Masterbatch anti-pecah untuk plastik kabel dan kawat adalah salah satu produk yang paling memerlukan teknologi di seluruh industri pengadukan, karena harus memenuhi spesifikasi kinerja anti-pecah yang ditulis oleh otoritas keamanan, spesifikasi listrik yang ditulis oleh pemasok atau pembuat peralatan, spesifikasi mekanis yang ditulis oleh pemasang, dan spesifikasi pengolahan yang ditulis oleh manajer produksi pengaduk kabel. Keempat persyaratan ini menarik dalam arah yang berlawanan. Meningkatkan beban bahan penolak api meningkatkan rating kebakaran dan menghancurkan elongasi. Memilih sistem halon memberikan kinerja api yang sangat baik pada beban rendah, namun menghasilkan asap yang padat dan korosif. Memilih sistem mineral bebas halogen menyelesaikan masalah asap, tetapi memaksa beban pengisi melebihi 60 persen, yang mengurangi throughput, mempercepat usia pemakaian baut, dan menantang lingkup torsi extruder.
Panduan ini menjelaskan seluruh ruang keputusan. Materi ini mencakup matriks polimer yang digunakan dalam konstruksi kabel, kimia tahan api fase gas dan fase kondensasi, empat sistem penahanan utama dan lingkup kinerjanya, standar pengujian yang menentukan penerimaan di Eropa, Amerika Utara, dan Cina, arsitektur masterbatch kabel yang dirancang dengan baik, dan — yang sangat penting — cara mengkomposisi formulasi ini pada ekstruder ganda berputar bersamaan tanpa menghilangkan zat pengisi, merusak polimer, atau membuang sekrup dalam waktu enam bulan. Kerke, pabrik Wanplas yang spesialis dalam ekstruder ganda berputar bersamaan paralel, menempatkan komposisi kabel sebagai salah satu industri aplikasi utama dan telah menyediakan lini KTE-series untuk produksi komposisi kabel yang mengandung dan tidak mengandung halogen di lebih dari 70 negara.
Apakah Anda seorang produsen masterbatch yang merancang konsentrat bebas halogen baru, produsen kabel yang mengevaluasi penggantian PVC dengan LSZH, atau pembeli peralatan yang menentukan ukuran garis pengadukan untuk 65 persen trihidroksida aluminium, bagian-bagian di bawah ini menyediakan tingkat pengisian, jendela suhu, prinsip konfigurasi baut, dan kriteria pengujian yang Anda butuhkan pada tahun 2026.
Mengapa Masterbatch Penolak Api Menentukan Keamanan Kabel
Kabel adalah bahan yang mudah terbakar yang paling banyak ditemui di setiap bangunan, dan mereka dipasang tepat di tempat api menyebar paling cepat: pada riser vertikal, tray kabel, celah plafon, dan saluran layanan yang berperilaku seperti saluran pembuangan. Satu riser vertikal dapat membawa ratusan kilogram polimer per lantai, dan setelah dipicu, isolasi kabel yang tidak dimitigasi menyebarkan api ke atas dengan kecepatan yang melebihi sebagian besar sistem penekan. Oleh karena itu, kemampuan terbakar kabel diatur lebih preskriptif daripada hampir semua aplikasi plastik lainnya, dan karena masterbatch anti-kerusakan tidak hanya sebagai peningkatan kinerja opsional, tetapi sebagai persyaratan kepatuhan.
Konsekuensi dari kesalahan tersebut melampaui penyebaran api. Di ruang tertutup, kebanyakan korban akibat kebakaran terjadi akibat inhalasi asap dan gas beracun, bukan akibat luka bakar. Insulasi kabel yang mengandung halogen akan melepaskan klorin hidrogen atau bromin hidrogen saat terbakar; gas-gas ini sangat beracun, menyembunyikan visibilitas, dan membentuk asam korosif saat bersentuhan dengan kelembaban yang merusak peralatan elektronik dan baja konstruksi bahkan setelah api padam. Data center, ruang operasi rumah sakit, stasiun metro di bawah tanah, atau kapal militer tidak dapat menoleransi hasil seperti itu, itulah mengapa konstruksi nol halogen dengan asap rendah telah menjadi wajib di lingkungan ini di sebagian besar dunia.
