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Introduzione: risoluzione delle sfide di lavorazione dei composti poliolefinici ignifughi ATH/MDH ad alto carico

Nel settore dei cavi, rigorosi requisiti di ritardanza di fiamma sono essenziali per garantire la sicurezza del personale e delle apparecchiature in caso di incendio. L'idrossido di alluminio (ATH) e l'idrossido di magnesio (MDH), come ritardanti di fiamma privi di alogeni, sono ampiamente utilizzati nei compound di cavi poliolefinici grazie alla loro ecocompatibilità, alla bassa emissione di fumi e al rilascio di gas non corrosivo. Tuttavia, per ottenere le prestazioni di ritardanza di fiamma richieste, spesso è necessario incorporare elevati carichi di ATH e MDH, in genere pari al 50-70% in peso o superiori, nella matrice poliolefinica.

Sebbene un contenuto di riempitivo così elevato migliori significativamente la resistenza alla fiamma, introduce anche gravi difficoltà di lavorazione, tra cui una maggiore viscosità del fuso, una ridotta fluidità, proprietà meccaniche compromesse e una scarsa qualità superficiale. Questi problemi possono limitare notevolmente l'efficienza produttiva e la qualità del prodotto.

Questo articolo si propone di esaminare sistematicamente le sfide di lavorazione associate ai composti poliolefinici ignifughi ATH/MDH ad alto carico nelle applicazioni di cavi. Sulla base del feedback di mercato e dell'esperienza pratica,identifica efficaceelaborazioneadditiviperaffrontare queste sfide. Le informazioni fornite mirano ad aiutare i produttori di fili e cavi a ottimizzare le formulazioni e migliorare i processi produttivi quando lavorano con composti poliolefinici ignifughi ATH/MDH ad alto carico.

Informazioni sui ritardanti di fiamma ATH e MDH

L'ATH e l'MDH sono due importanti ritardanti di fiamma inorganici privi di alogeni, ampiamente utilizzati nei materiali polimerici, in particolare nelle applicazioni di cavi in ​​cui gli standard di sicurezza e ambientali sono elevati. Agiscono per decomposizione endotermica e rilascio di acqua, diluendo i gas combustibili e formando uno strato di ossido protettivo sulla superficie del materiale, che sopprime la combustione e riduce il fumo. L'ATH si decompone a circa 200-220 °C, mentre l'MDH ha una temperatura di decomposizione più elevata, pari a 330-340 °C, rendendo l'MDH più adatto per polimeri lavorati a temperature più elevate.

1. I meccanismi ignifughi di ATH e MDH includono:

1.1. Decomposizione endotermica:

Dopo il riscaldamento, l'ATH (Al(OH)₃) e l'MDH (Mg(OH)₂) subiscono una decomposizione endotermica, assorbendo calore significativo e abbassando la temperatura del polimero per ritardare la degradazione termica.

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

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

1.2. Rilascio di vapore acqueo:

Il vapore acqueo rilasciato diluisce i gas infiammabili attorno al polimero e limita l'accesso dell'ossigeno, inibendo la combustione.

1.3. Formazione degli strati protettivi:

Gli ossidi metallici risultanti (Al₂O₃ e MgO) si combinano con lo strato di carbone polimerico per formare uno strato protettivo denso, che blocca la penetrazione di calore e ossigeno e impedisce il rilascio di gas combustibili.

1.4. Soppressione del fumo:

Lo strato protettivo assorbe anche le particelle di fumo, riducendone la densità complessiva.

Nonostante le eccellenti prestazioni ignifughe e i vantaggi ambientali, per ottenere elevati valori di ignifugazione è in genere necessario il 50-70% in peso o più di ATH/MDH, che è la causa principale delle successive difficoltà di lavorazione.
2. Principali sfide di lavorazione delle poliolefine ATH/MDH ad alto carico nelle applicazioni sui cavi

2.1. Proprietà reologiche deteriorate:

Elevati carichi di carica aumentano notevolmente la viscosità del fuso e riducono la fluidità. Ciò rende più difficili la plastificazione e lo scorrimento durante l'estrusione, richiedendo temperature di lavorazione e forze di taglio più elevate, con conseguente aumento del consumo energetico e accelerata usura delle attrezzature. La ridotta fluidità del fuso limita anche la velocità di estrusione e l'efficienza produttiva.

2.2. Proprietà meccaniche ridotte:

Grandi quantità di riempitivi inorganici diluiscono la matrice polimerica, riducendo significativamente la resistenza alla trazione, l'allungamento a rottura e la resistenza all'urto. Ad esempio, l'incorporazione del 50% o più di ATH/MDH può ridurre la resistenza alla trazione di circa il 40% o più, ponendo una sfida per i materiali dei cavi flessibili e durevoli.

2.3. Problemi di dispersione:

Le particelle di ATH e MDH spesso si aggregano nella matrice polimerica, determinando punti di concentrazione delle sollecitazioni, prestazioni meccaniche ridotte e difetti di estrusione quali rugosità superficiale o bolle.

