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Introdução: Solucionando os desafios de processamento de compostos de poliolefinas retardantes de chama ATH/MDH de alta carga

Na indústria de cabos, requisitos rigorosos de retardância à chama são essenciais para garantir a segurança do pessoal e dos equipamentos em caso de incêndio. O hidróxido de alumínio (ATH) e o hidróxido de magnésio (MDH), como retardantes de chama 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, atingir o desempenho de retardância à chama exigido geralmente requer a incorporação de altas concentrações de ATH e MDH — tipicamente 50–70% em peso ou mais — na matriz de poliolefina.

Embora um alto teor de carga melhore significativamente a resistência à chama, também introduz desafios severos no processamento, incluindo aumento da viscosidade da massa fundida, redução da fluidez, comprometimento das propriedades mecânicas e baixa qualidade da superfície. Esses problemas podem limitar consideravelmente a eficiência da produção e a qualidade do produto.

Este artigo tem como objetivo examinar sistematicamente os desafios de processamento associados a compostos de poliolefinas retardantes de chama ATH/MDH de alta concentração em aplicações de cabos. Com base no feedback do mercado e na experiência prática,identifica eficazprocessamentoaditivosparaabordando esses desafios. As informações fornecidas têm como objetivo ajudar os fabricantes de fios e cabos a otimizar formulações e aprimorar os processos de produção ao trabalhar com compostos de poliolefinas retardantes de chama ATH/MDH de alta concentração.

Entendendo os retardantes de chama ATH e MDH

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

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

1.1. Decomposição endotérmica:

Ao serem aquecidos, o ATH (Al(OH)₃) e o 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 os gases inflamáveis ​​ao redor do polímero e restringe o acesso do oxigênio, inibindo a combustão.

1.3. Formação de camadas protetoras:

Os óxidos metálicos resultantes (Al₂O₃ e MgO) combinam-se com a camada de carbono polimérico para formar uma camada protetora densa, que bloqueia a penetração de calor e oxigênio e impede 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 do excelente desempenho retardante de chamas e dos benefícios ambientais, alcançar altos índices de resistência à chama normalmente requer 50 a 70% em peso ou mais de ATH/MDH, o que é a principal causa dos desafios subsequentes no processamento.
2. Principais desafios de processamento de poliolefinas ATH/MDH de alta carga em aplicações de cabos

2.1. Propriedades reológicas deterioradas:

Altas concentrações de carga aumentam drasticamente a viscosidade da massa fundida 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 da fluidez da massa fundida 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, reduzindo 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:

As partículas de ATH e MDH frequentemente se agregam na matriz polimérica, levando a pontos de concentração de tensão, redução do desempenho mecânico e defeitos de extrusão, como rugosidade superficial ou bolhas.

2.4. Má qualidade da superfície:

A alta viscosidade do material fundido, a má dispersão e a limitada compatibilidade entre o material de enchimento e o polímero podem causar superfícies extrudadas ásperas ou irregulares, levando à formação de "pele de tubarão" ou acúmulo de material na matriz. O acúmulo na matriz (gotejamento da matriz) afeta tanto a aparência quanto a produção contínua.

2.5. Impactos elétricos na propriedade:

O alto teor de carga e a dispersão irregular podem afetar as propriedades dielétricas, como a resistividade volumétrica. Além disso, o ATH/MDH apresenta uma 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 chama de alta carga é estreita. O ATH começa a se decompor por volta de 200 °C, enquanto o MDH se decompõe por volta de 330 °C. É necessário um controle preciso da temperatura para evitar a decomposição prematura e garantir o desempenho retardante de chama e a integridade do material.

Esses desafios tornam o processamento de poliolefinas ATH/MDH de alta carga complexo 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 o polímero e o material de enchimento, reduzem a viscosidade da massa fundida e aumentam a dispersão do material de enchimento, otimizando tanto o desempenho do processamento quanto as propriedades mecânicas finais.

Quais auxiliares de processamento são mais eficazes para solucionar problemas de processamento e qualidade superficial de compostos de poliolefinas retardantes de chama ATH/MDH de alta concentração em aplicações na indústria de cabos?

Aditivos e auxiliares de produção à base de silicone:

SILIKE oferece versatilidadeauxiliares de processamento à base de polissiloxanoNossas soluções são adequadas tanto para termoplásticos padrão quanto para plásticos de engenharia, ajudando a otimizar o processamento e aprimorar o desempenho dos produtos acabados. Elas abrangem desde o confiável masterbatch de silicone LYSI-401 até o inovador aditivo SC920 — projetado para oferecer maior eficiência e confiabilidade na extrusão de cabos LSZH e HFFR livres de halogênio e de alta carga.

Especificamente,SILIKE Aditivos de processamento de lubrificantes à base de silicone UHMWFoi comprovado que os compostos de poliolefina retardantes de chama ATH/MDH são benéficos para cabos. Os principais efeitos incluem:

1. Viscosidade reduzida da massa fundida: Os polissiloxanos migram para a superfície da massa fundida 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 a distribuição uniforme de ATH/MDH na matriz polimérica, minimizando a agregação de partículas.

3. Qualidade de superfície aprimorada:Masterbatch de silicone LYSI-401Reduz o acúmulo de material na matriz e a fratura da massa fundida, produzindo superfícies de extrudado mais lisas e com menos defeitos.

4. Velocidade de linha mais rápida:Auxiliar de Processamento de Silicone SC920É adequado para extrusão de cabos em alta velocidade. Pode prevenir a instabilidade do diâmetro do fio e o deslizamento da rosca, melhorando 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 material de enchimento e a adesão interfacial, o masterbatch de silicone aprimora a resistência ao desgaste e o desempenho mecânico do compósito, como a resistência ao impacto e o 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 das principais produtoras de aditivos à base de silicone, auxiliares de processamento e elastômeros termoplásticos de silicone na região da Ásia-Pacífico.

Nossoauxiliares de processamento de siliconeSão amplamente aplicadas nas indústrias de termoplásticos e cabos para otimizar o processamento, melhorar a dispersão do material de enchimento, reduzir a viscosidade da massa fundida e proporcionar 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 chama 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 produção estável e qualidade consistente.

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