운송 케이블용 LSZH 화합물: 표준 및 가이드

LSZH 화합물이 운송에 필수인 이유

운송 환경에서 LSZH의 사례는 이론적 위험보다는 문서화된 화재 사고를 기반으로 구축되었습니다. 31명의 목숨을 앗아간 1987년 런던 킹스 크로스 지하 화재와 192명의 목숨을 앗아간 한국의 2003년 대구 지하철 화재는 둘 다 할로겐 케이블 연기가 밀폐된 철도 환경에서 얼마나 빠르게 승객을 무력화시키는지 보여주었습니다. 두 사건에 대한 독성학적 분석을 통해 불타는 케이블 재킷에서 발생하는 염화수소(HCl)와 일산화탄소가 직접적인 화염 접촉으로 인한 사망자 수를 초과하는 사망자 수의 주요 원인으로 확인되었습니다.

교통 환경의 물리적 제약은 건물 화재와 달리 화재 가스 위험을 증폭시킵니다.

• 밀폐되고 가압된 공간: 지하철 객차나 항공기 객실에는 환기가 제한된 고정된 공기량이 있습니다. 연기와 독성 가스는 빠르게 축적됩니다. 1,000ppm을 초과하는 HCl 농도는 개방형 건물 복도에서 몇 분 안에 비해 이러한 공간에서는 몇 초 만에 즉시 생명에 위험해집니다.
• 높은 케이블 밀도: 현대식 철도 차량에는 차량당 2~5km의 케이블이 포함되어 있습니다. 단일 열차 세트는 전체 구성에 걸쳐 15~25km의 케이블을 운반할 수 있습니다. 이는 기존 할로겐화 화합물을 전체적으로 사용하는 경우 상당한 연료 부하입니다.
• 대피 제한 사항: 승객은 터널, 물 위, 고도에서 자유롭게 대피할 수 없습니다. 대피 시간은 최소 분 단위로 측정되며, 이 동안 케이블 연소로 인한 유독 가스 농도가 지속적으로 상승합니다.
• 응급구조원 노출: 불타는 철도 차량이나 항공기 화물창에 들어가는 소방관은 연소 가스에 지속적으로 노출됩니다. LSZH 화합물은 반응자의 급성 독성 부담을 줄여 개입 효과를 향상시킵니다.

이러한 요인은 운송 케이블 표준이 건축 케이블 표준보다 훨씬 더 엄격한 이유와 이유를 설명합니다. 운송 케이블용 LSZH 화합물 범용 LSZH 케이블 소재를 능가하는 성능 수준으로 제작되었습니다.

LSZH 화합물은 무엇으로 만들어지나요?

LSZH 화합물은 단일 재료가 아닌 다성분 폴리머 혼합물입니다. 이 제제는 케이블 처리를 위한 기계적 유연성, 운송 유지 관리에 사용되는 연료 및 세척제에 대한 내화학성, 여러 독립적인 테스트 매개변수를 충족하는 화재 성능을 동시에 제공해야 합니다. 주요 구성 그룹은 다음과 같습니다.

베이스 폴리머 시스템

할로겐 프리 난연제(HFFR) 필러

삼산화안티몬 및 브롬화 화합물과 같은 기존 난연제는 LSZH 제제에서 제외됩니다. 대신, 운송 등급 LSZH 화합물은 흡열 분해 방식으로 작동하는 수산화광물 시스템에 의존합니다. 즉, 화재로부터 열을 흡수하고 수증기를 방출하여 가연성 가스를 희석하고 화염 전면을 냉각시킵니다.

• 알루미늄 삼수화물(ATH): 섭씨 180~200도에서 분해되어 ATH 1몰당 3몰의 물을 방출합니다. 가장 널리 사용되는 HFFR 필러로 일반적으로 화합물 중량의 50~65%를 함유합니다. 이러한 로딩 수준에서 ATH는 열분해에 사용할 수 있는 유기 폴리머 함량을 줄여 연기 억제 기능도 제공합니다.
• 수산화마그네슘(MDH): ATH보다 훨씬 높은 섭씨 300~320도에서 분해되므로 ATH가 압출 중에 조기에 탈수되기 시작하는 200도 이상의 온도에서 처리되는 화합물에 적합합니다. 가공 온도와 난연성을 모두 달성해야 하는 고성능 운송용 화합물에 사용됩니다.
• 헌타이트 및 하이드로마그네사이트 혼합물: ATH 또는 MDH 단독보다 더 넓은 분해 온도 범위를 제공하여 지속적인 화염 노출로 인해 다양한 열 조건이 발생하는 응용 분야에서 성능이 향상됩니다. EN 45545 위험 수준 HL3 인증이 필요한 전문 철도 및 항공우주 제조에 사용됩니다.
• 아연 붕산염 상승제: 숯 형성을 강화하고 1차 수산화물 시스템이 제공하는 연기 밀도 감소를 개선하기 위해 2~5% 로딩으로 추가됩니다. 아연 붕산염은 케이블 표면에 안정되고 팽창성인 숯 층을 촉진하여 아래의 연소되지 않은 화합물을 추가적인 열 입력으로부터 보호합니다.

