Zprávy

Úvod: Řešení problémů se zpracováním vysokozátěžových ATH/MDH polyolefinových směsí zpomalujících hoření

V kabelovém průmyslu jsou přísné požadavky na zpomalení hoření nezbytné pro zajištění bezpečnosti personálu a zařízení v případě požáru. Hydroxid hlinitý (ATH) a hydroxid hořečnatý (MDH), jako bezhalogenové zpomalovače hoření, se široce používají v polyolefinových kabelových směsích díky své šetrnosti k životnímu prostředí, nízkým emisím kouře a nekorozivnímu uvolňování plynů. Dosažení požadovaného zpomalovacího účinku však často vyžaduje přidání vysokého množství ATH a MDH – obvykle 50–70 hmotnostních % nebo vyšších – do polyolefinové matrice.

I když takový vysoký obsah plniva výrazně zvyšuje zpomalení hoření, zároveň s sebou nese vážné problémy při zpracování, včetně zvýšené viskozity taveniny, snížené tekutosti, zhoršených mechanických vlastností a nízké kvality povrchu. Tyto problémy mohou výrazně omezit efektivitu výroby a kvalitu produktu.

Tento článek si klade za cíl systematicky zkoumat problémy spojené se zpracováním vysoce zatížitelných polyolefinových směsí s nehořlavou úpravou ATH/MDH v kabelových aplikacích. Na základě zpětné vazby od trhu a praktických zkušenostíidentifikuje efektivnízpracovánípřísadyprořešení těchto výzev. Poskytnuté poznatky mají pomoci výrobcům drátů a kabelů optimalizovat složení a zlepšit výrobní procesy při práci s vysoce zatížitelnými polyolefinovými směsmi s nehořlavou úpravou ATH/MDH.

Pochopení zpomalovačů hoření ATH a MDH

ATH a MDH jsou dva hlavní anorganické, bezhalogenové zpomalovače hoření, které se široce používají v polymerních materiálech, zejména v kabelových aplikacích, kde jsou kladeny vysoké bezpečnostní a environmentální standardy. Působí endotermickým rozkladem a uvolňováním vody, čímž ředí hořlavé plyny a na povrchu materiálu vytváří ochrannou oxidovou vrstvu, která potlačuje hoření a snižuje kouř. ATH se rozkládá při teplotě přibližně 200–220 °C, zatímco MDH má vyšší teplotu rozkladu 330–340 °C, díky čemuž je MDH vhodnější pro polymery zpracovávané při vyšších teplotách.

1. Mechanismy zpomalující hoření ATH a MDH zahrnují:

1.1 Endotermický rozklad:

Po zahřátí podléhají ATH (Al(OH)₃) a MDH (Mg(OH)₂) endotermickému rozkladu, absorbují značné množství tepla a snižují teplotu polymeru, čímž se zpomaluje tepelná degradace.

ATH: 2Al(OH)3 → Al₂O3 + 3H2O, ΔH ≈ 1051 J/g

MDH: Mg(OH)₂ → MgO + H₂O, ΔH ≈ 1316 J/g

1.2 Uvolňování vodní páry:

Uvolněná vodní pára ředí hořlavé plyny kolem polymeru a omezuje přístup kyslíku, čímž brání hoření.

1.3. Tvorba ochranných vrstev:

Výsledné oxidy kovů (Al₂O₃ a MgO) se spojují s vrstvou polymerního uhlíku a vytvářejí hustou ochrannou vrstvu, která blokuje pronikání tepla a kyslíku a brání uvolňování hořlavých plynů.

1.4. Potlačení kouře:

Ochranná vrstva také adsorbuje částice kouře, čímž snižuje celkovou hustotu kouře.

Navzdory jejich vynikajícím vlastnostem zpomalujícím hoření a environmentálním přínosům vyžaduje dosažení vysokých hodnot zpomalující hoření obvykle 50–70 hmotnostních % nebo více ATH/MDH, což je hlavní příčinou následných problémů s zpracováním.
2. Klíčové problémy zpracování vysokozátěžových ATH/MDH polyolefinů v kabelových aplikacích

2.1. Zhoršené reologické vlastnosti:

Vysoké množství plniva prudce zvyšuje viskozitu taveniny a snižuje tekutost. To ztěžuje plastifikaci a tok během extruze, což vyžaduje vyšší teploty zpracování a smykové síly, což zvyšuje spotřebu energie a urychluje opotřebení zařízení. Snížený tok taveniny také omezuje rychlost extruze a efektivitu výroby.

2.2. Snížené mechanické vlastnosti:

Velké množství anorganických plniv ředí polymerní matrici, čímž výrazně snižuje pevnost v tahu, prodloužení a rázovou houževnatost. Například přidání 50 % nebo více ATH/MDH může snížit pevnost v tahu přibližně o 40 % nebo více, což představuje výzvu pro flexibilní a odolné kabelové materiály.

2.3. Problémy s rozptylem:

Částice ATH a MDH se v polymerní matrici často agregují, což vede ke vzniku bodů koncentrace napětí, sníženému mechanickému výkonu a vadám při extruzi, jako je drsnost povrchu nebo bubliny.

