu einer potenziellen Brennstoffquelle. Dadurch breitet sich die Flamme von PVC-Kabeln in einer Brandumgebung schneller aus und setzt eine große Menge giftigen Rauchs frei, was die Gefahr nach einem Brand erheblich erhöht.

2. Auswahl und Anwendung wirksamer Flammschutzmittel

Um die Flammhemmung von PVC-Kabeln zu verbessern, fügt die Industrie in der Regel verschiedene Flammschutzmittel hinzu, gängige wie Antimontrioxid (ATO). ATO ist ein typisches Flammschutzmittel, das eine bemerkenswerte Wirkung auf flexible PVC-Kabel hat und dazu in der Lage ist um die Flammenausbreitung wirksam zu verhindern. Obwohl ATO hinsichtlich der Umweltfreundlichkeit Vorteile bietet, ist seine Leistung im Brandfall in der praktischen Anwendung nicht zufriedenstellend. Da die Zugabe von Antimontrioxid die Menge an schwarzem Rauch, die beim Verbrennen eines Kabels entsteht, erheblich erhöht, verringert sich dadurch die allgemeine Brandsicherheit des Kabels.

Um dieses Problem anzugehen, haben viele Kabelhersteller auf Metallhydroxid-Flammschutzmittel wie Aluminiumhydroxid (ATH) und Magnesiumhydroxid (MDH) zurückgegriffen. Diese Hydroxide bieten nicht nur hervorragende flammhemmende Eigenschaften, sondern reduzieren auch effektiv die Rauchentwicklung, indem sie die Rauchdichte und die Emission giftiger Gase im Brandfall senken. Darüber hinaus kann durch die Kombination mit anderen synergistischen Flammschutzmitteln wie Zinkhydroxystannat und Zinkborat die Flammenunterdrückungsfähigkeit des Kabels weiter verbessert und die negativen Auswirkungen der Rauchentwicklung reduziert werden.

3. Umweltschutz und Sicherheit in Einklang bringen: Kabelmaterialien mit geringer Rauchentwicklung und geringer Toxizität

Da die Anforderungen an die Sicherheit von Gebäuden und die Umweltverträglichkeit immer weiter steigen, werden PVC-Kabelmaterialien mit geringer Rauchentwicklung und geringer Toxizität immer beliebter. Bei der Entwicklung dieser Materialien wurde ein besonderer Schwerpunkt auf die Reduzierung der im Brandfall entstehenden schädlichen Gase und Rauche gelegt. Beispielsweise hemmt Zinkhydroxystannat als synergistisches Flammschutzmittel nicht nur die Flammenausbreitung bei seiner Reaktion mit elementarem Chlor, sondern reduziert auch die Rauchentwicklung durch die Bildung einer Koksschicht, wodurch die Gesamtsicherheit und die Anpassungsfähigkeit an die Umwelt erheblich verbessert werden Kabel.

Das Brandverhalten von Kabeln ist besonders wichtig in Bereichen mit hohem Risiko, beispielsweise in Deckenbereichen. Deckenfächer sind häufig mit Strom-, Kommunikations- und Datenübertragungskabeln gefüllt, die bei einem Brand die Quelle einer Brandausbreitung sein können. Aus diesem Grund ist in diesen Bereichen der Einsatz von Kabelmaterialien erforderlich, die strenge Brandschutznormen erfüllen. In den Vereinigten Staaten müssen beispielsweise Kabel in Deckenfächern der Norm NFPA 90A entsprechen, die verlangt, dass das Kabelmaterial sehr geringe Rauchemissionen und Toxizität aufweist und gleichzeitig einem dauerhaften Betrieb in Umgebungen mit hohen Temperaturen standhalten muss .

4. Typische Formulierungen und zukünftige Entwicklungen

Da die Technologie immer weiter voranschreitet, werden die Rezepturen für raucharme und flammhemmende PVC-Kabelmaterialien immer weiter optimiert. Die neuesten Formulierungen verbessern nicht nur die Flammhemmung, sondern reduzieren auch die Wärmeentwicklung und die Emission giftiger Gase bei der Verbrennung weiter und erfüllen so die doppelten Anforderungen an Sicherheit und Umweltfreundlichkeit in modernen Gebäuden. Mit diesen innovativen Kabelmaterialien wird die Brandschutzleistung von Gebäuden deutlich verbessert, insbesondere an Hochrisikostandorten wie Rechenzentren, Gewerbegebäuden und Krankenhäusern.

