Nieuws

Inleiding: Oplossing voor de uitdagingen bij de verwerking van ATH/MDH-vlamvertragende polyolefineverbindingen met hoge belasting

In de kabelindustrie zijn strenge eisen voor vlamvertraging essentieel om de veiligheid van personeel en apparatuur in geval van brand te garanderen. Aluminiumhydroxide (ATH) en magnesiumhydroxide (MDH), als halogeenvrije vlamvertragers, worden veel gebruikt in polyolefinekabelcompounds vanwege hun milieuvriendelijkheid, lage rookontwikkeling en niet-corrosieve gasontwikkeling. Om de vereiste vlamvertragende eigenschappen te bereiken, is het echter vaak nodig om hoge concentraties ATH en MDH – doorgaans 50-70 gew.% of hoger – in de polyolefinematrix op te nemen.

Hoewel een dergelijk hoog vulstofgehalte de vlamvertraging aanzienlijk verbetert, brengt het ook ernstige verwerkingsproblemen met zich mee, waaronder een verhoogde smeltviscositeit, verminderde vloeibaarheid, verminderde mechanische eigenschappen en een slechte oppervlaktekwaliteit. Deze problemen kunnen de productie-efficiëntie en productkwaliteit aanzienlijk beperken.

Dit artikel beoogt de verwerkingsuitdagingen die gepaard gaan met ATH/MDH-vlamvertragende polyolefineverbindingen met hoge belasting in kabeltoepassingen systematisch te onderzoeken. Gebaseerd op feedback uit de markt en praktische ervaring,identificeert effectiefverwerkingadditievenvoorDeze uitdagingen aanpakken. De geboden inzichten zijn bedoeld om fabrikanten van draad en kabel te helpen bij het optimaliseren van formuleringen en het verbeteren van productieprocessen bij het werken met ATH/MDH-vlamvertragende polyolefineverbindingen met een hoge belasting.

Inzicht in ATH- en MDH-vlamvertragers

ATH en MDH zijn twee belangrijke anorganische, halogeenvrije vlamvertragers die veel worden gebruikt in polymeermaterialen, met name in kabeltoepassingen waar hoge veiligheids- en milieunormen gelden. Ze werken door endotherme ontleding en waterafgifte, waardoor brandbare gassen worden verdund en een beschermende oxidelaag op het materiaaloppervlak wordt gevormd, die verbranding onderdrukt en rook vermindert. ATH ontleedt bij ongeveer 200-220 °C, terwijl MDH een hogere ontledingstemperatuur heeft van 330-340 °C, waardoor MDH geschikter is voor polymeren die bij hogere temperaturen worden verwerkt.

1. De vlamvertragende mechanismen van ATH en MDH omvatten:

1.1. Endotherme ontleding:

Bij verhitting ondergaan ATH (Al(OH)₃) en MDH (Mg(OH)₂) endotherme ontleding, waarbij ze aanzienlijke warmte absorberen en de temperatuur van het polymeer verlagen om thermische degradatie te vertragen.

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

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

1.2. Vrijkomen van waterdamp:

De vrijkomende waterdamp verdunt de brandbare gassen rond het polymeer en beperkt de toegang van zuurstof, waardoor de verbranding wordt verhinderd.

1.3. Vorming van beschermlagen:

De resulterende metaaloxiden (Al₂O₃ en MgO) verbinden zich met de polymeerkoollaag om een ​​dichte beschermlaag te vormen, die de penetratie van hitte en zuurstof blokkeert en de vrijgave van brandbare gassen verhindert.

1.4. Rookonderdrukking:

De beschermlaag adsorbeert bovendien rookdeeltjes, waardoor de algehele rookdichtheid afneemt.

Ondanks de uitstekende brandvertragende eigenschappen en de voordelen voor het milieu, is voor het behalen van een hoge brandvertragingswaarde doorgaans 50–70 wt% of meer ATH/MDH nodig. Dit is de belangrijkste oorzaak van uitdagingen bij de daaropvolgende verwerking.
2. Belangrijkste verwerkingsuitdagingen van ATH/MDH-polyolefinen met hoge belasting in kabeltoepassingen

2.1. Verslechterde reologische eigenschappen:

Hoge vulstofgehaltes verhogen de smeltviscositeit sterk en verminderen de vloeibaarheid. Dit bemoeilijkt plastificering en vloei tijdens extrusie, wat hogere verwerkingstemperaturen en schuifkrachten vereist, wat het energieverbruik verhoogt en de slijtage van de apparatuur versnelt. Een verminderde smeltvloei beperkt ook de extrusiesnelheid en productie-efficiëntie.

2.2. Verminderde mechanische eigenschappen:

Grote hoeveelheden anorganische vulstoffen verdunnen de polymeermatrix, waardoor de treksterkte, breukrek en slagvastheid aanzienlijk afnemen. Het toevoegen van 50% of meer ATH/MDH kan bijvoorbeeld de treksterkte met ongeveer 40% of meer verminderen, wat een uitdaging vormt voor flexibele en duurzame kabelmaterialen.

2.3. Dispersieproblemen:

ATH- en MDH-deeltjes aggregeren vaak in de polymeermatrix, wat leidt tot concentratiepunten van spanningen, verminderde mechanische prestaties en extrusiedefecten zoals oppervlakteruwheid of bellen.

