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Introduzione: Risolvere le sfide di lavorazione dei composti poliolefinici ignifughi ATH/MDH ad alto carico

Nell'industria dei cavi, il rispetto di rigorosi requisiti di resistenza alla fiamma è essenziale per garantire la sicurezza del personale e delle apparecchiature in caso di incendio. L'idrossido di alluminio (ATH) e l'idrossido di magnesio (MDH), in quanto ritardanti di fiamma privi di alogeni, sono ampiamente utilizzati nelle mescole di cavi in ​​poliolefina grazie alla loro compatibilità ambientale, alle basse emissioni di fumo e al rilascio di gas non corrosivi. Tuttavia, per ottenere le prestazioni di resistenza alla fiamma richieste, è spesso necessario incorporare elevate quantità di ATH e MDH, in genere pari o superiori al 50-70% in peso, nella matrice di poliolefina.

Sebbene un contenuto di riempitivo così elevato migliori significativamente la resistenza alla fiamma, introduce anche notevoli difficoltà di lavorazione, tra cui un aumento della viscosità del fuso, una riduzione della 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 di poliolefine ignifughe ATH/MDH ad alto carico nelle applicazioni per cavi. Sulla base del feedback del mercato e dell'esperienza pratica,identifica efficaceelaborazionedistillatiperaffrontare queste sfide. Le informazioni fornite hanno lo scopo di aiutare i produttori di fili e cavi a ottimizzare le formulazioni e migliorare i processi di produzione quando lavorano con mescole di poliolefine ignifughe ATH/MDH ad alto carico.

Comprensione dei ritardanti di fiamma ATH e MDH

ATH e MDH sono due importanti ritardanti di fiamma inorganici, privi di alogeni, ampiamente utilizzati nei materiali polimerici, in particolare nelle applicazioni per cavi, dove gli standard di sicurezza e ambientali sono elevati. Agiscono tramite 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, il che lo rende più adatto per polimeri lavorati a temperature più alte.

1. I meccanismi ignifughi di ATH e MDH includono:

1.1. Decomposizione endotermica:

Riscaldando, ATH (Al(OH)₃) e MDH (Mg(OH)₂) subiscono una decomposizione endotermica, assorbendo una quantità significativa di calore 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 all'ossigeno, inibendo la combustione.

1.3. Formazione di 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 del calore e dell'ossigeno e impedisce il rilascio di gas combustibili.

1.4. Soppressione del fumo:

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

Nonostante le eccellenti prestazioni ignifughe e i benefici ambientali, per ottenere elevati livelli di resistenza alla fiamma è in genere necessario un contenuto di ATH/MDH pari o superiore al 50-70% in peso, che rappresenta la causa principale delle successive difficoltà di lavorazione.
2. Principali sfide di lavorazione delle poliolefine ATH/MDH ad alto carico nelle applicazioni per cavi

2.1. Proprietà reologiche deteriorate:

Un'elevata concentrazione di riempitivo aumenta notevolmente la viscosità del fuso e ne riduce la fluidità. Ciò rende più difficili la plastificazione e il flusso durante l'estrusione, richiedendo temperature di lavorazione e forze di taglio più elevate, con conseguente aumento del consumo energetico e accelerazione dell'usura delle apparecchiature. La ridotta fluidità del fuso limita inoltre la velocità di estrusione e l'efficienza produttiva.

2.2. Proprietà meccaniche ridotte:

Grandi quantità di riempitivi inorganici diluiscono la matrice polimerica, diminuendo 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, rappresentando una sfida per i materiali per cavi flessibili e durevoli.

2.3. Problemi di dispersione:

Le particelle ATH e MDH tendono ad aggregarsi nella matrice polimerica, causando punti di concentrazione delle sollecitazioni, riduzione delle prestazioni meccaniche e difetti di estrusione come 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 causare superfici dell'estruso ruvide o irregolari, con conseguente formazione di "pelle di squalo" o accumulo di materiale sulla filiera. L'accumulo in corrispondenza della filiera (gocciolamento dalla filiera) influisce sia sull'aspetto che sulla produzione continua.

2.5. Impatti sugli impianti elettrici:

Un elevato contenuto di riempitivo e una dispersione non uniforme possono influenzare le proprietà dielettriche, come la resistività volumetrica. Inoltre, l'ATH/MDH presenta 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 la decomposizione prematura e garantire le prestazioni ignifughe e l'integrità del materiale.

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

Per affrontare queste sfide, sono stati sviluppati e applicati nell'industria dei cavi diversi coadiuvanti di processo. Questi coadiuvanti migliorano la compatibilità interfacciale tra polimero e 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 di processo sono più efficaci per risolvere i problemi di lavorazione e di qualità superficiale dei composti di poliolefine ignifughe ATH/MDH ad alto carico nelle applicazioni dell'industria dei cavi?

Additivi e coadiuvanti di produzione a base di silicone:

SILIKE offre versatilitàcoadiuvanti di processo a base di polisilossanoPer termoplastiche standard e tecnopolimeri, contribuiamo a ottimizzare i processi e a migliorare le prestazioni dei prodotti finiti. Le nostre soluzioni spaziano dal collaudato masterbatch siliconico LYSI-401 all'innovativo additivo SC920, progettato per offrire maggiore efficienza e affidabilità nell'estrusione di cavi LSZH e HFFR LSZH ad alto carico e privi di alogeni.

Nello specifico,SILIKE Additivi per la lavorazione di lubrificanti a base di silicone UHMWÈ stato dimostrato che i composti poliolefinici ignifughi ATH/MDH nei cavi sono vantaggiosi. Gli effetti principali includono:

1. Viscosità di fusione ridotta: i polisilossani migrano verso la superficie del fuso durante la lavorazione, formando una pellicola lubrificante che riduce l'attrito con le apparecchiature e migliora la fluidità.

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

3. Qualità della superficie migliorata:Masterbatch di silicone LYSI-401Riduce l'accumulo di materiale sulla filiera e la frattura del fuso, producendo superfici dell'estruso più lisce e con meno difetti.

4. Velocità di linea più elevata:Ausiliario di processo al silicone SC920È adatta 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: grazie al miglioramento della dispersione del riempitivo e dell'adesione interfacciale, il masterbatch di silicone migliora la resistenza all'usura del composito e le prestazioni meccaniche, come la resistenza all'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 l'LOI) e ridurre le emissioni di fumo.

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

Nostrocoadiuvanti per la lavorazione del siliconeSono ampiamente utilizzati nell'industria dei termoplastici e dei cavi per ottimizzare i processi, migliorare la dispersione del riempitivo, ridurre la viscosità del fuso e ottenere superfici più lisce con maggiore efficienza.

Tra questi, il masterbatch siliconico LYSI-401 e l'innovativo coadiuvante di processo siliconico SC920 rappresentano soluzioni collaudate 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 di silicone di SILIKE, i produttori possono ottenere una produzione stabile e una qualità costante.

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