Apa yang sebenarnya disediakan oleh masterbatch
Masterbatch penolak api kabel adalah paket yang terkoncentrasi, dipredispersekan, dan berbentuk butiran yang mengandung bahan penolak api aktif, sinergisnya, bantuan dispersi, agen pengikat, pelumas, antioksidan, dan sering juga sistem warna, semuanya pada resin pembawa yang kompatibel dengan komposisi kabel. Alasan untuk menggunakan masterbatch daripada penambahan bubuk secara langsung sangat menarik dalam aplikasi ini khususnya:
- Pengendalian debu dan paparan. Trioksida antimon adalah bubuk yang dapat ditelan dengan batas paparan kerja; retardan brominasi adalah bubuk halus; trihidoksida aluminium dengan ukuran partikel di bawah mikron sangat berdebu. Pelletising menghilangkan bahaya udara di lantai ekstrusi kabel.
- Kualitas dispersi menentukan kinerja api. Retardan yang tidak terdistribusi dengan baik meninggalkan domain yang kaya polimer yang menyala dan mempertahankan api. Dua senyawa dengan formulasi yang identik dapat berbeda sepenuhnya dalam kelas rating UL 94 hanya karena dispersi. Pre-dispersi pada compounder ganda propel lebih baik daripada di ekstruder tunggal kabel, karena ini adalah satu-satunya cara yang dapat diandalkan.
- Pengendalian kelembaban. Hidroksida logam dan banyak senyawa fosfor bersifat higroskopis. Masterbatch yang kering, tertutup, dan dipelintir memberikan kelembaban yang terkontrol; bubuk yang longgar di pabrik kabel yang lembab tidak, dan kelembaban yang tersisa menghasilkan celah yang menyebabkan kerusakan dielektrik.
- Pemetoran yang akurat. Rating api tergantung pada mencapai target pengisian dalam rentang yang sempit. Pemberian pellet dengan metode gravimetrik jauh lebih akurat daripada pemberian bubuk dengan volume yang rendah.
Dua arsitektur produk yang berbeda
Industri menggunakan dua arsitektur masterbatch yang sangat berbeda untuk kabel, dan mengganggu mereka menyebabkan kesalahan dalam pengadaan. Yang pertama adalahkoncentrat aditif, biasanya 40 hingga 70 persen aktif pada pengangkut yang kompatibel, diturunkan menjadi 10 hingga 30 persen ke polimer dasar di pabrik kabel. Ini cocok untuk sistem yang mengandung bromin dan fosfor, di mana pengisian akhir yang diperlukan relatif rendah. Yang kedua adalahbahan kimia yang terformulasi secara lengkap, disediakan siap untuk diekstrusi dengan 100 persen, yang merupakan jalur normal untuk penutup bebas halogen karena pengisian bahan pengisi yang diperlukan sebesar 60 persen atau lebih tidak dapat dicapai dengan menurunkan konsentrat ke polimer asli tanpa melebihi pengisian konsentrat yang praktis. Pada praktiknya, komposisi kabel LSZH adalah produk yang dikomposisikan, bukan masterbatch dalam arti yang ketat, dan diproduksi pada jenis peralatan ganda berputar bersama yang sama.
Matriks polimer kabel: PVC, PE, XLPE, EVA, TPU, dan TPE
Polimer dasar menentukan jenis kimia retardan api yang dapat digunakan, jendela suhu pemrosesan yang tersedia, dan seberapa banyak kinerja perlindungan api yang berasal dari polimer itu sendiri. Memilih retardan sebelum memilih matriks adalah kesalahan urutan yang umum dan mahal.
