Amélioration des câbles à faible fumée avec les modificateurs LLDPE-g-MAH
Le rôle du LLDPE-g-MAH dans les composés de câbles sans halogène à faible émission de fumée
Les ingénieurs en formulation travaillant avec des composés de câbles sans halogène à faible émission de fumée savent bien que la dispersion des charges ignifuges est un obstacle inévitable. Pour atteindre des niveaux d'ignifugation, l'hydroxyde de magnésium et l'hydroxyde d'aluminium nécessitent généralement de grandes quantités. Ces poudres inorganiques sont naturellement incompatibles avec des matériaux de base tels que le polyéthylène et l'EVA, ce qui conduit facilement à une agglomération lors du mélange.
L'agglomération rend non seulement le matériau cassant et difficile à traiter, mais affecte également directement la stabilité de l'effet ignifuge et des émissions de fumée. Les greffons d'anhydride maléique à base de LLDPE (LLDPE-g-MAH) sont des modificateurs de compatibilité développés pour résoudre ce problème et sont désormais des composants couramment utilisés dans de nombreuses formulations de composés de câbles.
Examinons d'abord sa logique structurelle. Le composant principal de ce type d'additif est une chaîne moléculaire de polyéthylène linéaire basse densité, avec des groupes d'anhydride maléique greffés sur la chaîne principale par extrusion réactive ou d'autres méthodes. Le nombre de groupes d'anhydride greffés n'a pas besoin d'être très élevé ; généralement, un faible taux de greffage suffit pour répondre aux exigences d'application. Les segments de LLDPE ont une structure similaire à la matrice polyoléfinique couramment utilisée dans les matériaux de câbles, permettant une intégration complète lors du mélange sans créer de nouvelle répulsion interfaciale.
Les groupes d'anhydride maléique greffés sont des groupes polaires, réactifs sur la surface des charges, et peuvent subir des réactions d'estérification ou former des liaisons hydrogène avec les groupes hydroxyles sur les surfaces de l'hydroxyde de magnésium et de l'hydroxyde d'aluminium. Cela permet aux molécules d'additif de s'adsorber sur la surface des particules de charge pendant le processus de mélange et de cisaillement, formant une couche de revêtement polymère qui réduit l'attraction entre les particules de poudre et empêche leur réagglomération.
L'amélioration de la dispersion des charges entraîne des changements systémiques. En termes d'ignifugation, avec une dispersion plus uniforme des poudres, les charges se décomposent de manière synchrone lorsque le matériau est chauffé, libérant de l'eau de cristallisation et absorbant la chaleur. La couche d'oxyde résultante aide à former une couche de charbon complète, ce qui entraîne des effets d'isolation thermique et d'oxygène plus stables.
Cela se reflète dans les données mesurées par une augmentation de l'indice d'oxygène et une diminution de la densité de fumée et de l'irritation de la fumée de combustion. Il est important de noter que cette amélioration ne repose pas sur l'effet ignifuge de l'additif lui-même, mais plutôt sur le fait de permettre à l'ignifuge ajouté d'exercer pleinement son efficacité. Pour les produits de câbles qui doivent répondre à des exigences élevées en matière d'ignifugation, telles que GB 31247 et BS 6387, la qualité de la dispersion des charges est souvent un facteur clé déterminant leur réussite aux tests.
En ce qui concerne les propriétés mécaniques, les formulations sans halogène à faible émission de fumée ont toujours été confrontées au problème de la contradiction entre l'ignifugation et les propriétés physiques. Une teneur élevée en charges peut entraîner une chute brutale de l'allongement à la rupture et de la résistance à la traction, essentiellement parce que les agglomérats créent des points de concentration de contraintes dans le matériau. L'utilisation de LLDPE-g-MAH entraîne une dispersion plus uniforme des poudres, une réduction significative des agglomérats et un transfert efficace des contraintes aux particules de charge via la couche d'interface.
Cela préserve généralement ou améliore dans une certaine mesure la résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance aux chocs du matériau. Des tests comparatifs dans l'industrie montrent qu'à une teneur en charges équivalente, les matériaux avec des additifs de compatibilité peuvent avoir un allongement supérieur de plusieurs dizaines de points de pourcentage par rapport à ceux qui n'en ont pas, ce qui se traduit par une fenêtre de traitement plus large et un rendement plus stable en production réelle.
Il existe également des avantages évidents au stade du traitement. Les systèmes avec des niveaux élevés de charges inorganiques ont souvent une viscosité de fusion élevée et une faible fluidité, ce qui les rend sujets à des problèmes tels que le revêtement en peau de requin et la rupture de fusion lors de l'extrusion. Le LLDPE-g-MAH lui-même a une bonne fluidité, et son ajout fournit une lubrification interne, réduisant la viscosité globale du système.
Une meilleure fluidité de la fusion conduit à une meilleure finition de surface et une stabilité dimensionnelle de l'isolation ou de la gaine après extrusion. De plus, la structure greffée de cet additif présente une bonne stabilité thermique aux températures d'extrusion conventionnelles (généralement dans la plage de 160-220℃), n'est pas sujette à la décomposition et au jaunissement ou à la production d'une odeur irritante, et peut être adaptée à une production continue sans modifications spéciales de l'équipement.
Actuellement, la technologie de ces mélanges greffés est relativement mature. Les différences entre les produits de différents fabricants résident principalement dans l'indice de fusion du matériau de base, le taux de greffage et le niveau de contrôle des monomères résiduels. La sélection nécessite une considération attentive du système de formulation spécifique et des conditions de processus.
Du point de vue des tendances de l'industrie, à mesure que les exigences en matière de sécurité et de protection de l'environnement pour les câbles continuent de se renforcer dans les secteurs de la construction, du transport ferroviaire et des nouvelles énergies, les exigences de performance pour les matériaux de câbles sans halogène à faible émission de fumée ne feront qu'augmenter.
Le LLDPE-g-MAH, en tant que modificateur d'interface de base, est un composant fonctionnel dans tout le système ignifuge sans halogène qui nécessite peu d'investissement mais donne des résultats significatifs. Il est actuellement largement utilisé dans l'industrie et est devenu l'une des configurations standard dans de nombreuses formulations matures.
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