Cáp chậm cháy: cơ chế hoạt động và những lợi ích nổi bật

Chất chậm cháy là loại hợp chất được thêm vào vật liệu làm nên cáp chậm cháy trong quá trình hoặc sau khi sản xuất nhằm ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình cháy. Các chất này tác động ở nhiều giai đoạn khác nhau của quá trình cháy, như giai đoạn gia nhiệt, phân hủy, đánh lửa hoặc lan truyền ngọn lửa. Chức năng chính là ngăn lửa lan rộng hoặc kéo dài thời gian để con người có thể thoát hiểm.

Có hai loại chất chậm cháy: chất phụ gia (additive) và chất phản ứng (reactive). Chất chậm cháy phụ gia được thêm vào nhựa trong quá trình sản xuất, còn chất chậm cháy phản ứng được liên kết hóa học với phân tử polyme. Chất chậm cháy phản ứng thường bền hơn vì không bị tách ra khỏi polyme và có khả năng chậm cháy tốt hơn do tồn tại suốt vòng đời của vật liệu.

>>Xem thêm: Các tiêu chuẩn đối với cáp chậm cháy và các loại cáp chậm cháy phổ biến

2.1 Cáp chậm cháy hỗ trợ cho hệ thống phòng cháy chữa cháy

Cáp chậm cháy đóng vai trò hỗ trợ cho hệ thống phòng cháy chữa cháy. Những loại cáp này giúp ngăn ngừa và làm chậm sự lan truyền của lửa, từ đó kéo dài thời gian để lực lượng cứu hỏa can thiệp và đảm bảo thời gian an toàn cho việc thoát hiểm khi cần thiết.

Chất chậm cháy có trong cáp chậm cháy hoạt động bằng cách ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình cháy theo ba cơ chế chính:

• Ngăn chặn phản ứng dây chuyền: Chúng làm gián đoạn quá trình đốt cháy bằng cách thu giữ các gốc tự do H và OH có năng lượng cao, là những chất xúc tác cho phản ứng cháy.
• Cách ly nhiên liệu khỏi nhiệt: Tạo ra lớp bảo vệ như than hoặc thủy tinh chống cháy trên bề mặt vật liệu, ngăn nhiệt tiếp xúc trực tiếp với nhiên liệu và hạn chế quá trình phân hủy nhiệt.
• Làm loãng khí cháy: Giảm nồng độ oxy và khí dễ cháy bằng cách phát ra nước, nitơ hoặc các khí trơ khác, giúp ngăn lửa phát triển.

2.2 Cáp chậm cháy đáp ứng bối cảnh công nghiệp thay đổi

Một yếu tố chính thúc đẩy sự phát triển của cáp chậm cháy là nhu cầu ngày càng cao từ xã hội. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp và nhà máy sản xuất, nơi yêu cầu về tính an toàn và hiệu suất là rất cao.

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại cùng với sự tiến bộ về khoa học vật liệu, các vật liệu có nguồn gốc tự nhiên như gỗ, kim loại, lông động vật hiện đang được nâng cấp hoặc thậm chí thay thế bằng các vật liệu tổng hợp mới. Mặc dù các vật liệu tổng hợp mang lại nhiều lợi ích đáng kể, chẳng hạn như trọng lượng nhẹ hơn, độ bền cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn – nhưng chúng cũng tạo ra những thách thức riêng về khả năng chống cháy. Do đó, tất cả các vật liệu, đặc biệt là trong môi trường công nghiệp và nhà máy, cần phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn hiện đại nhất để đảm bảo hiệu suất và bảo vệ tối ưu.

2.3 Cáp chậm cháy đảm bảo việc tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn về cháy nổ

Cư dân ở các tòa nhà, nơi làm việc ngày càng quan tâm nhiều hơn đến các biện pháp phòng cháy, chữa cháy ở nơi mà mình sinh sống. Bên cạnh đó, một số ngành công nghiệp đặc thù như thép, dầu khí, công nghiệp hóa chất… có môi trường hoạt động khắc nghiệt, tiềm ẩn nhiều nguy cơ cháy nổ. Do đó, các ngành công nghiệp này phải tuân thủ các quy định và tiêu chuẩn phòng cháy nghiêm ngặt, về việc lựa chọn và sử dụng các loại cáp chậm cháy, cáp chống cháy. Việc tuân thủ các quy định không chỉ bảo vệ tài sản, tính mạng con người mà còn giúp tránh các rủi ro pháp lý. Một số tiêu chuẩn phổ biến đối với cáp chậm cháy bao gồm:

• DIN EN 60754-1 VDE 0482-754-1:2021-02
• DIN EN 60754-2 VDE 0482-754-2:2021-02
• DIN EN 61034-2 VDE 0482-1034-2:2021-02

Các loại cáp chậm cháy hoạt động thông qua các cơ chế khác nhau, tùy thuộc vào loại chất chậm cháy và vật liệu được sử dụng.

