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Introduction : Résolution des défis liés au traitement des composés polyoléfines ignifuges ATH/MDH à charge élevée

Dans l'industrie du câble, des exigences strictes en matière de résistance au feu sont essentielles pour garantir la sécurité du personnel et des équipements en cas d'incendie. L'hydroxyde d'aluminium (ATH) et l'hydroxyde de magnésium (MDH), retardateurs de flamme sans halogène, sont largement utilisés dans les composés de câbles en polyoléfine en raison de leur faible impact environnemental, de leurs faibles émissions de fumée et de l'absence de dégagement de gaz corrosifs. Cependant, l'obtention des performances ignifuges requises nécessite souvent l'incorporation de fortes concentrations d'ATH et de MDH — généralement de 50 à 70 % en poids, voire plus — dans la matrice de polyoléfine.

Bien qu'une teneur élevée en charges améliore considérablement la résistance au feu, elle engendre également d'importantes difficultés de mise en œuvre, notamment une viscosité à l'état fondu accrue, une fluidité réduite, des propriétés mécaniques altérées et une qualité de surface médiocre. Ces problèmes peuvent fortement limiter l'efficacité de la production et la qualité du produit.

Cet article vise à examiner systématiquement les difficultés de mise en œuvre liées aux composés polyoléfines ignifuges ATH/MDH à forte charge dans les applications de câblage. S'appuyant sur les retours du marché et l'expérience pratique, ilidentifie efficacetraitementadditifspourPour relever ces défis, les informations fournies visent à aider les fabricants de fils et de câbles à optimiser leurs formulations et à améliorer leurs processus de production lorsqu'ils travaillent avec des composés polyoléfines ignifuges ATH/MDH à haute charge.

Comprendre les retardateurs de flamme ATH et MDH

L'ATH et le MDH sont deux retardateurs de flamme inorganiques sans halogènes, largement utilisés dans les matériaux polymères, notamment pour les câbles où les normes de sécurité et environnementales sont élevées. Ils agissent par décomposition endothermique et libération d'eau, diluant les gaz combustibles et formant une couche d'oxyde protectrice à la surface du matériau, ce qui freine la combustion et réduit la fumée. L'ATH se décompose à environ 200-220 °C, tandis que le MDH a une température de décomposition plus élevée (330-340 °C), ce qui le rend plus adapté aux polymères transformés à haute température.

1. Les mécanismes ignifuges de l'ATH et du MDH comprennent :

1.1. Décomposition endothermique :

Lors du chauffage, l'ATH (Al(OH)₃) et le MDH (Mg(OH)₂) subissent une décomposition endothermique, absorbant une chaleur importante et abaissant la température du polymère pour retarder la dégradation thermique.

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

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

1.2. Libération de vapeur d'eau :

La vapeur d'eau libérée dilue les gaz inflammables autour du polymère et limite l'accès de l'oxygène, inhibant ainsi la combustion.

1.3. Formation de couches protectrices :

Les oxydes métalliques résultants (Al₂O₃ et MgO) se combinent avec la couche de carbone polymère pour former une couche protectrice dense, qui bloque la pénétration de la chaleur et de l'oxygène et empêche la libération de gaz combustibles.

1.4. Suppression de la fumée :

La couche protectrice adsorbe également les particules de fumée, réduisant ainsi la densité globale de fumée.

Malgré leurs excellentes performances ignifuges et leurs avantages environnementaux, l'obtention de notes ignifuges élevées nécessite généralement 50 à 70 % en poids ou plus d'ATH/MDH, ce qui est la principale cause des difficultés de traitement ultérieures.
2. Principaux défis liés au traitement des polyoléfines ATH/MDH à charge élevée dans les applications de câbles

2.1. Propriétés rhéologiques détériorées :

Un taux élevé de charge augmente fortement la viscosité à l'état fondu et réduit la fluidité. La plastification et l'écoulement lors de l'extrusion s'en trouvent complexifiés, ce qui exige des températures de traitement et des forces de cisaillement plus élevées, entraînant une augmentation de la consommation d'énergie et une usure accélérée des équipements. La réduction de la fluidité limite également la vitesse d'extrusion et l'efficacité de la production.

2.2. Propriétés mécaniques réduites :

L'incorporation de grandes quantités de charges inorganiques dilue la matrice polymère, réduisant considérablement la résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance aux chocs. Par exemple, l'incorporation de 50 % ou plus d'ATH/MDH peut réduire la résistance à la traction d'environ 40 % ou plus, ce qui représente un défi pour les matériaux de câbles flexibles et durables.

2.3. Problèmes de dispersion :

Les particules d'ATH et de MDH s'agrègent souvent dans la matrice polymère, ce qui entraîne des points de concentration de contraintes, une réduction des performances mécaniques et des défauts d'extrusion tels que la rugosité de surface ou des bulles.

