Nyheter

Introduktion: Lösning av utmaningar vid bearbetning av ATH/MDH-flamskyddande polyolefinföreningar med hög belastning

Inom kabelindustrin är stränga krav på flamskydd avgörande för att säkerställa personalens och utrustningens säkerhet i händelse av brand. Aluminiumhydroxid (ATH) och magnesiumhydroxid (MDH), som halogenfria flamskyddsmedel, används ofta i polyolefinkabelblandningar på grund av deras miljövänlighet, låga rökutveckling och icke-frätande gasutsläpp. För att uppnå den erforderliga flamskyddsprestanda krävs dock ofta höga halter av ATH och MDH – vanligtvis 50–70 viktprocent eller högre – i polyolefinmatrisen.

Även om en sådan hög fyllnadshalt avsevärt förbättrar flamskyddet, medför den också allvarliga bearbetningsutmaningar, inklusive ökad smältviskositet, minskad flytbarhet, försämrade mekaniska egenskaper och dålig ytkvalitet. Dessa problem kan i hög grad begränsa produktionseffektiviteten och produktkvaliteten.

Denna artikel syftar till att systematiskt undersöka de bearbetningsutmaningar som är förknippade med högbelastade ATH/MDH-flamskyddande polyolefinföreningar i kabelapplikationer. Baserat på marknadsfeedback och praktisk erfarenhet,identifierar effektivbearbetningtillsatserföratt hantera dessa utmaningar. De insikter som ges är avsedda att hjälpa tråd- och kabeltillverkare att optimera formuleringar och förbättra produktionsprocesser när de arbetar med högbelastade ATH/MDH-flamskyddande polyolefinföreningar.

Förstå flamskyddsmedel ATH och MDH

ATH och MDH är två viktiga oorganiska, halogenfria flamskyddsmedel som används flitigt i polymermaterial, särskilt i kabelapplikationer där säkerhets- och miljöstandarder är höga. De verkar genom endotermisk nedbrytning och vattenfrisättning, späd ut brännbara gaser och bildar ett skyddande oxidlager på materialytan, vilket undertrycker förbränning och minskar rök. ATH sönderfaller vid cirka 200–220 °C, medan MDH har en högre nedbrytningstemperatur på 330–340 °C, vilket gör MDH mer lämplig för polymerer som bearbetas vid högre temperaturer.

1. De flamskyddande mekanismerna för ATH och MDH inkluderar:

1.1. Endotermisk nedbrytning:

Vid uppvärmning genomgår ATH (Al(OH)₃) och MDH (Mg(OH)₂) endotermisk nedbrytning, vilket absorberar betydande värme och sänker polymertemperaturen för att fördröja termisk nedbrytning.

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

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

1.2. Frigöring av vattenånga:

Den frigjorda vattenångan späder ut brandfarliga gaser runt polymeren och begränsar syretillgången, vilket hämmar förbränning.

1.3. Bildning av skyddande lager:

De resulterande metalloxiderna (Al₂O₃ och MgO) kombineras med polymerkolskiktet för att bilda ett tätt skyddande lager, vilket blockerar värme- och syrepenetration och hindrar frisättning av brännbara gaser.

1.4. Rökdämpning:

Det skyddande lagret adsorberar också rökpartiklar, vilket minskar den totala rökdensiteten.

Trots deras utmärkta flamskyddsprestanda och miljöfördelar kräver höga flamskyddsvärden vanligtvis 50–70 viktprocent eller mer ATH/MDH för att uppnå höga flamskyddsvärden, vilket är den främsta orsaken till efterföljande bearbetningsutmaningar.
2. Viktiga bearbetningsutmaningar för högbelastade ATH/MDH-polyolefiner i kabelapplikationer

2.1. Försämrade reologiska egenskaper:

Höga fyllmedelshalter ökar smältans viskositet kraftigt och minskar flytbarheten. Detta försvårar plasticering och flyt under extrudering, vilket kräver högre bearbetningstemperaturer och skjuvkrafter, vilket ökar energiförbrukningen och accelererar slitage på utrustningen. Minskat smältflöde begränsar också extruderingshastigheten och produktionseffektiviteten.

2.2. Minskade mekaniska egenskaper:

Stora mängder oorganiska fyllmedel späder ut polymermatrisen, vilket avsevärt minskar draghållfastheten, brottöjningen och slagsegheten. Till exempel kan införlivandet av 50 % eller mer ATH/MDH minska draghållfastheten med cirka 40 % eller mer, vilket utgör en utmaning för flexibla och hållbara kabelmaterial.

2.3. Spridningsproblem:

ATH- och MDH-partiklar aggregerar ofta i polymermatrisen, vilket leder till spänningskoncentrationspunkter, minskad mekanisk prestanda och extruderingsdefekter såsom ytjämnhet eller bubblor.