Klorida polivinil
PVC tetap menjadi polimer isolasi kabel dan pelapis dengan volume tertinggi di seluruh dunia karena sifatnya yang intrinsik tahan api. Kandungan klorinnya yang sekitar 57 persen dalam resin yang tidak dipelintir memberikan indeks oksigen terbatas pada kisaran 40-an untuk PVC kaku, turun menjadi sekitar 22 hingga 28 persen untuk komposisi kabel fleksibel yang umum setelah penambahan plastisir. Plastisir adalah musuh kinerja api: setiap bagian plastisir ftalat atau adipat menambahkan bahan bakar yang mudah terbakar dan menurunkan kandungan klorin. PVC fleksibel kelas kabel, oleh karena itu, bergantung pada trioksida antimon, borat seng, senyawa molibdenum, dan ATH untuk memulihkan rating dan, semakin banyak, untuk menekan asap.
Keuntungan PVC adalah biaya relatif yang rendah, sifat listrik yang luar biasa, ketahanan terhadap minyak dan bahan kimia yang baik, mudah diproses pada suhu 165 hingga 185 °C, dan warna yang sederhana. Kekurangannya sangat berpengaruh pada instalasi penting: asap hitam yang tebal, evolusi klorida hidrogen, fleksibilitas rendah pada suhu rendah tanpa plastifikasi yang berat, dan migrasi plastisator selama masa pakai. Suhu pemrosesan harus tetap di bawah sekitar 205 °C untuk mencegah dehidroklorasi, yang mengurangi bahan pencegah api yang dapat digunakan.
Polietilen dan polietilen yang terhubung
Polietilen memiliki sifat dielektrik yang luar biasa – permeabilitas rendah, faktor disipasi yang sangat rendah – yang menjadikannya bahan pilihan untuk isolasi tegangan sedang dan tinggi serta kabel data. Ini juga merupakan salah satu polimer umum yang mudah terbakar, dengan indeks oksigen terbatas sekitar 17,4 persen, yang berarti bahwa polimer cairnya mudah terbakar di udara biasa dan menetes dengan menyala. Setiap gram kinerja api harus ditambahkan.
Polietilen yang terhubung, yang diproduksi melalui peroksida, silan, atau reaksi perubatan radiasi, dapat meningkatkan suhu operasi kontinu dari sekitar 70 °C menjadi 90 °C dan menghilangkan tetesan cairan, yang secara langsung meningkatkan perilaku dalam uji api vertikal. Perubatan memperumit pemilihan bahan tahan api karena sistem peroksida sensitif terhadap aditif asam dan radikal, dan sistem silan membutuhkan pengeringan dengan kelembaban yang dapat menyebabkan pengisian mineral higroskopis.
Etilen vinil asetat dan elastomer poliolefin
EVA adalah bahan dasar utama untuk komposisi kabel tahan api bebas halogen, dan alasan tersebut adalah penerimaan pengisi. Grup asetat polar menarik permukaan mineral jauh lebih baik daripada polietilen non-polar, sehingga memungkinkan penambahan 60 hingga 65 persen trihidroksida aluminium sambil mempertahankan elastisitas yang dapat digunakan. Kandungan asetat vinil dalam kelas kabel biasanya berkisar dari 18 hingga 33 persen; VA yang lebih tinggi memberikan penerimaan pengisi dan fleksibilitas yang lebih baik tetapi kekuatan mekanis yang lebih rendah dan ketahanan terhadap panas yang lebih buruk.
Elastomer poliolefin metallocene berbasis pada ko-polimernya etilen-octen sering dicampur dengan EVA untuk meningkatkan fleksibilitas pada suhu rendah dan mengurangi bau asam asetat yang dihasilkan oleh EVA pada suhu pemrosesan yang tinggi. Polietilen yang digraft dengan anhidrid maleat atau EVA yang digraft pada 3 hingga 8 persen dari fase polimer berfungsi sebagai agen pengikat, menyambung secara kimiawi antara pengisi mineral dengan polimer dan memulihkan sebagian besar fraksi ketegangan dan elongasi yang hilang akibat beban yang tinggi.
