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Introdução: Resolvendo os desafios de processamento de compostos poliolefínicos retardantes de chamas ATH/MDH de alta carga

Na indústria de cabos, requisitos rigorosos de retardamento de chamas são essenciais para garantir a segurança de pessoas e equipamentos em caso de incêndio. Hidróxido de alumínio (ATH) e hidróxido de magnésio (MDH), como retardantes de chamas livres de halogênio, são amplamente utilizados em compostos de cabos de poliolefina devido à sua compatibilidade ambiental, baixa emissão de fumaça e liberação de gases não corrosivos. No entanto, para atingir o desempenho retardante de chamas necessário, muitas vezes é necessária a incorporação de altas concentrações de ATH e MDH — normalmente de 50 a 70% em peso ou mais — na matriz de poliolefina.

Embora esse alto teor de carga aumente significativamente a retardância à chama, também apresenta sérios desafios de processamento, incluindo aumento da viscosidade do fundido, redução da fluidez, comprometimento das propriedades mecânicas e baixa qualidade da superfície. Esses problemas podem limitar significativamente a eficiência da produção e a qualidade do produto.

Este artigo tem como objetivo examinar sistematicamente os desafios de processamento associados a compostos poliolefínicos retardantes de chamas ATH/MDH de alta carga em aplicações de cabos. Com base no feedback do mercado e na experiência prática,identifica eficazprocessamentoaditivosparaabordando esses desafios. Os insights fornecidos visam auxiliar os fabricantes de fios e cabos a otimizar formulações e aprimorar os processos de produção ao trabalhar com compostos poliolefínicos retardantes de chamas ATH/MDH de alta carga.

Compreendendo os retardantes de chama ATH e MDH

ATH e MDH são dois dos principais retardantes de chama inorgânicos, livres de halogênio, amplamente utilizados em materiais poliméricos, particularmente em aplicações de cabos onde os padrões de segurança e ambientais são elevados. Eles agem por decomposição endotérmica e liberação de água, diluindo gases combustíveis e formando uma camada protetora de óxido na superfície do material, que suprime a combustão e reduz a fumaça. O ATH se decompõe a aproximadamente 200–220 °C, enquanto o MDH tem uma temperatura de decomposição mais alta, de 330–340 °C, tornando o MDH mais adequado para polímeros processados ​​em temperaturas mais altas.

1. Os mecanismos retardantes de chama do ATH e do MDH incluem:

1.1. Decomposição endotérmica:

Após o aquecimento, ATH (Al(OH)₃) e MDH (Mg(OH)₂) sofrem decomposição endotérmica, absorvendo calor significativo e diminuindo a temperatura do polímero para retardar a degradação térmica.

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

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

1.2. Liberação de vapor de água:

O vapor de água liberado dilui gases inflamáveis ​​ao redor do polímero e restringe o acesso ao oxigênio, inibindo a combustão.

1.3. Formação de camadas protetoras:

Os óxidos metálicos resultantes (Al₂O₃ e MgO) combinam-se com a camada de carvão do polímero para formar uma densa camada protetora, que bloqueia a penetração de calor e oxigênio e dificulta a liberação de gases combustíveis.

1.4. Supressão de fumaça:

A camada protetora também adsorve partículas de fumaça, reduzindo a densidade geral da fumaça.

Apesar de seu excelente desempenho retardante de chamas e benefícios ambientais, atingir altas classificações de retardante de chamas normalmente requer 50–70% em peso ou mais de ATH/MDH, que é a principal causa dos desafios de processamento subsequentes.
2. Principais desafios de processamento de poliolefinas ATH/MDH de alta carga em aplicações de cabos

2.1. Propriedades reológicas deterioradas:

Altas cargas de carga aumentam drasticamente a viscosidade do fundido e reduzem a fluidez. Isso dificulta a plastificação e o fluxo durante a extrusão, exigindo temperaturas de processamento e forças de cisalhamento mais elevadas, o que aumenta o consumo de energia e acelera o desgaste do equipamento. A redução do fluxo do fundido também limita a velocidade de extrusão e a eficiência da produção.

2.2. Propriedades mecânicas reduzidas:

Grandes quantidades de cargas inorgânicas diluem a matriz polimérica, diminuindo significativamente a resistência à tração, o alongamento na ruptura e a resistência ao impacto. Por exemplo, a incorporação de 50% ou mais de ATH/MDH pode reduzir a resistência à tração em aproximadamente 40% ou mais, representando um desafio para materiais de cabos flexíveis e duráveis.

2.3. Problemas de dispersão:

Partículas de ATH e MDH frequentemente se agregam na matriz do polímero, levando a pontos de concentração de tensão, desempenho mecânico reduzido e defeitos de extrusão, como rugosidade da superfície ou bolhas.