3.1 Cơ chế vật lý của cáp chậm cháy

Cáp chậm cháy thường hoạt động theo ba cơ chế vật lý chính để ngăn chặn và giảm thiểu nguy cơ cháy nổ. Dưới đây là ba chế độ chính của tác động vật lý:

• Làm mát: Các chất phụ gia chậm cháy sẽ tạo ra quá trình tỏa nhiệt, làm giảm nhiệt độ của vật liệu xuống dưới mức cần thiết để duy trì quá trình cháy. Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống cáp chịu tải cao, nơi nhiệt độ có thể tăng mạnh.
• Tạo lớp bảo vệ: Lớp vật liệu dễ cháy sẽ được bảo vệ bởi một lớp chắn rắn hoặc khí, ngăn không cho oxy tiếp xúc trực tiếp với cáp và ngăn cản quá trình cháy. Cơ chế này cũng giúp cản trở quá trình truyền nhiệt, đảm bảo an toàn cho hệ thống cáp và thiết bị điện.
• Pha loãng: Các chất độn trong cáp chậm cháy sẽ giải phóng khí trơ khi bị phân hủy, giúp pha loãng nhiên liệu trong cả pha rắn và pha khí. Điều này giúp giảm nồng độ nhiên liệu xuống dưới giới hạn cháy, từ đó ngăn chặn quá trình bắt lửa.

Những cơ chế này giúp tăng cường khả năng chống cháy của cáp công nghiệp, đảm bảo an toàn trong các nhà máy sản xuất và môi trường công nghiệp phức tạp, nơi nhiệt độ cao và nguy cơ cháy nổ luôn hiện diện.

3.2 Cơ chế hóa học của cáp chậm cháy

Các chất chậm cháy thường tương tác với vật liệu cáp qua phản ứng hóa học để tăng cường khả năng của cáp chậm cháy. Những phản ứng này có thể làm thay đổi bản chất của vật liệu, khiến chúng khó bắt lửa hoặc khó duy trì ngọn lửa hơn. Dưới đây là hai cơ chế chính của phản ứng hóa học:

• Phản ứng trong pha rắn: Ở cơ chế này, chất chậm cháy sẽ tạo ra một lớp cacbon trên bề mặt của vật liệu, thường là lớp polymer của cáp. Điều này có thể xảy ra thông qua quá trình khử nước, trong đó chất chậm cháy loại bỏ nước từ vật liệu và hình thành lớp cacbon qua liên kết chéo. Lớp cacbon này hoạt động như một lớp cách nhiệt, ngăn không cho nhiệt độ cao tiếp tục phá hủy vật liệu, bảo vệ lõi cáp chậm cháy khỏi quá trình phân hủy.
• Phản ứng trong pha khí: Phản ứng này can thiệp vào quá trình cháy trong pha khí bằng cách làm gián đoạn các gốc tự do – yếu tố quan trọng trong việc duy trì ngọn lửa. Khi gốc tự do bị phá vỡ, quá trình tỏa nhiệt sẽ dừng lại, giúp giảm nhiệt độ của vật liệu. Đồng thời, nó ngăn chặn việc cung cấp khí dễ cháy, hạn chế khả năng bùng phát ngọn lửa.

4.1 Các ký hiệu FRNC, HFFR, LSZH trên cáp chậm cháy là gì?

Khi lựa chọn cáp chậm cháy, người dùng sẽ dễ dàng bắt gặp các ký hiệu như FRNC (Flame-retardant non-corrosive), HFFR (Halogen-free flame-retardant), LSZH (Low smoke zero halogen) được in trên bề mặt dây cáp. Cả ba loại ký hiệu này đều đề cập đến các loại cáp có khả năng chậm cháy và giảm thiểu tác động tiêu cực trong trường hợp cháy. Điểm khác biệt chính nằm ở các tính năng bảo vệ thiết bị và con người. Cáp chậm cháy FRNC tập trung vào việc không sinh ra chất ăn mòn, trong khi HFFR và LSZH ưu tiên giảm thiểu khí độc và khói. Tuy nhiên, để đánh giá hiệu quả của cáp chậm cháy, người dùng cần xem qua thông tin kỹ thuật (datasheet) của dòng cáp chậm cháy và tìm kiếm sự hỗ trợ từ các chuyên gia để được tư vấn chính xác.

Có nhiều loại cáp chậm cháy khác nhau, một số loại cáp chậm cháy được thể hiện qua ký hiệu cáp, giúp người dùng dễ dàng phân biệt. Tuy nhiên, cũng có nhiều loại cáp có khả năng chậm cháy được tăng cường, không được thể hiện trên bề mặt cáp.