Poliuretan termoplastik dan elastomer termoplastik
TPU dirancang untuk jaket kabel yang memerlukan ketahanan terhadap gesekan yang luar biasa, ketahanan terhadap minyak, dan fleksibilitas dalam rentang suhu yang luas – kabel pertambangan, rantai drag robotik, kabel umbilikal di laut, dan kabel militer lapangan. TPU berbasis polyester menawarkan ketahanan yang lebih baik terhadap minyak dan gesekan; TPU berbasis poliether menawarkan ketahanan terhadap hidrolisis yang lebih baik dan fleksibilitas pada suhu rendah. Proses TPU pada suhu 190 hingga 215 °C dan sangat sensitif terhadap kelembaban, sehingga memerlukan pengeringan hingga di bawah 0,02 persen sebelum ekstrusi, yang sangat membatasi pilihan bahan retardan api: pengisi mineral yang terhidrasi menjadi masalah, dan sistem berbasis fosfor dengan penyerapan kelembaban yang rendah lebih disukai.
Elastomer termoplastik yang berbasis pada blok kopolimer styrenik atau vulkanisasi termoplastik digunakan di mana rasa seperti karet dan fleksibilitas diperlukan tanpa vulkanisasi. Mereka dapat menerima bahan penolak api dengan cukup baik, tetapi memiliki ketahanan suhu yang terbatas dan memerlukan penyesuaian ekstensornya dengan hati-hati, karena minyak pengembang sangat mudah terbakar.
| Matriks | LOI Dasar | Jendela Proses | Suhu Maksimal Terkontinu | Sistem FR yang kompatibel | Penggunaan Kabel Biasa |
|---|---|---|---|---|---|
| PVC yang fleksibel | 22–28 % | 165–185 °C | 70–105 °C berdasarkan kelas | Sb2O3, borat seng, ATH, molibdat | Kabel konstruksi, kabel fleksibel, kabel kontrol |
| LDPE / HDPE | 17.4 % | 160–200 °C | 70 °C | ATH, MDH, brominated + Sb2O3 | Isolasi kabel data, jaket tegangan rendah |
| XLPE | 17–19 % | 120–140 °C pre-cure | 90 °C, 250 °C short circuit | ATH, MDH; hanya jenis yang kompatibel dengan peroksida | Isolasi MV/HV, kabel solar |
| EVA (18–33 % VA) | 19–21 % | 150–180 °C | 90 °C | ATH pada 60–65 %, MDH, sinergis silikon | Jaket dan bedding LSZH |
| Elastomer POE | 17–18 % | 160–190 °C | 90 °C | ATH, MDH dengan agen pengikat | LSZH yang fleksibel, kabel suhu rendah |
| TPU (polyster) | 20–22 % | 190–215 °C | 90–125 °C | Esters fosfor, melamin sianurata, MDH | Penambangan, robotik, jaket offshore |
| TPE-S / TPV | 17–19 % | 170–200 °C | 85–110 °C | MDH, IFR, dibromin dalam kelas non-LSZH | Kabel perangkat, jaket dengan sentuhan lembut |
| Karet silikon | 26–30 % | Dicuci pada suhu 150–200 °C | 180–200 °C | Pengobatan dengan platinum dan bahan pengisi ceramik | Kabel untuk bertahan dari api dan integritas sirkuit |
Siklus Pembakaran dan Cara Penghambat Api Mengganggu Siklus Ini
Setiap bahan penolak api bekerja dengan memecah salah satu dari empat kaki tetrahedron api – bahan bakar, oksigen, panas, dan reaksi rantai radikal bebas – dan pemahaman tentang kaki mana yang dihadapi oleh kimia tertentu menjelaskan persyaratan pengisian, efek samping, dan interaksinya. Pembakaran polimer adalah siklus yang berkelanjutan: panas memecah polimer padat menjadi fragmen bahan bakar yang mudah menguap, fragmen-fragmen itu dicampur dengan oksigen dan terbakar dalam fase gas, dan panas yang dilepaskan kembali memecah lebih banyak polimer.