IV. Halogenfreie flammhemmende Kabel: ein neuer Trend in der Kabelindustrie

In modernen Bau- und Industrieanwendungen dient die Flammwidrigkeit des Kabels nicht nur der Brandverhütung und -kontrolle, sondern wirkt sich auch direkt auf den sicheren Betrieb des elektrischen Systems aus. Halogenfreie, flammhemmende Kabel mit ihren umweltfreundlichen, geringen Toxizitäts- und Raucheigenschaften sind zu einer neuen Generation von Kabelmaterialien geworden, die die gängige Wahl sind. Solche Kabel sind mit einem halogenfreien Flammschutzmittel (HFFR) oder einem rauchfreien, halogenfreien Flammschutzmittel (LSFOH) modifiziert, das die Ausbreitung von Flammen wirksam hemmen und die Freisetzung giftiger Gase und Rauch im Brandfall reduzieren kann eine wichtige Sicherheitskomponente in modernen Gebäuden, Transporteinrichtungen, Kommunikationsnetzen und anderen wichtigen Bereichen.

1. Hauptmaterialien und flammhemmender Mechanismus

Das am häufigsten verwendete Basispolymer bei der Herstellung von halogenfreien flammhemmenden Kabeln ist eine Mischung aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA) und linearem Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE). Diese Art von Polymerbasis vereint gute Verarbeitbarkeit und mechanische Eigenschaften in Kabelmaterialien. Um die Flammhemmung von Kabeln zu verbessern, wird als Hauptflammschutzmittel vom Füllstofftyp Aluminiumhydroxid (ATH) verwendet, das im Feinfällungsverfahren verarbeitet wird und eine Partikelgröße von etwa 1 Mikrometer aufweist. Aluminiumhydroxid, das normalerweise 60–65 Gew.-% ausmacht, kann effektiv Feuchtigkeit abgeben und im Falle eines Kabelbrandes als Flammenunterdrücker wirken.

Die Verwendung von Haftvermittlern in der Formulierung gewährleistet die physikalischen Eigenschaften des Kabelmaterials nach der Verarbeitung und gewährleistet so eine hervorragende Haltbarkeit und Zuverlässigkeit. Diese halogenfreien, flammhemmenden Kabel werden in der Regel mit Standard-Extrusionsverfahren hergestellt, um effiziente und konsistente Flammschutzeigenschaften zu gewährleisten.

2. Hochleistungsanwendungen und besondere Anforderungen

Bei Kabeln mit besonderen Anforderungen an die Chemikalien-, Abrieb- oder Hitzebeständigkeit, wie beispielsweise Aufzugskabel, Aufzugskabel oder Photovoltaikkabel, werden im Produktionsprozess häufig duroplastische oder vernetzte Kabelmaterialien eingesetzt. Die Vernetzungsreaktion wird üblicherweise durch Peroxide initiiert, ein Prozess, der die mechanische Festigkeit und thermische Stabilität des Kabelmaterials deutlich verbessert. Zu den gängigen Elastomermaterialien gehören Ethylen-Propylen-Diolefin-Copolymere (EPDM) und hochprozentige Ethylen-Vinylacetat-Copolymere (EVM), die nicht nur vernetzt und modifiziert werden, um die Leistung der Kabel zu verbessern, sondern auch um ihre Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen zu erhöhen Altern. Um die flammhemmende Wirkung weiter zu optimieren, beträgt der Gewichtsanteil von Aluminiumhydroxid üblicherweise 50–60 %, und es können auch synergistische Flammschutzmittel wie Zinkborat zugesetzt werden, um die gesamte flammhemmende Wirkung zu verstärken.

3. Elektronenstrahlhärtung und die besonderen Anforderungen von Solarkabinenles

Bei der Herstellung von Photovoltaikkabeln hat sich die Elektronenstrahl-Härtungstechnik als Standardverfahren etabliert. Diese Technologie verbessert die thermische Stabilität und UV-Beständigkeit von Kabeln, indem sie das Kabelmaterial mit einem Elektronenstrahl vernetzt. Photovoltaikkabel erfordern eine hohe Temperaturbeständigkeit und langfristige UV-Beständigkeit, daher wird in dieser Anwendung häufig Magnesiumhydroxid (MDH) gegenüber Aluminiumhydroxid bevorzugt, insbesondere bei höheren Verarbeitungstemperaturen, um die Flammwidrigkeit des Kabels besser zu gewährleisten.

