مقدمه: حل چالش‌های فرآوری ترکیبات پلی‌اولفین مقاوم در برابر شعله ATH/MDH با بار بالا
در صنعت کابل، الزامات سختگیرانه‌ای برای بازدارندگی شعله برای تضمین ایمنی پرسنل و تجهیزات در صورت آتش‌سوزی ضروری است. هیدروکسید آلومینیوم (ATH) و هیدروکسید منیزیم (MDH)، به عنوان بازدارندگان شعله بدون هالوژن، به دلیل سازگاری با محیط زیست، انتشار دود کم و انتشار گاز غیر خورنده، به طور گسترده در ترکیبات کابل پلی اولفینی استفاده می‌شوند. با این حال، دستیابی به عملکرد بازدارندگی شعله مورد نیاز اغلب مستلزم ترکیب مقادیر بالای ATH و MDH - معمولاً 50 تا 70 درصد وزنی یا بیشتر - در ماتریس پلی اولفین است.
اگرچه چنین مقدار بالای پرکننده به طور قابل توجهی خاصیت ضد شعله را افزایش می‌دهد، اما چالش‌های جدی در فرآیند تولید، از جمله افزایش ویسکوزیته مذاب، کاهش جریان‌پذیری، کاهش خواص مکانیکی و کیفیت پایین سطح را نیز ایجاد می‌کند. این مسائل می‌توانند راندمان تولید و کیفیت محصول را تا حد زیادی محدود کنند.
هدف این مقاله بررسی سیستماتیک چالش‌های فرآوری مرتبط با ترکیبات پلی‌الفین مقاوم در برابر شعله ATH/MDH با بار بالا در کاربردهای کابل است. بر اساس بازخورد بازار و تجربه عملی،شناسایی می‌کند مؤثرپردازشمواد افزودنیبرایپرداختن به این چالش‌ها. بینش‌های ارائه شده با هدف کمک به تولیدکنندگان سیم و کابل برای بهینه‌سازی فرمولاسیون‌ها و بهبود فرآیندهای تولید هنگام کار با ترکیبات پلی‌اولفین مقاوم در برابر شعله ATH/MDH با بار بالا ارائه شده است.
آشنایی با بازدارنده‌های شعله ATH و MDH
ATH و MDH دو ماده اصلی ضد حریق غیرآلی و بدون هالوژن هستند که به طور گسترده در مواد پلیمری، به ویژه در کاربردهای کابل که استانداردهای ایمنی و زیست‌محیطی بالایی دارند، استفاده می‌شوند. آنها با تجزیه گرماگیر و آزادسازی آب عمل می‌کنند، گازهای قابل احتراق را رقیق می‌کنند و یک لایه اکسید محافظ روی سطح ماده تشکیل می‌دهند که احتراق را سرکوب کرده و دود را کاهش می‌دهد. ATH در دمای تقریباً 200 تا 220 درجه سانتیگراد تجزیه می‌شود، در حالی که MDH دمای تجزیه بالاتری معادل 330 تا 340 درجه سانتیگراد دارد که MDH را برای پلیمرهایی که در دماهای بالاتر پردازش می‌شوند، مناسب‌تر می‌کند.
۱. مکانیسم‌های ضد شعله ATH و MDH عبارتند از:
۱.۱ تجزیه گرماگیر:
پس از گرم شدن، ATH (Al(OH)₃) و MDH (Mg(OH)₂) دچار تجزیه گرماگیر می‌شوند و گرمای قابل توجهی را جذب کرده و دمای پلیمر را کاهش می‌دهند تا تخریب حرارتی را به تأخیر بیندازند.
ATH: 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O، ΔH ≈ 1051 J/g
MDH: Mg(OH)₂ → MgO + H₂O، ΔH ≈ ۱۳۱۶ ژول بر گرم
۱.۲ انتشار بخار آب:
بخار آب آزاد شده، گازهای قابل اشتعال اطراف پلیمر را رقیق کرده و دسترسی اکسیژن را محدود می‌کند و احتراق را مهار می‌کند.
۱.۳ تشکیل لایه‌های محافظ:
اکسیدهای فلزی حاصل (Al₂O₃ و MgO) با لایه زغال پلیمری ترکیب می‌شوند و یک لایه محافظ متراکم تشکیل می‌دهند که مانع نفوذ گرما و اکسیژن شده و مانع از آزاد شدن گازهای قابل احتراق می‌شود.