5.1 Cáp chậm cháy không ăn mòn (FRNC - Flame-Retardant Non-Corrosive)

Cáp chậm cháy không ăn mòn được sử dụng để ngăn chặn sự lan truyền của lửa và giảm thiểu khói độc cũng như khí ăn mòn khi xảy ra hỏa hoạn. Một số dòng cáp chậm cháy không ăn mòn của HELUKABEL như:

• HELUKAT® PROFInet B CAT.5e SF/UTP FRNC SHIPLINE : Đây là dòng cáp có lõi cách điện bằng PP và lớp vỏ bảo vệ có khả năng chậm cháy, không ăn mòn, không chứa halogen. Bên cạnh đó, dòng cáp này còn có lớp chống nhiễu kép với lá nhôm được phủ nhựa (St) và lớp chống nhiễu lưới đồng mạ thiết, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng hàng hải và ngoài khơi.
• HELUKAT® 250S CAT.6 CMG SF/UTP PVC CHAIN cũng có lớp chống nhiễu kép, với phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -40°C lên đến +80°C. Dòng cáp này được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt, bao gồm xích dẫn cáp.

5.2 Cáp chậm cháy không chứa halogen (HFFR - Halogen-Free Flame-Retardant)

Một số dòng cáp chậm cháy, không chứa halogen tiêu biểu như:

• MULTISPEED® 500-PUR UL/CSA có lớp lõi cách điện làm bằng vật liệu PP đặc biệt, lớp vỏ bên ngoài làm bằng vật liệu PUR đặc biệt. Dòng cáp chậm cháy này thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ linh hoạt, khả năng chịu mài mòn và độ bền cao nhất, ví dụ như trong hệ thống cáp của robot công nghiệp, dây chuyền sản xuất, hệ thống tự động hóa và các bộ phận máy móc di chuyển liên tục trong hoạt động nhiều ca.
• (N)HXH-FE 180/E 30 là dòng cáp cho hệ thống an ninh, với các đặc tính được tăng cường khi có hỏa hoạn xảy ra, đáp ứng tiêu chuẩn DIN VDE 0266. Phạm vi ứng dụng của dòng cáp này bao gồm các khu công nghiệp, khu vực công cộng, các tòa nhà, khu khai thác mỏ, công trình ngoài khơi…
• HELUPOWER® ROBOFLEX® HYBRID-D PUR UL/CSA : Đây là dòng cáp hybrid được thiết kế để chịu cả chuyển động xoắn và uốn cong, phù hợp với các ứng dụng có yêu cầu cao về độ bền cơ học, khả năng kháng hóa chất và chịu nhiệt. Dòng cáp này được sử dụng trong các thiết bị điều khiển robot, trong các hệ thống xử lý vật liệu và trung tâm tự động hóa, trong hệ thống vận chuyển và băng chuyền, trên bàn xoay và bàn nghiêng, hoặc bất cứ nơi nào yêu cầu chuyển động 3D và chịu tải xoắn thay vì chỉ uốn cong theo hướng cố định.

5.3 Cáp chậm cháy có mật độ khói thấp (LSOH - Low Smoke Zero Halogen)

Một số dòng cáp tiêu biểu bao gồm:

• Dây cáp HELUPOWER® H07RN-F LS0H HAR được sử dụng làm cáp cấp nguồn cho hệ thống điện năng lượng mặt trời, có thể sử dụng với điện áp lên đến 1000 V AC hoặc 750 V DC.
• HELUDATA® PLTC UL13 XLPE/LS0H IOS 300 là dòng cáp tín hiệu đo lường, được sử dụng để truyền tải tín hiệu anlog và tín hiệu kỹ thuật số trong các môi trường khắc nghiệt như các ngành công nghiệp dầu mỏ, khí đốt và hóa chất.

5.4 Cáp điều khiển và cáp tín hiệu chậm cháy

Một số dòng cáp điều khiển và cáp tín hiệu có khả năng chậm cháy đã được kiểm nghiệm, được sử dụng cho các môi trường tiềm ẩn nhiều nguy chơ cháy nổ. Một số sản phẩm cáp điều khiển chậm cháy tiêu biểu như:

• Y-CY-JZ / Y-CY-OZ là dòng cáp điều khiển chống nhiễu, có khả năng chậm cháy, phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -15°C đến +80°C (khi chuyển động) và -40°C đến +80°C (lắp đặt cố định).
• PAAR-TRONIC-Li-2YCYv là dòng cáp được xoắn đôi, có khả năng làm suy giảm hiện tượng nhiễu xuyên âm, đặc biệt phù hợp cho các giao thức truyền thông RS 422 và RS 485.
• Dây cáp RD-Y(St)Yv được sử dụng trong công nghệ đo lường và điều khiển, cũng như trong các trạm điều khiển của nhà máy công nghiệp. Loại cáp này được dùng để truyền tín hiệu analog và kỹ thuật số với tần số lên đến khoảng 10 kHz, thích hợp cho việc lắp đặt cố định bên trong tòa nhà, ngoài trời và dưới lòng đất.