가공 첨가제 및 안정제

LSZH 컴파운드의 높은 미네랄 필러 함량(종종 중량 기준 55~70%)은 가공 문제를 야기합니다. 컴파운드는 충전되지 않은 열가소성 수지보다 더 단단하고 압출 툴링에 더 마모성이 높으며 습기에 더 민감합니다. 운송 등급 LSZH 화합물은 다음과 같습니다.

• 실란 커플링제: 무기 수산화물 충전제 입자와 유기 중합체 매트릭스 사이의 접착력을 향상시킵니다. 커플링제가 없으면 필러-폴리머 경계면이 기계적 응력 하에서 약점이 되어 화합물이 조기 취성 파괴를 나타낼 수 있습니다. 비닐트리메톡시실란 또는 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란으로 커플링 처리하면 처리되지 않은 동종 제품에 비해 파단 신율이 40~80% 향상됩니다.
• 항산화제: 방해된 페놀계 및 포스파이트 항산화제는 섭씨 160~200도에서 압출하는 동안 열 산화 분해로부터 베이스 폴리머를 보호합니다. 항산화제 로딩이 부족하면 가공 중 분자량 감소가 발생하여 완성된 단열재의 기계적 성능이 저하됩니다.
• 가공 보조제: 불소중합체 기반 가공 보조제는 압출 토크와 다이 압력을 줄여 화재 성능에 필요한 높은 필러 로딩으로 압출된 케이블의 표면 마감 품질을 향상시킵니다. 표면 불규칙성이 임피던스 일관성에 영향을 미치는 신호 케이블에 매우 중요합니다.

LSZH 운송 케이블에 적용되는 주요 표준

운송 케이블 사양은 여러 화재 테스트 매개변수에 걸쳐 최소 성능 임계값을 동시에 설정하는 지역 및 부문별 표준에 의해 정의됩니다. 단일 테스트 매개변수를 충족하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 호환 케이블은 관련 표준에서 적용 가능한 모든 테스트를 통과해야 합니다.

EN 45545 - 유럽 철도 표준 상세정보

EN 45545-2는 현재 유럽 시장의 철도 케이블 재료에 적용되는 가장 포괄적인 단일 표준으로, 이전에 개별 국가 철도 네트워크를 관리했던 국가 표준(NFF 16-101, DIN 5510, BS 6853)의 패치워크를 대체합니다. 화재 시나리오 심각도에 따라 세 가지 위험 수준을 정의합니다.

• HL1: 자연 환기가 잘되고 대피 시간이 짧은 저인원 철도 환경에 적용됩니다. 최소 허용 성능 수준 - 화재 안전 결과에서 가장 까다로운 기존 국가 표준과 동일합니다.
• HL2: 지붕이 있는 역과 짧은 터널의 표준 여객철도에 적용됩니다. HL1보다 더 낮은 연기 불투명도(ISO 5659-2에서 최대 Ds 4분 값 300)와 더 엄격한 독성 한계가 필요합니다. 새로운 유럽 철도 차량 조달의 대부분은 내부 케이블에 대해 최소 HL2를 지정합니다.
• HL3: 장터널 철도(1km 초과 터널), 지하철, 침대 열차에 필수인 가장 엄격한 수준입니다. ISO 5659-2에 따라 Ds 4분 최대 150이 필요하고 NF X70-100에 따라 독성 지수(CITG)가 0.9 미만이어야 합니다. 가공 가능하고 유연한 화합물로 HL3을 달성하려면 고도로 최적화된 제제가 필요하며 일반적으로 기본 난연제로 ATH 대신 MDH를 사용해야 합니다.

운송 등급 LSZH 화합물의 성능 특성

운송 등급 LSZH 화합물은 기계적, 전기적, 열적, 화학적 성능 요구 사항을 동시에 충족해야 합니다. 화재 성능만으로는 충분하지 않습니다. 다음 표에는 철도 차량 케이블 응용 분야에 대한 주요 측정 가능한 특성과 일반적인 목표 범위가 요약되어 있습니다.

케이블 제조용 LSZH 화합물 처리

LSZH 컴파운드의 높은 미네랄 필러 함량은 표준 열가소성 케이블 컴파운드에 비해 공정 조정이 필요한 압출 문제를 야기합니다. 운송 등급 LSZH 재료를 처리하는 케이블 제조업체는 일반적으로 다음 사항을 해결해야 합니다.