2.4. Mauvaise qualité de surface :

Une viscosité à l'état fondu élevée, une mauvaise dispersion et une compatibilité limitée entre la charge et le polymère peuvent rendre la surface de l'extrudat rugueuse ou irrégulière, provoquant un effet « peau de requin » ou un dépôt à la filière. Ce dépôt affecte l'aspect de la pièce et perturbe la production.

2.5. Impacts sur les propriétés électriques :

Une forte teneur en charges et une dispersion non homogène peuvent affecter les propriétés diélectriques, telles que la résistivité volumique. De plus, l'ATH/MDH présente une absorption d'humidité relativement élevée, ce qui peut potentiellement affecter ses performances électriques et sa stabilité à long terme en milieu humide.

2.6. Fenêtre de traitement étroite :

La plage de températures de transformation des polyoléfines ignifuges à charge élevée est étroite. L'ATH commence à se décomposer vers 200 °C, tandis que le MDH se décompose vers 330 °C. Un contrôle précis de la température est indispensable pour éviter une décomposition prématurée et garantir les performances ignifuges et l'intégrité du matériau.

Ces difficultés rendent le traitement des polyoléfines ATH/MDH à charge élevée complexe et soulignent la nécessité d'auxiliaires de traitement efficaces.

Pour relever ces défis, divers adjuvants de fabrication ont été développés et utilisés dans l'industrie du câble. Ces adjuvants améliorent la compatibilité interfaciale polymère-charge, réduisent la viscosité à l'état fondu et favorisent la dispersion de la charge, optimisant ainsi les performances de fabrication et les propriétés mécaniques finales.

Quels sont les auxiliaires de traitement les plus efficaces pour résoudre les problèmes de traitement et de qualité de surface des composés polyoléfines ignifuges ATH/MDH à charge élevée dans les applications de l'industrie du câble ?

Additifs et auxiliaires de production à base de silicone :

SILIKE propose des offres polyvalentesauxiliaires de traitement à base de polysiloxanePour les thermoplastiques standards et les plastiques techniques, nos solutions optimisent la transformation et améliorent les performances des produits finis. Elles comprennent le masterbatch silicone LYSI-401, une référence en la matière, et l'additif innovant SC920, conçu pour une efficacité et une fiabilité accrues dans l'extrusion de câbles LSZH et HFFR LSZH sans halogène et à forte charge.

Spécifiquement,Additifs de traitement de lubrifiants à base de silicone UHMW SILIKEont démontré leur efficacité bénéfique pour les composés polyoléfines ignifuges ATH/MDH dans les câbles. Principaux effets :

1. Viscosité fondue réduite : les polysiloxanes migrent vers la surface fondue pendant le traitement, formant un film lubrifiant qui réduit la friction avec l'équipement et améliore la fluidité.

2. Dispersion améliorée : les additifs à base de silicium favorisent une distribution uniforme de l'ATH/MDH dans la matrice polymère, minimisant ainsi l'agrégation des particules.

3. Amélioration de la qualité de surface :Mélange-maître de silicone LYSI-401réduit l'accumulation de matière dans la filière et la rupture du polymère fondu, produisant des surfaces d'extrudat plus lisses avec moins de défauts.

4. Vitesse de ligne plus rapide :Agent de traitement du silicone SC920Ce procédé convient à l'extrusion à grande vitesse de câbles. Il permet de prévenir l'instabilité du diamètre du fil et le glissement de la vis, et d'améliorer la productivité. À consommation d'énergie égale, le volume d'extrusion est augmenté de 10 %.

5. Propriétés mécaniques améliorées : En améliorant la dispersion de la charge et l'adhérence interfaciale, le mélange-maître de silicone améliore la résistance à l'usure et les performances mécaniques du composite, telles que la résistance aux chocs et l'allongement à la rupture.

6. Synergie ignifuge et suppression de la fumée : les additifs siloxanes peuvent légèrement améliorer les performances ignifuges (par exemple, en augmentant l'indice limite d'oxygène) et réduire les émissions de fumée.

SILIKE est un producteur de premier plan d'additifs à base de silicone, d'auxiliaires de transformation et d'élastomères thermoplastiques de silicone dans la région Asie-Pacifique.

Notreauxiliaires de traitement du siliconesont largement utilisées dans les industries des thermoplastiques et des câbles pour optimiser la transformation, améliorer la dispersion des charges, réduire la viscosité à l'état fondu et obtenir des surfaces plus lisses avec une efficacité accrue.

Parmi ces produits, le mélange-maître de silicone LYSI-401 et l'adjuvant de transformation innovant SC920 constituent des solutions éprouvées pour les formulations de polyoléfines ignifuges ATH/MDH, notamment pour l'extrusion de câbles LSZH et HFFR. L'intégration des additifs et auxiliaires de production à base de silicone de SILIKE permet aux fabricants d'obtenir une production stable et une qualité constante.

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