2.4. Slechte oppervlaktekwaliteit:

Een hoge smeltviscositeit, slechte dispersie en beperkte compatibiliteit tussen vulstof en polymeer kunnen ervoor zorgen dat het extrudaatoppervlak ruw of oneffen wordt, wat leidt tot "haaienhuid" of matrijsvorming. Ophoping van kwijl bij de matrijs beïnvloedt zowel het uiterlijk als de continue productie.

2.5. Gevolgen voor elektrische eigenschappen:

Een hoog vulstofgehalte en een ongelijkmatige dispersie kunnen de diëlektrische eigenschappen, zoals de volumeweerstand, beïnvloeden. Bovendien heeft ATH/MDH een relatief hoge vochtabsorptie, wat mogelijk de elektrische prestaties en de stabiliteit op lange termijn in vochtige omgevingen kan beïnvloeden.

2.6. Smal verwerkingsvenster:

Het verwerkingstemperatuurbereik voor vlamvertragende polyolefinen met hoge belasting is smal. ATH begint te ontbinden rond 200 °C, terwijl MDH rond 330 °C ontbindt. Nauwkeurige temperatuurregeling is vereist om voortijdige ontbinding te voorkomen en de vlamvertragende eigenschappen en materiaalintegriteit te waarborgen.

Deze uitdagingen maken de verwerking van ATH/MDH-polyolefinen met een hoge belasting complex en benadrukken de noodzaak van effectieve verwerkingshulpmiddelen.

Om deze uitdagingen aan te pakken, zijn diverse verwerkingshulpmiddelen ontwikkeld en toegepast in de kabelindustrie. Deze hulpmiddelen verbeteren de compatibiliteit van het polymeer-vulstofoppervlak, verlagen de smeltviscositeit en verbeteren de dispersie van de vulstof, waardoor zowel de verwerkingsprestaties als de uiteindelijke mechanische eigenschappen worden geoptimaliseerd.

Welke verwerkingshulpmiddelen zijn het meest effectief voor het oplossen van problemen met de verwerking en oppervlaktekwaliteit van ATH/MDH-vlamvertragende polyolefineverbindingen met een hoge belasting in toepassingen in de kabelindustrie?

Additieven en productiehulpmiddelen op basis van siliconen:

SILIKE biedt veelzijdigeverwerkingshulpmiddelen op basis van polysiloxaanvoor zowel standaard thermoplasten als technische kunststoffen, wat helpt bij het optimaliseren van de verwerking en het verbeteren van de prestaties van eindproducten. Onze oplossingen variëren van de vertrouwde siliconen masterbatch LYSI-401 tot het innovatieve SC920 additief – ontwikkeld voor een hogere efficiëntie en betrouwbaarheid bij de extrusie van halogeenvrije LSZH- en HFFR-LSZH-kabels met hoge belasting.

Meer specifiek,SILIKE UHMW siliconen-gebaseerde smeermiddelverwerkingsadditievenZijn bewezen effectief voor ATH/MDH vlamvertragende polyolefineverbindingen in kabels. De belangrijkste effecten zijn onder meer:

1. Lagere smeltviscositeit: Polysiloxanen migreren tijdens de verwerking naar het smeltoppervlak en vormen een smeerfilm die de wrijving met de apparatuur vermindert en de vloeibaarheid verbetert.

2. Verbeterde dispersie: additieven op basis van silicium bevorderen een gelijkmatige verdeling van ATH/MDH in de polymeermatrix, waardoor deeltjesaggregatie tot een minimum wordt beperkt.

3. Verbeterde oppervlaktekwaliteit:LYSI-401 siliconen masterbatchVermindert de opbouw van matrijzen en smeltbreuk, waardoor gladdere extrudaatoppervlakken met minder defecten ontstaan.

4. Hogere lijnsnelheid:Siliconenverwerkingshulpmiddel SC920Geschikt voor de hogesnelheidsextrusie van kabels. Het voorkomt instabiliteit van de draaddiameter en slippen van de schroef en verbetert de productie-efficiëntie. Bij gelijkblijvend energieverbruik nam het extrusievolume met 10% toe.

5. Verbeterde mechanische eigenschappen: Door de dispersie van de vulstof en de hechting aan het grensvlak te verbeteren, verbetert siliconen masterbatch de slijtvastheid en mechanische prestaties van het composiet, zoals de impacteigenschappen en rek bij breuk.

6. Vlamvertragende synergie en rookonderdrukking: siloxaanadditieven kunnen de vlamvertragende prestaties licht verbeteren (bijv. de LOI verhogen) en de rookontwikkeling verminderen.

SILIKE is een toonaangevende producent van op siliconen gebaseerde additieven, verwerkingshulpmiddelen en thermoplastische siliconenelastomeren in de regio Azië-Pacific.

Onssiliconenverwerkingshulpmiddelenworden veel toegepast in de thermoplastische en kabelindustrie om de verwerking te optimaliseren, de dispersie van vulstoffen te verbeteren, de smeltviscositeit te verlagen en gladdere oppervlakken te leveren met een hogere efficiëntie.

Onder deze producten zijn de siliconenmasterbatch LYSI-401 en de innovatieve siliconenverwerkingshulpstof SC920 bewezen oplossingen voor ATH/MDH-vlamvertragende polyolefineformuleringen, met name voor de extrusie van LSZH- en HFFR-kabels. Door de integratie van SILIKE's op siliconen gebaseerde additieven en productiehulpmiddelen kunnen fabrikanten een stabiele productie en consistente kwaliteit bereiken.

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.