Retardateurs de flamme PE sans halogène pour applications de câbles

Même aujourd'hui, le polyéthylène (PE) demeure le matériau clé utilisé dans la fabrication de fils et de câbles en raison de sa faible constante diélectrique, de sa résistance à l'humidité et de sa résistance mécanique. Néanmoins, la structure de chaîne hydrocarbonée du polymère le rend extrêmement inflammable. Lorsqu'il est utilisé dans des installations où la sécurité incendie est cruciale, il est nécessaire de modifier le PE de manière à ce qu'il ne s'enflamme pas et ne libère pas de gaz toxiques. Les systèmes HFFR contribuent à atteindre cet objectif puisqu'aucun gaz corrosif contenant des halogènes n'est libéré lors du processus de combustion. Il n'est jamais facile de choisir l'additif approprié pour le système HFFR.

Les matériaux requis peuvent être très différents selon les types de conception de câbles. La sélection d'un composé sans halogène est basée sur la fonctionnalité de la couche polymère et les exigences de conformité applicables au produit final.

Cela sera déterminé par le fait que le matériau agisse comme l'isolation diélectrique interne ou la gaine de protection externe.

Un composé conçu pour une gaine externe fonctionnera rarement comme une isolation primaire interne. Les formulations doivent toujours être alignées sur les contraintes mécaniques et électriques de la couche spécifique.

Les hydroxydes minéraux dominent les formulations HFFR pour polyoléfines, mais les systèmes synthétiques à base de phosphore et les systèmes synergiques sont de plus en plus utilisés pour réduire la charge globale en charges.

L'ATH et le MDH agissent par décomposition endothermique, libérant de la vapeur d'eau pour refroidir la zone de flamme tout en formant une couche de cendre isolante. Comme ils agissent mécaniquement plutôt que chimiquement en phase gazeuse, des taux de charge élevés sont obligatoires pour atteindre les classifications UL 94 V-0.

Lors de l'approvisionnement en additifs, spécifier uniquement une classification ignifuge cible aux fournisseurs est insuffisant. Fournir le grade de PE de base (LDPE, LLDPE, HDPE ou mélanges EVA), les limites de température de transformation, l'épaisseur de paroi et la flexibilité cible de la gaine permet aux fournisseurs d'additifs de recommander des packages ignifuges compatibles.

L'ajout de 50 % à 60 % de charge minérale en poids transforme radicalement les propriétés physiques du polyéthylène. Atteindre la conformité au feu ne signifie rien si le câble fini se fissure lors de l'installation ou échoue aux tests diélectriques.

Les essais au niveau du matériau, tels que l'indice d'oxygène et l'essai de combustion verticale UL 94 sur des plaques de laboratoire, constituent un bon point de référence, mais il existe des différences dans les performances des câbles à grande échelle. La conception du câble, la dissipation thermique du conducteur et la densité de réticulation ont un effet sur les caractéristiques de combustion.

L'évaluation des performances implique d'évaluer simultanément quatre paramètres principaux :

Les fortes charges de charges peuvent attirer l'humidité de surface, entraînant une baisse de la résistivité volumique en milieu humide. Le choix de charges traitées en surface (telles que l'ATH ou le MDH revêtus de silane) empêche l'absorption d'humidité et maintient l'isolation électrique sur des cycles thermiques prolongés.

Sous leur forme vierge, les charges minérales agissent comme des concentrateurs de contraintes dans la matrice de polyéthylène. L'augmentation de la quantité de charges minérales entraîne une diminution brutale de la résistance à la traction et de l'allongement, rendant le polymère cassant.

La flexibilité est nécessaire pour que les câbles puissent être enroulés, tirés dans des tranchées et passés dans des conduits étroits. Pour lutter contre la fragilité tout en maintenant la résistance au feu :

Évaluez toujours la résistance à la traction et l'allongement à la rupture après les tests de vieillissement thermique. Un compound peut réussir les tests mécaniques initiaux mais se dégrader rapidement si le système d'additifs accélère l'oxydation du polymère.

Une formule efficace en laboratoire s'avérera inefficace en production si elle présente un mauvais indice de fluidité, un affaissement à la filière et une décomposition thermique lors de l'extrusion à grande vitesse.

La mise en œuvre de compounds HFFR fortement chargés exige un ajustement précis des paramètres thermiques et de cisaillement mécanique :

Du stade de développement de la résine aux processus de fabrication, une série de procédures systématiques est nécessaire pour la mise à l'échelle. Se fier uniquement aux fiches techniques des fournisseurs de matières premières présente un risque dans le processus de fabrication.

Lors des essais pilotes d'extrusion, vérifier les spécifications de production suivantes :

De cette façon, les échantillons sont entièrement qualifiés pour la fabrication afin d'éviter tout arrêt des lignes, des problèmes d'usure des filières et des défaillances des câbles.

Sélectionner le bon retardateur de flamme sans halogènepour les formulations de câbles PE, une approche équilibrée est nécessaire. Bien que la conformité en matière de sécurité incendie soit essentielle, elle ne peut se faire au détriment de la rigidité diélectrique, de la flexibilité mécanique ou du débit de transformation. En adaptant le système d'additifs (ATH, MDH, phosphore ou mélanges synergiques) à la couche de câble spécifique, en utilisant des traitements de surface pour préserver l'allongement, et en vérifiant la stabilité à l'état fondu sur les lignes d'extrusion commerciales, les fabricants de câbles et les compoundeurs peuvent développer des câbles HFFR fiables et hautes performances.

Lors de la consultation avec des fournisseurs d'additifs, fournissez des détails précis concernant les grades de résine de base, les normes de câbles cibles, l'épaisseur d'isolation et les contraintes de transformation afin d'identifier le package ignifuge optimal pour votre application.