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Introduction : Résolution des problèmes de traitement des composés polyoléfines ignifuges ATH/MDH à forte charge

Dans l'industrie du câble, des exigences strictes en matière d'ignifugation 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), agents ignifuges sans halogène, sont largement utilisés dans les composés de câbles en polyoléfine en raison de leur respect de l'environnement, de leur faible émission de fumée et de leur dégagement de gaz non corrosif. Cependant, l'obtention des performances ignifuges requises nécessite souvent l'incorporation de charges élevées d'ATH et de MDH, généralement de 50 à 70 % en poids ou plus, dans la matrice polyoléfine.

Si une teneur en charges aussi élevée améliore considérablement l'ignifugation, elle engendre également de sérieux problèmes de mise en œuvre, notamment une augmentation de la viscosité à l'état fondu, une fluidité réduite, des propriétés mécaniques compromises et une mauvaise qualité de surface. Ces problèmes peuvent fortement limiter l'efficacité de la production et la qualité du produit.

Cet article vise à examiner systématiquement les défis de mise en œuvre des composés polyoléfines ignifuges ATH/MDH à forte charge dans les applications de câbles. S'appuyant sur les retours d'expérience du marché et l'expérience pratique, ilidentifie efficacetraitementadditifspourRelever ces défis. Les informations fournies visent à aider les fabricants de fils et de câbles à optimiser leurs formulations et à améliorer leurs procédés de production avec des composés polyoléfines ignifuges ATH/MDH à forte charge.

Comprendre les retardateurs de flamme ATH et MDH

L'ATH et le MDH sont deux retardateurs de flamme inorganiques sans halogène majeurs, largement utilisés dans les matériaux polymères, notamment dans les applications de câbles où les normes de sécurité et d'environnement sont strictes. 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 supprime la combustion et réduit les fumées. L'ATH se décompose à environ 200-220 °C, tandis que le MDH a une température de décomposition plus élevée, de 330-340 °C, ce qui le rend plus adapté aux polymères traités à des températures plus élevées.

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 restreint l’accès à l’oxygène, inhibant ainsi la combustion.

1.3. Formation de couches protectrices :

Les oxydes métalliques résultants (Al₂O₃ et MgO) se combinent à la couche de charbon 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 absorbe également les particules de fumée, réduisant ainsi la densité globale de la fumée.

Malgré leurs excellentes performances ignifuges et leurs avantages environnementaux, l’obtention d’indices ignifuges élevés nécessite généralement 50 à 70 % en poids ou plus d’ATH/MDH, ce qui est la principale cause des problèmes de traitement ultérieurs.
2. Principaux défis de traitement des polyoléfines ATH/MDH à forte charge dans les applications de câbles

2.1. Propriétés rhéologiques détériorées :

Des charges élevées augmentent considérablement la viscosité à l'état fondu et réduisent la coulabilité. Cela complique la plastification et l'écoulement lors de l'extrusion, nécessitant des températures de traitement et des forces de cisaillement plus élevées, ce qui accroît la consommation d'énergie et accélère l'usure des équipements. Une faible fluidité limite également la vitesse d'extrusion et l'efficacité de la production.

2.2. Propriétés mécaniques réduites :

De grandes quantités de charges inorganiques diluent la matrice polymère, diminuant ainsi significativement 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 %, voire 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, des performances mécaniques réduites et des défauts d'extrusion tels que la rugosité de surface ou des bulles.

2.4. Mauvaise qualité de surface :

Viscosité élevée à l'état fondu, faible dispersion et compatibilité charge-polymère limitée peuvent rendre les surfaces extrudées rugueuses ou irrégulières, entraînant une formation de « peau de requin » ou d'accumulation de matière dans la matrice. L'accumulation au niveau de la matrice (bavure) affecte l'aspect et la production continue.

2.5. Impacts des propriétés électriques :

Une teneur élevée en charges et une dispersion inégale 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 les performances électriques et la stabilité à long terme en milieu humide.

2.6. Fenêtre de traitement étroite :

La plage de températures de traitement des polyoléfines ignifuges à haute résistance 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 nécessaire pour éviter une décomposition prématurée et garantir les performances ignifuges et l'intégrité du matériau.

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

Pour relever ces défis, divers auxiliaires de mise en œuvre ont été développés et appliqués dans l'industrie du câble. Ces auxiliaires améliorent la compatibilité interfaciale polymère-charge, réduisent la viscosité à l'état fondu et optimisent la dispersion de la charge, optimisant ainsi les performances de mise en œuvre et les propriétés mécaniques finales.

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

Additifs et auxiliaires de production à base de silicone :

SILIKE propose des solutions polyvalentesauxiliaires de fabrication à base de polysiloxanePour les thermoplastiques standards et les plastiques techniques, nous optimisons la transformation et améliorons les performances des produits finis. Nos solutions vont du mélange-maître silicone éprouvé LYSI-401 à l'additif innovant SC920, conçu pour optimiser l'efficacité et la fiabilité de l'extrusion de câbles LSZH et HFFR LSZH à forte charge et sans halogène.

Spécifiquement,Additifs de traitement de lubrifiants à base de silicone SILIKE UHMWLes composés polyoléfines ignifuges ATH/MDH utilisés dans les câbles se sont avérés bénéfiques. Parmi les principaux effets, on peut citer :

1. Viscosité de fusion réduite : les polysiloxanes migrent vers la surface de la masse 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 silicone LYSI-401réduit l'accumulation de matrice et la fracture de la masse fondue, produisant des surfaces d'extrusion plus lisses avec moins de défauts.

4. Vitesse de ligne plus rapide :Adjuvant de traitement du silicone SC920Convient à l'extrusion de câbles à grande vitesse. Il prévient l'instabilité du diamètre des fils et le glissement des vis, et améliore l'efficacité de la production. À consommation énergétique égale, le volume d'extrusion a augmenté de 10 %.

5. Propriétés mécaniques améliorées : en améliorant la dispersion de la charge et l'adhérence interfaciale, le mélange maître en silicone améliore la résistance à l'usure et les performances mécaniques des composites, telles que la propriété d'impact et l'allongement à la rupture.

6. Synergie ignifuge et suppression de fumée : les additifs siloxane peuvent légèrement améliorer les performances ignifuges (par exemple, en augmentant le LOI) et réduire les émissions de fumée.

SILIKE est l'un des principaux producteurs d'additifs à base de silicone, d'auxiliaires de fabrication et d'élastomères de silicone thermoplastiques dans la région Asie-Pacifique.

Notreauxiliaires de traitement du siliconesont largement utilisés dans les industries des thermoplastiques et des câbles pour optimiser le traitement, améliorer la dispersion de la charge, réduire la viscosité à l'état fondu et fournir des surfaces plus lisses avec une efficacité supérieure.

Parmi eux, le mélange-maître silicone LYSI-401 et l'auxiliaire de fabrication silicone innovant SC920 sont 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 fabrication à base de silicone de SILIKE permet aux fabricants d'obtenir une production stable et une qualité constante.

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