4. Kombination von hochabriebfesten Polymeren mit anorganischen Phosphor- und Stickstoff-Flammschutzmitteln

Für einige Spezialkabel, beispielsweise hochverschleißfeste Kabel, werden aufgrund ihrer hervorragenden physikalischen Eigenschaften häufig Materialien wie thermoplastisches Polyurethan (TPU) verwendet. Die Verwendung von anorganischen Phosphor-Stickstoff-Flammschutzmitteln in solchen Grundmaterialien hat sich zu einer etablierten Technologie entwickelt. Durch die Dosierung von Melaminderivaten, organischen Phosphatestern, Hypophosphitestern und Metallhydroxiden (z. B. Aluminiumhydroxid oder Magnesiumhydroxid) in unterschiedlichen Verhältnissen kann die flammhemmende Wirkung von Kabeln bei gleichzeitiger Beibehaltung der guten mechanischen Eigenschaften der Materialien deutlich gesteigert werden.

5. Entwicklungstrends und Umweltanforderungen

Angesichts der immer strengeren Umweltvorschriften werden halogenfreie, flammhemmende Kabel aufgrund ihrer geringen Rauchentwicklung und geringen Toxizität immer mehr zur ersten Wahl für die Bau-, Transport-, Energie- und andere Industriezweige. Durch die Optimierung der Formulierung und des Produktionsprozesses von halogenfreien, flammhemmenden Kabeln werden künftige Kabelmaterialien umweltfreundlicher und effizienter, erfüllen höhere Sicherheits- und Umweltstandards und tragen zum Aufbau eines umweltfreundlicheren und sichereren Stromübertragungssystems bei.

VI. Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass halogenfreie, flammhemmende Kabel in modernen Gebäuden, Industrien und besonderen Umgebungen eine unersetzliche und wichtige Rolle spielen. Durch den Einsatz fortschrittlicher halogenfreier Flammschutzmittel und optimierter Polymerformulierungen weisen diese Kabel hervorragende Vorteile hinsichtlich Brandschutz, Umweltfreundlichkeit und mechanischen Eigenschaften auf. Halogenfreie, flammhemmende Kabel hemmen nicht nur wirksam die Ausbreitung von Flammen und reduzieren die Freisetzung giftiger Dämpfe, sie reduzieren auch die negativen Auswirkungen auf die Umwelt und erfüllen immer strengere Umwelt- und Sicherheitsstandards. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie werden die künftigen halogenfreien, flammhemmenden Kabel effizienter und zuverlässiger sein und eine größere Rolle in intelligenten Gebäuden, erneuerbaren Energien und anderen Bereichen spielen. Angesichts der komplexen und sich ändernden Anwendungsanforderungen werden die Innovation und Entwicklung halogenfreier, flammhemmender Kabel weiterhin die Gebäudesicherheit und den Umweltschutz auf ein höheres Niveau bringen und zu einem integralen Bestandteil des zukünftigen elektrischen Sicherheitssystems werden.

Die mikroverkapselten roten Phosphor-Ersatzstoffe FRP-950X, FRP-8050 und Antimontrioxid von YINSU Flame Retardant spielen eine Schlüsselrolle in raucharmen, halogenfreien Kabeln. Mikroverkapselter roter Phosphor kann während der Verbrennung wirksam freie Radikale einfangen, die Verbrennungskettenreaktion unterbrechen und die Flammenausbreitung erheblich hemmen. Die von ihm erzeugten phosphorhaltigen Verbindungen können die Bildung von Kohlenstoffschichten fördern, Sauerstoff und Wärme isolieren und die flammhemmenden Eigenschaften von verbessern Kabel. Extrem niedrige Additivmenge und Rauchdichte bei gleichzeitiger Reduzierung der zugesetzten Menge an Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid, um die Zähigkeit des Rohmaterials aufrechtzuerhalten. Die zusammengesetzte Antimon-T-Serie kann Antimontrioxid vollständig ersetzen, wodurch die effiziente Flammschutzwirkung erhalten bleibt und gleichzeitig die Flammschutzkosten gesenkt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die raucharmen, halogenfreien Kabel im Brandfall einen besseren Brandschutz bieten, was eine starke Garantie für den Brandschutz des Gebäudes darstellt.