2.4. Dålig ytkvalitet:

Hög smältviskositet, dålig dispersion och begränsad kompatibilitet mellan fyllmedel och polymer kan göra att extrudatets ytor blir grova eller ojämna, vilket leder till "hajskinn" eller formavlagringar. Ansamling vid formen (formdrill) påverkar både utseende och kontinuerlig produktion.

2.5. Påverkan på elektriska fastigheter:

Hög fyllnadshalt och ojämn spridning kan påverka dielektriska egenskaper, såsom volymresistivitet. Dessutom har ATH/MDH relativt hög fuktabsorption, vilket potentiellt kan påverka elektrisk prestanda och långsiktig stabilitet i fuktiga miljöer.

2.6. Smalt bearbetningsfönster:

Bearbetningstemperaturintervallet för högbelastade flamskyddsmedel i polyolefiner är smalt. ATH börjar sönderfalla vid runt 200 °C, medan MDH sönderfaller vid runt 330 °C. Noggrann temperaturkontroll krävs för att förhindra för tidig sönderfall och säkerställa flamskyddsprestanda och materialintegritet.

Dessa utmaningar gör bearbetning av ATH/MDH-polyolefiner med hög belastning komplex och belyser behovet av effektiva processhjälpmedel.

För att hantera dessa utmaningar har olika processhjälpmedel utvecklats och tillämpats inom kabelindustrin. Dessa hjälpmedel förbättrar kompatibiliteten mellan polymer och fyllmedelsgränssnitt, minskar smältviskositeten och förbättrar spridningen av fyllmedlet, vilket optimerar både processprestanda och slutliga mekaniska egenskaper.

Vilka processhjälpmedel är mest effektiva för att lösa problem med bearbetning och ytkvalitet hos flamskyddsmedel ATH/MDH-polyolefinföreningar med hög belastning i kabelindustrin?

Silikonbaserade tillsatser och produktionshjälpmedel:

SILIKE erbjuder mångsidigapolysiloxanbaserade processhjälpmedelför både standardtermoplaster och tekniska plaster, vilket hjälper till att optimera bearbetningen och förbättra prestandan hos färdiga produkter. Våra lösningar sträcker sig från den pålitliga silikonmasterbatchen LYSI-401 till det innovativa tillsatsmedlet SC920 – konstruerat för att ge högre effektivitet och tillförlitlighet vid högbelastad, halogenfri LSZH- och HFFR LSZH-kabelextrudering.

Speciellt,SILIKE UHMW silikonbaserade smörjmedelstillsatser för bearbetninghar visat sig vara fördelaktiga för ATH/MDH-flamskyddande polyolefinföreningar i kablar. Viktiga effekter inkluderar:

1. Minskad smältviskositet: Polysiloxaner migrerar till smältans yta under bearbetningen och bildar en smörjfilm som minskar friktionen med utrustningen och förbättrar flytbarheten.

2. Förbättrad dispersion: Kiselbaserade tillsatser främjar en jämn fördelning av ATH/MDH i polymermatrisen, vilket minimerar partikelaggregering.

3. Förbättrad ytkvalitet:LYSI-401 silikonmasterbatchminskar formuppbyggnad och smältbrott, vilket ger jämnare extrudarytor med färre defekter.

4. Snabbare linjehastighet:Silikonbearbetningshjälpmedel SC920är lämplig för höghastighetsextrudering av kablar. Det kan förhindra instabilitet i tråddiametern och skruvglidning, och förbättra produktionseffektiviteten. Vid samma energiförbrukning ökade extruderingsvolymen med 10 %.

5. Förbättrade mekaniska egenskaper: Genom att förbättra fyllmedelsdispersionen och gränsytans vidhäftning förbättrar silikonmasterbatch kompositens slitstyrka och mekaniska prestanda, såsom slagtålighet och brottöjning.

6. Synergism med flamskyddsmedel och rökundertryckning: siloxantillsatser kan förbättra flamskyddsmedlets prestanda något (t.ex. öka LOI) och minska rökutsläppet.

SILIKE är en ledande tillverkare av silikonbaserade tillsatser, processhjälpmedel och termoplastiska silikonelastomerer i Asien-Stillahavsområdet.

Vårsilikonbearbetningshjälpmedelanvänds i stor utsträckning inom termoplast- och kabelindustrin för att optimera bearbetning, förbättra fyllmedelsdispersion, minska smältviskositeten och ge jämnare ytor med högre effektivitet.

Bland dessa är silikonmasterbatchen LYSI-401 och det innovativa silikonbearbetningshjälpmedlet SC920 beprövade lösningar för ATH/MDH-flamskyddande polyolefinformuleringar, särskilt inom LSZH- och HFFR-kabelextrudering. Genom att integrera SILIKEs silikonbaserade tillsatser och produktionshjälpmedel kan tillverkare uppnå stabil produktion och jämn kvalitet.

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.