۱.۴ سیستم اطفاء دود:
این لایه محافظ همچنین ذرات دود را جذب می‌کند و تراکم کلی دود را کاهش می‌دهد.
علیرغم عملکرد عالی در برابر شعله و مزایای زیست‌محیطی آنها، دستیابی به رتبه‌بندی بالای ضد شعله معمولاً نیازمند 50 تا 70 درصد وزنی یا بیشتر از ATH/MDH است که علت اصلی چالش‌های فرآوری بعدی است.
۲. چالش‌های کلیدی فرآوری پلی‌اولفین‌های ATH/MDH با بارگذاری بالا در کاربردهای کابل
۲.۱ خواص رئولوژیکی رو به زوال:
بارگذاری زیاد پرکننده، ویسکوزیته مذاب را به شدت افزایش و جریان‌پذیری را کاهش می‌دهد. این امر، نرم‌سازی و جریان‌پذیری را در طول اکستروژن دشوارتر می‌کند و به دمای پردازش و نیروهای برشی بالاتری نیاز دارد که باعث افزایش مصرف انرژی و تسریع فرسودگی تجهیزات می‌شود. کاهش جریان مذاب همچنین سرعت اکستروژن و راندمان تولید را محدود می‌کند.
۲.۲ خواص مکانیکی کاهش یافته:
مقادیر زیاد پرکننده‌های معدنی، ماتریس پلیمری را رقیق می‌کنند و به طور قابل توجهی استحکام کششی، ازدیاد طول در نقطه شکست و استحکام ضربه را کاهش می‌دهند. به عنوان مثال، ترکیب 50٪ یا بیشتر ATH/MDH ممکن است استحکام کششی را تقریباً 40٪ یا بیشتر کاهش دهد و چالشی برای مواد کابل انعطاف‌پذیر و بادوام ایجاد کند.
۲.۳ مسائل مربوط به پراکندگی:
ذرات ATH و MDH اغلب در ماتریس پلیمری تجمع می‌یابند و منجر به نقاط تمرکز تنش، کاهش عملکرد مکانیکی و عیوب اکستروژن مانند زبری سطح یا حباب می‌شوند.
۲.۴ کیفیت سطح پایین:
ویسکوزیته مذاب بالا، پراکندگی ضعیف و سازگاری محدود پرکننده-پلیمر می‌تواند باعث شود سطوح اکسترود شده خشن یا ناهموار باشند و منجر به ایجاد پوسته پوسته شدن یا رسوب در قالب شوند. تجمع در قالب (آبکی شدن قالب) هم بر ظاهر و هم بر تولید مداوم تأثیر می‌گذارد.
۲.۵ تأثیرات بر خواص الکتریکی:
محتوای بالای پرکننده و پراکندگی ناهموار می‌تواند بر خواص دی‌الکتریک، مانند مقاومت حجمی، تأثیر بگذارد. علاوه بر این، ATH/MDH جذب رطوبت نسبتاً بالایی دارد که می‌تواند به طور بالقوه بر عملکرد الکتریکی و پایداری طولانی مدت در محیط‌های مرطوب تأثیر بگذارد.
۲.۶ پنجره پردازش باریک:
محدوده دمای فرآوری برای پلی‌الفین‌های مقاوم در برابر شعله با بار زیاد محدود است. ATH حدود ۲۰۰ درجه سانتیگراد شروع به تجزیه می‌کند، در حالی که MDH حدود ۳۳۰ درجه سانتیگراد تجزیه می‌شود. برای جلوگیری از تجزیه زودرس و تضمین عملکرد مقاوم در برابر شعله و یکپارچگی مواد، کنترل دقیق دما لازم است.
این چالش‌ها، پردازش پلی‌اولفین‌های ATH/MDH با بار بالا را پیچیده می‌کند و ضرورت استفاده از کمک‌فرآیندهای مؤثر را برجسته می‌سازد.
بنابراین، برای رفع این چالش‌ها، کمک‌فرآیندهای مختلفی توسعه یافته و در صنعت کابل به کار گرفته شده‌اند. این کمک‌فرآیندها سازگاری بین سطحی پلیمر و پرکننده را بهبود می‌بخشند، ویسکوزیته مذاب را کاهش می‌دهند و پراکندگی پرکننده را افزایش می‌دهند و هم عملکرد پردازش و هم خواص مکانیکی نهایی را بهینه می‌کنند.