2.4. Špatná kvalita povrchu:

Vysoká viskozita taveniny, špatná disperze a omezená kompatibilita plniva s polymerem mohou způsobit drsný nebo nerovný povrch extrudátu, což vede ke vzniku „žraločí kůže“ nebo nánosů na matrici. Hromadění usazenin na matrici (slinky) ovlivňuje jak vzhled, tak i plynulou výrobu.

2.5. Dopady na elektrické vlastnosti:

Vysoký obsah plniva a jeho nerovnoměrné rozptýlení mohou ovlivnit dielektrické vlastnosti, jako je objemový odpor. ATH/MDH má navíc relativně vysokou absorpci vlhkosti, což může potenciálně ovlivnit elektrický výkon a dlouhodobou stabilitu ve vlhkém prostředí.

2.6. Úzké okno zpracování:

Rozsah teplot zpracování pro vysoce zatížené polyolefiny zpomalující hoření je úzký. ATH se začíná rozkládat kolem 200 °C, zatímco MDH se rozkládá kolem 330 °C. Je nutná přesná regulace teploty, aby se zabránilo předčasnému rozkladu a zajistila se nehořlavost a integrita materiálu.

Tyto výzvy ztěžují zpracování vysoce zatížených polyolefinů ATH/MDH a zdůrazňují nutnost účinných pomocných látek.

Aby se tyto výzvy vyřešily, byly v kabelovém průmyslu vyvinuty a použity různé pomocné látky. Tyto látky zlepšují mezifázovou kompatibilitu polymeru a plniva, snižují viskozitu taveniny a zlepšují disperzi plniva, čímž optimalizují jak výkonnost zpracování, tak i konečné mechanické vlastnosti.

Které pomocné látky jsou nejúčinnější pro řešení problémů se zpracováním a kvalitou povrchu vysokozátěžových polyolefinových směsí zpomalujících hoření ATH/MDH v kabelovém průmyslu?

Přísady a pomocné látky na bázi silikonu:

SILIKE nabízí všestrannépomocné látky na bázi polysiloxanupro standardní termoplasty i technické plasty, což pomáhá optimalizovat zpracování a zlepšovat výkon hotových výrobků. Naše řešení sahají od osvědčené silikonové masterbatche LYSI-401 až po inovativní aditivum SC920 – navržené pro zajištění vyšší účinnosti a spolehlivosti při vysokozátěžové, bezhalogenové extruzi kabelů LSZH a HFFR LSZH.

Konkrétně,Přísady do zpracování maziv SILIKE UHMW na bázi silikonuse ukázaly jako prospěšné pro polyolefinové směsi zpomalující hoření ATH/MDH v kabelech. Mezi klíčové účinky patří:

1. Snížená viskozita taveniny: Polysiloxany během zpracování migrují na povrch taveniny a vytvářejí mazací film, který snižuje tření se zařízením a zlepšuje tekutost.

2. Zlepšená disperze: Přísady na bázi křemíku podporují rovnoměrné rozložení ATH/MDH v polymerní matrici a minimalizují agregaci částic.

3. Zlepšená kvalita povrchu:Silikonová předsměs LYSI-401snižuje hromadění usazenin v matrici a lom taveniny, čímž vznikají hladší povrchy extrudátu s menším počtem vad.

4. Vyšší rychlost linky:Silikonová pomocná látka pro zpracování SC920Je vhodný pro vysokorychlostní extruzi kabelů. Může zabránit nestabilitě průměru drátu a prokluzování šroubů a zlepšit efektivitu výroby. Při stejné spotřebě energie se objem extruze zvýšil o 10 %.

5. Vylepšené mechanické vlastnosti: Zlepšením disperze plniva a mezifázové adheze zlepšuje silikonová předsměs odolnost kompozitu proti opotřebení a mechanické vlastnosti, jako je rázová pevnost a prodloužení při přetržení.

6. Synergický účinek zpomalovače hoření a potlačení kouře: siloxanové přísady mohou mírně zvýšit výkon zpomalovače hoření (např. zvýšit LOI) a snížit emise kouře.

SILIKE je předním výrobcem silikonových přísad, pomocných látek a termoplastických silikonových elastomerů v asijsko-pacifickém regionu.

Nášsilikonové pomocné látky pro zpracováníse široce používají v termoplastickém a kabelovém průmyslu k optimalizaci zpracování, zlepšení disperze plniva, snížení viskozity taveniny a dosažení hladších povrchů s vyšší účinností.

Mezi nimi jsou silikonová masterbatch LYSI-401 a inovativní silikonová pomocná látka SC920 osvědčenými řešeními pro polyolefinové formulace zpomalující hoření ATH/MDH, zejména při extruzi kabelů LSZH a HFFR. Integrací silikonových přísad a pomocných látek od společnosti SILIKE mohou výrobci dosáhnout stabilní výroby a konzistentní kvality.

If you are looking for silicone processing aids for ATH/MDH compounds, polysiloxane additives for flame-retardant polyolefins, silicone masterbatch for LSZH / HFFR cables, improve dispersion in ATH/MDH cable compounds, reduce melt viscosity flame-retardant polyolefin extrusion, cable extrusion processing additives, silicone-based extrusion aids for wires and cables, please visit www.siliketech.com or contact us at amy.wang@silike.cn to learn more.