V oblasti káblových materiálov spomaľujúcich horenie bez obsahu halogénov,hydroxid horečnatý (MDH)ahydroxid hlinitý (ATH)sú dva hlavné plniace retardéry horenia a ich výber priamo ovplyvňuje stupeň spomaľovača horenia, výkon spracovania, dlhodobú spoľahlivosť a cenu kábla. Tento článok je založený na mechanizme tepelného rozkladu, kryštálovej morfológii a povrchových charakteristikách. Systematicky porovnáva hlavné rozdiely medzi nimi, pokiaľ ide o teplotu rozkladu, účinnosť spomaľovania horenia, mechanické účinky, elektrickú izoláciu a odolnosť voči životnému prostrediu, ako aj špecifické scenáre použitia. Poskytuje vedecký rámec na rozhodovanie o výbere a zložené optimalizačné stratégie.
· Hydroxid hlinitý (ATH, Al(OH)₃):
· Teplota rozkladu: Nízka, okolo 180-220 ℃, začína endotermický rozklad s vrcholom okolo 205 ℃.
·Hodnota absorpcie tepla: relatívne vysoká, asi 1050 J/g.
·Reakčná rovnica: 2Al(OH)3 → Al203 + 3H20↑ (uvoľňujúce približne 34,6 % hmotn. viazanej vody).
· Vplyv: Významné účinky absorpcie tepla, chladenia a uvoľňovania riedenia vodnej pary obmedzujú jeho použitie vo vysokoteplotných spracovateľských systémoch, ako je peroxidové zosieťovanie.
· Hydroxid horečnatý (MDH, Mg (OH) ₂):
· Teplota rozkladu: relatívne vysoká, okolo 300-340 ℃, začína endotermický rozklad, s vrcholom okolo 330 ℃.
·Hodnota absorpcie tepla: približne 1300 J/g.
·Reakčný vzorec: Mg(OH)₂ → MgO + H₂O↑ (uvoľňuje približne 31,0 % hmotn. viazanej vody).
·Účinok: Vyššia tepelná stabilita ho robí vhodným pre systémy káblových materiálov s vyššími teplotami spracovania.
· Morfológia kryštálu: ATH má zvyčajne nepravidelný tanierovitý alebo kosoštvorcový tvar; MDH sú väčšinou šesťuholníkové doštičkové kryštály. MDH má vyššiu kryštálovú tvrdosť a relatívne väčšie opotrebovanie spracovateľského zariadenia.
·Povrchová energia: Obidva sú hydrofilné a majú slabú kompatibilitu s hydrofóbnymi polymérmi. Úprava povrchu (povlak kyselinou stearovou, silánom, titanátom atď.) je nevyhnutná a efekt úpravy je kľúčom k určeniu množstva náplne a konečného výkonu.
|
Výkonnostný rozmer |
Hydroxid hlinitý (ATH) |
Hydroxid horečnatý (MDH) |
Inšpirácia pre káblové aplikácie |
|
Prispôsobivosť spracovania |
Nízka teplota rozkladu, vhodná len pre systémy s teplotou spracovania ≤ 200 ℃, ako je sieťovanie silánom, sieťovanie ožiarením alebo čiastočne termoplastické materiály plášťa. |
Vysoká tepelná stabilita, vhodná pre systémy s teplotami spracovania 180-300 ℃, ako je peroxid zosieťovaný polyetylén (XLPE) a vysokoteplotné extrudované plášte. |
Primárne výberové kritériá: Vopred vyberte na základe výrobného procesu kábla (teplota, šmyková sila). |
|
Účinnosť spomaľujúca horenie |
Vysoká hodnota absorpcie tepla, vynikajúci účinok potláčania dymu. Ale dosiahnutie rovnakej úrovne spomaľovača horenia (ako je UL94 V-0) zvyčajne vyžaduje vyššie množstvo náplne (60-65%). |
Absorpcia tepla na jednotku hmotnosti je vyššia a rozkladný zvyšok MgO je stabilnejší pri vysokých teplotách, čo vedie k lepšiemu ochrannému účinku vytvorenej uhlíkovej vrstvy. Zvyčajne je množstvo náplne o niečo nižšie ako ATH (55-65% môže dosiahnuť rovnaký účinok). |
MDH má malé výhody v zamedzení odkvapkávania a potláčaní dodatočného spaľovania, zvlášť vhodné pre vysoké požiadavky na spomaľovanie horenia (ako je IEC 60332-3 Cat A). |
|
Vplyv na mechanické vlastnosti |
Tvrdosť je nízka a tužiaci účinok na polymérnu matricu je slabý, ale vysoké plnenie stále výrazne poškodzuje húževnatosť (so znížením lomového predĺženia). |