압출 온도 프로파일

ATH 기반 LSZH 컴파운드는 압출물에 수증기 기포가 발생하고 기계적 특성이 저하되는 필러의 조기 탈수를 방지하기 위해 섭씨 200도 이하에서 가공해야 합니다. MDH 기반 화합물은 최대 섭씨 240도까지 처리할 수 있습니다. 공급 영역에서 다이까지의 온도 프로파일링은 일반적으로 표면 마감을 개선하기 위해 다이에서 약간의 강하와 함께 상승 기울기를 따릅니다. 평평하거나 감소하는 프로파일은 출력 속도를 개선하지 않고 배압과 스크류 마모를 증가시킵니다.

스크류 및 배럴 디자인

LSZH 화합물의 연마성 미네랄 필러(특히 모스 경도가 2.5~3.0인 ATH 및 MDH)는 표준 강철 나사 및 배럴의 마모를 가속화합니다. 운송 복합 프로세서는 일반적으로 바이메탈 배럴(Xaloy 또는 동급)과 Stellite 팁 플라이트 엣지가 있는 나사를 사용하여 표준 질화 강철 툴링에 비해 서비스 수명을 3~5배 연장합니다. 프리미엄 툴링의 경제적 사례는 간단합니다. 대형 캐터필라 압출기의 단일 나사 교체 비용은 $15,000~$40,000이고 3~5일의 가동 중지 시간이 필요합니다.

수분 관리

ATH는 중량 기준 약 34.5%의 화학적으로 결합된 물을 함유하고 있습니다. 이 결합수는 난연성의 메커니즘이지만 주변 습도에서 흡수된 자유 표면 수분은 복합 가공성을 감소시키고 완성된 케이블의 표면 줄무늬, 다공성 및 전기적 성능 저하를 유발할 수 있습니다. 운송 복합 가공업체는 일반적으로 제습 호퍼 건조기를 사용하여 압출 전 2~4시간 동안 섭씨 60~80도에서 LSZH 복합재를 수분 함량이 0.05% 미만이 되도록 사전 건조합니다.

운송 케이블 애플리케이션에 적합한 LSZH 화합물 선택

운송용 LSZH 화합물의 선택 과정은 가장 널리 사용되는 범용 제제를 기본으로 삼는 것이 아니라 응용 분야별 요구 사항에 대한 구조화된 평가를 통해 이루어져야 합니다. 다음과 같은 결정 요소가 중요합니다.

• 규제 표준 및 위험 수준: 차량 내 케이블 설치 위치에 필요한 특정 표준(EN 45545, IEC 60092, FAR 25.853)과 위험 수준 또는 성능 등급을 식별하십시오. 승객용 살롱의 내부 케이블은 외부 도관이나 엔진실의 케이블보다 더 높은 성능을 요구합니다.
• 작동 온도 범위: 표준 LSZH 화합물은 섭씨 70~90도에서 연속 작동이 가능한 등급입니다. 견인 장비, 제동 시스템 또는 엔진실에 근접한 케이블에는 섭씨 125도 또는 섭씨 150도 등급의 화합물이 필요할 수 있으며 가교결합 또는 실리콘 기반 제제가 필요합니다.
• 유연성 및 수명 요구 사항: 연결식 대차, 팬터그래프 메커니즘 또는 슬라이딩 도어의 케이블은 지속적으로 구부러집니다. 이러한 응용 분야에는 높은 파단 연신율(200% 이상)과 IEC 60228 또는 이에 준하는 플렉스 수명이 검증된 LSZH 컴파운드가 필요합니다. 표준 LSZH 피복 컴파운드는 사용 후 몇 개월 내에 플렉스 지점에서 균열이 발생할 수 있습니다.
• 화학적 환경: 철도 차량 유지 관리에는 공격적인 세척제, 유압유, 디젤 연료(하이브리드 및 기관차 응용 분야) 및 금속 미립자가 포함된 브레이크 분진이 포함됩니다. 유지 관리 환경에 존재하는 실제 유체에 대한 내화학성 테스트를 지정하십시오. 일반적인 내유성 데이터는 철도 운영자가 사용하는 특정 세척제 화학 물질을 다루지 않을 수 있습니다.
• 케이블 직경 및 벽 두께: 더 얇은 단열 벽(0.5mm 미만)에는 공극 없는 피복을 달성하기 위해 점도가 낮고 필러 입자 크기 분포가 더 미세한 LSZH 화합물이 필요합니다. 모든 운송 등급 LSZH 컴파운드가 얇은 벽 두께에서 일관되게 처리되는 것은 아닙니다. 의도한 라인 속도와 벽 두께에서 시험 압출 데이터를 사용하여 컴파운드 공급업체에 확인하십시오.