2.4. Scarsa qualità della superficie:

L'elevata viscosità del fuso, la scarsa dispersione e la limitata compatibilità tra riempitivo e polimero possono rendere le superfici estruse ruvide o irregolari, con conseguente accumulo di "pelle di squalo" o di residui nella matrice. L'accumulo nella matrice (sbavatura) influisce sia sull'aspetto che sulla produzione continua.

2.5. Impatti sulle proprietà elettriche:

Un elevato contenuto di riempitivo e una dispersione non uniforme possono influire sulle proprietà dielettriche, come la resistività di volume. Inoltre, l'ATH/MDH ha un assorbimento di umidità relativamente elevato, che può potenzialmente influire sulle prestazioni elettriche e sulla stabilità a lungo termine in ambienti umidi.

2.6. Finestra di elaborazione ristretta:

L'intervallo di temperatura di lavorazione per le poliolefine ignifughe ad alto carico è ristretto. L'ATH inizia a decomporsi intorno ai 200 °C, mentre l'MDH si decompone intorno ai 330 °C. È necessario un controllo preciso della temperatura per prevenire una decomposizione prematura e garantire le prestazioni ignifughe e l'integrità del materiale.

Queste sfide rendono complessa la lavorazione delle poliolefine ATH/MDH ad alto carico e sottolineano la necessità di efficaci coadiuvanti di lavorazione.

Per affrontare queste sfide, sono stati sviluppati e applicati diversi coadiuvanti di processo nel settore dei cavi. Questi coadiuvanti migliorano la compatibilità interfacciale polimero-riempitivo, riducono la viscosità del fuso e migliorano la dispersione del riempitivo, ottimizzando sia le prestazioni di processo che le proprietà meccaniche finali.

Quali coadiuvanti tecnologici sono più efficaci per risolvere i problemi di lavorazione e di qualità superficiale dei composti poliolefinici ignifughi ATH/MDH ad alto carico nelle applicazioni dell'industria dei cavi?

Additivi e coadiuvanti di produzione a base di silicone:

SILIKE offre soluzioni versatilicoadiuvanti tecnologici a base di polisilossanoSia per termoplastici standard che per tecnopolimeri, contribuendo a ottimizzare la lavorazione e migliorare le prestazioni dei prodotti finiti. Le nostre soluzioni spaziano dall'affidabile masterbatch siliconico LYSI-401 all'innovativo additivo SC920, progettato per offrire maggiore efficienza e affidabilità nell'estrusione di cavi LSZH e HFFR LSZH privi di alogeni ad alto carico.

Nello specifico,Additivi per la lavorazione di lubrificanti a base di silicone UHMW SILIKEsi sono dimostrati utili per i composti poliolefinici ignifughi ATH/MDH nei cavi. Tra i principali effetti ricordiamo:

1. Viscosità ridotta della massa fusa: i polisilossani migrano sulla superficie della massa fusa durante la lavorazione, formando una pellicola lubrificante che riduce l'attrito con le attrezzature e migliora la fluidità.

2. Dispersione migliorata: gli additivi a base di silicio favoriscono la distribuzione uniforme di ATH/MDH nella matrice polimerica, riducendo al minimo l'aggregazione delle particelle.

3. Miglioramento della qualità della superficie:Masterbatch siliconico LYSI-401riduce l'accumulo di materiale nello stampo e la frattura della fusione, producendo superfici estruse più lisce con meno difetti.

4. Maggiore velocità di linea:Coadiuvante di lavorazione del silicone SC920Adatto all'estrusione ad alta velocità di cavi. Previene l'instabilità del diametro del filo e lo slittamento della vite, migliorando l'efficienza produttiva. A parità di consumo energetico, il volume di estrusione è aumentato del 10%.

5. Proprietà meccaniche migliorate: migliorando la dispersione del riempitivo e l'adesione interfacciale, il masterbatch siliconico migliora la resistenza all'usura del composito e le prestazioni meccaniche, come la proprietà di impatto e l'allungamento a rottura.

6. Sinergia ignifuga e soppressione del fumo: gli additivi silossanici possono migliorare leggermente le prestazioni ignifughe (ad esempio, aumentando il LOI) e ridurre le emissioni di fumo.

SILIKE è un produttore leader di additivi a base di silicone, coadiuvanti tecnologici ed elastomeri termoplastici siliconici nella regione Asia-Pacifico.

Nostrocoadiuvanti di lavorazione del siliconesono ampiamente applicati nei settori dei termoplastici e dei cavi per ottimizzare la lavorazione, migliorare la dispersione del riempitivo, ridurre la viscosità della fusione e fornire superfici più lisce con maggiore efficienza.

Tra questi, il masterbatch siliconico LYSI-401 e l'innovativo coadiuvante di processo siliconico SC920 rappresentano soluzioni comprovate per le formulazioni di poliolefine ignifughe ATH/MDH, in particolare nell'estrusione di cavi LSZH e HFFR. Integrando gli additivi e i coadiuvanti di produzione a base siliconica di SILIKE, i produttori possono ottenere una produzione stabile e una qualità costante.

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