Vysoká tvrdosť kryštálu má za následok výraznejší tužiaci účinok na matricu a negatívny vplyv na rázovú pevnosť a predĺženie pri rovnakom množstve náplne je zvyčajne väčší ako u ATH. |
Pri aplikáciách, ktoré vyžadujú vysokú flexibilitu (ako sú káble vlečných reťazí a káble robotov), by sa MDH s vysokou náplňou malo používať opatrne alebo kompenzovať elastickými substrátmi alebo kompozitnými modifikáciami. |
|
Elektrický výkon |
Produkt rozkladu Al₂O₃ je vynikajúci izolant, ktorý pomáha udržiavať izolačný odpor. Ale vysoká náplň môže zaviesť ióny nečistôt, ktoré ovplyvňujú objemový odpor. |
Produkt rozkladu MgO má tiež dobrú izoláciu a nižšiu absorpciu vlhkosti ako Al₂O₃, čo pomáha udržiavať stabilnejšie dielektrické vlastnosti vo vlhkom prostredí. |
Po absorpcii vody prísne otestujte elektrický výkon stredno- a vysokonapäťových izolačných materiálov. MDH typicky vykazuje lepšiu dlhodobú elektrickú stabilitu. |
|
Odolnosť voči kyselinám a odolnosť voči zrážaniu |
Zvyšok Al203 je amfotérny a môže reagovať v kyslom alebo silne alkalickom prostredí. Je potrebné zvážiť dlhodobú aplikáciu v kyslej pôde. |
Zvyšok MgO je alkalický a má slabú odolnosť voči kyselinám, ale dokáže neutralizovať kyslé plyny vznikajúce pri spaľovaní (ako HCl, SO₂), čo je výhodné pre miesta s nízkymi požiadavkami na korozívne spaliny. |
Vyhodnoťte kyslosť, zásaditosť a vlhkosť prostredia, v ktorom sa kábel používa (chemikália, tunel, oceán) a vyberte stabilnejší systém. |
|
Vlastnosť potláčania dymu |
Výborne. ATH je všeobecne uznávaný ako jeden z najúčinnejších prostriedkov na potlačenie dymu s oveľa nižším výstupom dymu ako väčšina retardérov horenia. |
Vynikajúce, ale pri rovnakom množstve náplne je účinok potlačenia dymu zvyčajne o niečo nižší ako ATH. |
Na miestach s prísnymi požiadavkami na toxicitu dymu, ako sú podchody a výškové budovy, by sa mali prednostne zvážiť prípravky na báze ATH alebo ATH. |
|
Hustota |
približne 2,42 g/cm³ |
približne 2,38 g/cm³ |
Hustota kábla vzorca je o niečo nižšia, čo je výhodné na zníženie hmotnosti a nákladov na jednotku dĺžky. |
- Káble na spracovanie pri nízkej teplote: PVC, mäkká EVA, plášť s nízkou dymivosťou a bez halogénov pre stredne nízku teplotu, ovládacie káble
-Všeobecné stavebné rozvody, káble pre domáce dekorácie, vnútorné slaboprúdové káble
-Cenovo citlivé, veľké množstvá, požiadavky na spomaľovač horenia V-1/V-2, retardér horenia triedy C/B
- Slabé scenáre spomaľujúce horenie s nízkou náplňou, vysokým predĺžením a vysokou flexibilitou
- Systém spracovania pri vysokej teplote: PP, XLPE, sieťovanie ožiarením, sieťovanie silánom TPE/TPU
-Špičkové bezpečnostné scenáre: metro, vysokorýchlostná železnica, lode, jadrová energia, tunely, nemocnice, dátové centrá
-Nové energetické káble: fotovoltaické, skladovanie energie, veterná energia, nabíjacie hromady, zväzky napájacích batérií
-Vysokonapäťové/komunikačné káble: vyžadujú vysokú izoláciu, nízke dielektrikum, nízky dym a nízku toxicitu
-Dlhodobé káble odolné voči poveternostným vplyvom/teplu: stupne 105 ℃, 125 ℃, 150 ℃
Odporúčaný pomer: ATH: MDH=3:1~1:1
- Vyváženie okna spracovania a nákladov
-Synergické zlepšenie retardácie horenia a potlačenia dymu
- Lepšia mechanická stabilita a stabilita pri vytláčaní
- Môže spĺňať prísne normy, ako je trieda A spomaľovač horenia, trieda B1, UL VW-1, IEC 60332 atď.
Medzi hydroxidom horečnatým a hydroxidom hlinitým v materiáloch káblov neexistuje žiadna absolútna „nadradenosť alebo podradenosť“, iba „prispôsobenie“ na základe konkrétnych aplikačných scenárov. Selekcia prechádza od empirizmu k presnému rozhodovaniu na základe údajov a mechanizmov.