کدام کمک‌فرآیندها برای حل مسائل مربوط به پردازش و کیفیت سطح ترکیبات پلی‌اولفین مقاوم در برابر شعله ATH/MDH با بار بالا در کاربردهای صنعت کابل، مؤثرتر هستند؟
افزودنی‌ها و کمک‌تولیدهای مبتنی بر سیلیکون:
SILIKE ارائه دهنده خدمات متنوعکمک‌فرآیندهای مبتنی بر پلی‌سیلوکسانبرای هر دو نوع ترموپلاستیک استاندارد و پلاستیک‌های مهندسی، به بهینه‌سازی پردازش و افزایش عملکرد محصولات نهایی کمک می‌کند. راهکارهای ما از مستربچ سیلیکونی معتبر LYSI-401 تا افزودنی نوآورانه SC920 را شامل می‌شود که برای ارائه کارایی و قابلیت اطمینان بیشتر در اکستروژن کابل LSZH بدون هالوژن و HFFR LSZH با بار بالا طراحی شده‌اند.
به طور خاص،افزودنی‌های روان‌کننده بر پایه سیلیکون SILIKE UHMWبرای ترکیبات پلی اولفین مقاوم در برابر شعله ATH/MDH در کابل‌ها مفید بوده‌اند. اثرات کلیدی عبارتند از:
۱. کاهش ویسکوزیته مذاب: پلی سیلوکسان‌ها در طول فرآیند به سطح مذاب مهاجرت می‌کنند و یک لایه روان‌کننده تشکیل می‌دهند که اصطکاک با تجهیزات را کاهش داده و جریان‌پذیری را بهبود می‌بخشد.
۲. پراکندگی بهبود یافته: افزودنی‌های مبتنی بر سیلیکون، توزیع یکنواخت ATH/MDH را در ماتریس پلیمری بهبود می‌بخشند و تجمع ذرات را به حداقل می‌رسانند.
۳. بهبود کیفیت سطح:مستربچ سیلیکونی LYSI-401تجمع مواد در قالب و شکست مذاب را کاهش می‌دهد و سطوح صاف‌تری از ماده اکسترود شده با عیوب کمتر ایجاد می‌کند.
۴. سرعت خط تولید بالاتر:کمک پردازش سیلیکون SC920برای اکستروژن پرسرعت کابل‌ها مناسب است. می‌تواند از بی‌ثباتی قطر سیم و لغزش پیچ جلوگیری کند و راندمان تولید را بهبود بخشد. با مصرف انرژی یکسان، حجم اکستروژن 10٪ افزایش می‌یابد.
۵. بهبود خواص مکانیکی: با افزایش پراکندگی پرکننده و چسبندگی بین سطحی، مستربچ سیلیکونی مقاومت سایشی کامپوزیت و عملکرد مکانیکی مانند خواص ضربه و ازدیاد طول در نقطه شکست را بهبود می‌بخشد.
۶. هم‌افزایی بازدارنده شعله و مهار دود: افزودنی‌های سیلوکسان می‌توانند عملکرد بازدارنده شعله را کمی افزایش دهند (مثلاً LOI را افزایش دهند) و انتشار دود را کاهش دهند.
شرکت سیلیک (SILIKE) تولیدکننده پیشرو افزودنی‌های سیلیکونی، کمک‌فرآیندها و الاستومرهای سیلیکونی ترموپلاستیک در منطقه آسیا و اقیانوسیه است.
ماکمک‌فرآوری‌های سیلیکونیبه طور گسترده در صنایع ترموپلاستیک و کابل برای بهینه‌سازی پردازش، بهبود پراکندگی پرکننده، کاهش ویسکوزیته مذاب و ارائه سطوح صاف‌تر با راندمان بالاتر استفاده می‌شوند.
در میان آنها، مستربچ سیلیکون LYSI-401 و کمک فرآیند سیلیکونی نوآورانه SC920، راه‌حل‌های اثبات‌شده‌ای برای فرمولاسیون‌های پلی‌اولفین مقاوم در برابر شعله ATH/MDH، به‌ویژه در اکستروژن کابل LSZH و HFFR هستند. با ادغام افزودنی‌ها و کمک‌تولیدهای مبتنی بر سیلیکون SILIKE، تولیدکنندگان می‌توانند به تولید پایدار و کیفیت ثابتی دست یابند.
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.
زمان ارسال: ۲۵ سپتامبر ۲۰۲۵
