Безгалогенные антипирены на основе ПЭ для кабельных применений

Даже сейчас полиэтилен (ПЭ) служит ключевым материалом, используемым при производстве проводов и кабелей, благодаря его низкой диэлектрической проницаемости, влагостойкости и механической прочности. Тем не менее, углеводородная цепная структура полимера делает его чрезвычайно горючим. При использовании в установках, где пожарная безопасность становится критически важной, необходимо вносить изменения в ПЭ таким образом, чтобы он не воспламенялся и не выделял токсичные газы. Системы HFFR помогают достичь этой цели, поскольку в процессе горения не выделяются коррозионно-активные газы, содержащие галогены. Выбрать подходящую добавку для системы HFFR никогда не бывает легко.

Требуемые материалы могут значительно различаться для разных типов конструкций кабелей. Выбор безгалогенной композиции основан на функциональности полимерного слоя и требованиях соответствия, применимых к конечному продукту.

Это будет определяться тем, выполняет ли материал функцию внутренней диэлектрической изоляции или внешней защитной оболочки.

Компаунд, разработанный для внешней оболочки, редко будет функционировать в качестве внутренней основной изоляции. Рецептуры всегда должны соответствовать механическим и электрическим требованиям конкретного слоя.

Гидроксиды металлов доминируют в составах HFFR для полиолефинов, но синтетические фосфорные и синергетические системы всё чаще используются для снижения общей нагрузки наполнителя.

ATH и MDH работают посредством эндотермического разложения, выделяя водяной пар для охлаждения зоны пламени и одновременно образуя изолирующий слой золы. Поскольку они действуют механически, а не химически в газовой фазе, для достижения рейтингов UL 94 V-0 обязательны высокие степени наполнения.

При закупке добавок указания поставщикам только целевого рейтинга огнестойкости недостаточно. Предоставление марки базового ПЭ (LDPE, LLDPE, HDPE или смеси с EVA), пределов температуры переработки, толщины стенки и целевой гибкости оболочки позволяет поставщикам добавок рекомендовать совместимые огнезащитные пакеты.

Добавление от 50% до 60% минерального наполнителя по весу кардинально изменяет физические свойства полиэтилена. Соответствие требованиям пожарной безопасности ничего не значит, если готовый кабель трескается при монтаже или не проходит диэлектрические испытания.

Испытания на уровне материала, такие как кислородный индекс и вертикальный тест на горение UL 94 на лабораторных образцах, являются хорошей отправной точкой, но существуют различия в характеристиках кабеля в натуральную величину. Конструкция кабеля, теплоотвод проводника и плотность сшивки влияют на характеристики горения.

Оценка производительности включает одновременную оценку четырех основных параметров:

Высокое содержание наполнителей может привлекать поверхностную влагу, что приводит к снижению удельного объёмного сопротивления во влажном состоянии. Выбор наполнителей с поверхностной обработкой (таких как ATH или MDH с силановым покрытием) предотвращает поглощение влаги и поддерживает электрическую изоляцию в течение продолжительных термических циклов.

В исходном виде минеральные наполнители действуют как концентраторы напряжений в полиэтиленовой матрице. Увеличение количества минеральных наполнителей приводит к резкому снижению прочности на разрыв и удлинения, делая полимер хрупким.

Гибкость необходима для того, чтобы кабели можно было наматывать, протягивать в траншеях и прокладывать через узкие каналы. Чтобы бороться с хрупкостью, сохраняя огнестойкость:

Всегда оценивайте прочность на разрыв и относительное удлинение при разрыве после испытаний на термическое старение. Компаунд может пройти первоначальные механические испытания, но быстро деградировать, если система добавок ускоряет окисление полимера.

Эффективная в лабораторных испытаниях формула окажется неэффективной в производстве, если она демонстрирует плохую текучесть расплава, провисание экструдата и термическое разложение при высокоскоростной экструзии.

Переработка высоконаполненных компаундов HFFR требует точной настройки термических и механических параметров сдвига:

От этапа разработки смолы до производственных процессов требуется ряд систематических процедур для масштабирования. Опора только на технические паспорта от поставщиков сырья создаёт риск в производственном процессе.

В пилотных испытаниях экструзии проверяйте следующие производственные характеристики:

Таким образом, образцы полностью квалифицированы для производства, чтобы избежать любых остановок линий, проблем с износом фильер и отказов кабелей.

Выбор правильного безгалогенного антипиренадля рецептур кабелей из ПЭ требуется сбалансированный подход. Хотя достижение соответствия требованиям пожарной безопасности имеет важное значение, оно не может быть достигнуто за счёт диэлектрической прочности, механической гибкости или производительности переработки. Подбирая систему добавок (ATH, MDH, фосфорные или синергетические смеси) к конкретному слою кабеля, используя поверхностную обработку для сохранения удлинения и проверяя стабильность расплава на промышленных экструзионных линиях, производители кабелей и компаундеры могут разрабатывать надёжные высокоэффективные кабели HFFR.

При консультации с поставщиками добавок предоставьте точные сведения о марках базовой смолы, целевых стандартах для кабелей, толщине изоляции и технологических ограничениях, чтобы определить оптимальный огнезащитный пакет для вашего применения.