2.4. Má qualidade da superfície:

Alta viscosidade do fundido, baixa dispersão e compatibilidade limitada entre enchimento e polímero podem fazer com que as superfícies do extrudado fiquem ásperas ou irregulares, resultando em acúmulo de "pele de tubarão" ou resíduos na matriz. O acúmulo na matriz (resíduos na matriz) afeta tanto a aparência quanto a continuidade da produção.

2.5. Impactos na propriedade elétrica:

Alto teor de carga e dispersão irregular podem afetar as propriedades dielétricas, como a resistividade volumétrica. Além disso, o ATH/MDH apresenta absorção de umidade relativamente alta, o que pode afetar o desempenho elétrico e a estabilidade a longo prazo em ambientes úmidos.

2.6. Janela de processamento estreita:

A faixa de temperatura de processamento para poliolefinas retardantes de chamas de alta carga é estreita. O ATH começa a se decompor em torno de 200 °C, enquanto o MDH se decompõe em torno de 330 °C. O controle preciso da temperatura é necessário para evitar a decomposição prematura e garantir o desempenho retardante de chamas e a integridade do material.

Esses desafios tornam complexo o processamento de poliolefinas ATH/MDH de alta carga e destacam a necessidade de auxiliares de processamento eficazes.

Assim, para enfrentar esses desafios, diversos auxiliares de processamento foram desenvolvidos e aplicados na indústria de cabos. Esses auxiliares melhoram a compatibilidade interfacial entre polímero e carga, reduzem a viscosidade do fundido e melhoram a dispersão da carga, otimizando tanto o desempenho do processamento quanto as propriedades mecânicas finais.

Quais auxiliares de processamento são mais eficazes para resolver problemas de processamento e qualidade de superfície de compostos poliolefínicos retardantes de chamas ATH/MDH de alta carga em aplicações na indústria de cabos?

Aditivos e auxiliares de produção à base de silicone:

SILIKE oferece versatilidadeauxiliares de processamento à base de polissiloxanopara termoplásticos padrão e plásticos de engenharia, ajudando a otimizar o processamento e a melhorar o desempenho dos produtos acabados. Nossas soluções vão desde o confiável masterbatch de silicone LYSI-401 até o inovador aditivo SC920, desenvolvido para proporcionar maior eficiência e confiabilidade na extrusão de cabos LSZH e LSZH HFFR livres de halogênio e de alta carga.

Especificamente,Aditivos de processamento de lubrificantes à base de silicone SILIKE UHMWcomprovadamente benéficos para compostos poliolefínicos retardantes de chamas ATH/MDH em cabos. Os principais efeitos incluem:

1. Viscosidade de fusão reduzida: os polissiloxanos migram para a superfície de fusão durante o processamento, formando uma película lubrificante que reduz o atrito com o equipamento e melhora a fluidez.

2. Dispersão aprimorada: aditivos à base de silício promovem distribuição uniforme de ATH/MDH na matriz polimérica, minimizando a agregação de partículas.

3. Melhoria da qualidade da superfície:Masterbatch de silicone LYSI-401reduz o acúmulo de matriz e a fratura do fundido, produzindo superfícies de extrudado mais lisas e com menos defeitos.

4. Maior velocidade de linha:Auxiliar de Processamento de Silicone SC920Adequado para extrusão de cabos em alta velocidade. Pode evitar a instabilidade do diâmetro do fio e o deslizamento do parafuso, além de melhorar a eficiência da produção. Com o mesmo consumo de energia, o volume de extrusão aumentou em 10%.

5. Propriedades mecânicas aprimoradas: ao melhorar a dispersão do enchimento e a adesão interfacial, o masterbatch de silicone melhora a resistência ao desgaste do composto e o desempenho mecânico, como propriedade de impacto e alongamento na ruptura.

6. Sinergismo retardante de chamas e supressão de fumaça: aditivos de siloxano podem melhorar ligeiramente o desempenho retardante de chamas (por exemplo, aumentando o LOI) e reduzir a emissão de fumaça.

A SILIKE é uma produtora líder de aditivos à base de silicone, auxiliares de processamento e elastômeros de silicone termoplásticos na região da Ásia-Pacífico.

Nossoauxiliares de processamento de siliconesão amplamente aplicados nas indústrias de termoplásticos e cabos para otimizar o processamento, melhorar a dispersão do enchimento, reduzir a viscosidade do fundido e fornecer superfícies mais lisas com maior eficiência.

Entre eles, o masterbatch de silicone LYSI-401 e o inovador auxiliar de processamento de silicone SC920 são soluções comprovadas para formulações de poliolefinas retardantes de chamas ATH/MDH, particularmente na extrusão de cabos LSZH e HFFR. Ao integrar os aditivos e auxiliares de produção à base de silicone da SILIKE, os fabricantes podem alcançar uma produção estável e qualidade consistente.

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