Inhibisi fase gas
Retardant fase gas bekerja dengan menghilangkan radikal hidrogen dan hidroksil yang memiliki energi tinggi yang menyebarkan pembakaran. Senyawa yang diflorinasi adalah contohnya. Ketika retardant yang dibromin terurai, ia melepaskan bromida hidrogen, yang bereaksi dengan radikal hidroksil dan hidrogen untuk membentuk air dan radikal bromin yang jauh lebih tidak reaktif. Reaksi perbagian rantai berlangsung lebih lambat, api menjadi lebih dingin, dan pembakaran menjadi tidak berkelanjutan. Karena radikal scavenging memiliki efek katalitik, sistem fase gas mencapai kinerja yang tinggi dengan beban yang relatif rendah – biasanya 12 hingga 20 persen total termasuk sinergis – itulah mengapa kimia yang diflorinasi bertahan meskipun memiliki kekurangan. Fosfor juga dapat berperan dalam fase gas melalui pembentukan radikal PO, terutama dengan ester fosfor yang mudah menguap.
Aksi fase kondensasi: pembentukan karbon
Retardan fase padat mengubah apa yang terjadi pada polimer padat. Senyawa fosfor terurai menjadi asam fosforik dan polifosforik, yang menghilangkan air dari rantai karbon polimer sehingga menghasilkan karbondarat yang tidak mudah menguap, bukan bahan bakar yang mudah terbakar. Char membentuk penghalang fisik yang mengisolasi polimer dasar dari panas dan menghalangi difusi bahan-bahan yang mudah menguap ke luar dan oksigen ke dalam. Pembentukan karakter bekerja paling baik pada polimer yang mengandung oksigen seperti poliestir, poliuretana, selulosa, dan EVA; ia bekerja dengan buruk pada hidrokarbon murni seperti polietilen, yang tidak memiliki oksigen untuk mempercepat mekanisme dehidrasi.
Pencairan endotermal dan pencampuran bahan bakar
Hidroksida logam bekerja melalui mekanisme ketiga yang sepenuhnya berbeda: penyerapan panas fisik dan penambahan air. Trihidoksida aluminium terurai pada suhu sekitar 180 sampai 200 °C, menyerap sekitar 1,05 kJ per gram dan melepaskan sekitar 34,6 persen dari massa itu sebagai uap air. Dihidoksida magnesium terurai pada suhu 300 sampai 340 °C, menyerap sekitar 1,24 kJ per gram dan melepaskan sekitar 31 persen air. Decomposisi endotermal menarik panas dari polimer, menjaga suhunya di bawah suhu pirilisis. Uap yang dilepaskan menambahkan air ke gas-gas yang mudah terbakar dan menggantikan oksigen di zona api. Oksida logam yang tersisa membentuk lapisan keramik porus yang memberikan perlindungan.
Masalahnya adalah bahwa ini adalah mekanisme stoikiometri, bukan katalitik. Setiap joule yang diserap membutuhkan massa pengisi yang proporsional, itulah mengapa sistem mineral bebas halogen membutuhkan pengisian 60 persen, sedangkan sistem brominasi membutuhkan 15 persen. Fakta tunggal ini menentukan seluruh tantangan peralatan dan pengolahan dalam pembuatan komposisi LSZH.
Intumesensi: karbondioksida yang dihasilkan
Sistem pencegah api intumescent menggabungkan tiga komponen fungsional untuk menghasilkan karat yang bengkak dan multiseluler yang jauh lebih protektif daripada lapisan karat sederhana. Sumber asam, biasanya polifosfat amonium, terurai untuk melepaskan asam fosfat. Sumber karbon, atau agen karat, seperti pentaerythritol, dipentaerythritol, atau polimer berbasis triazin, diesterifikasi dan kemudian di-dehidrasi oleh asam tersebut untuk membentuk karbon. Agens pembakar, biasanya melamin atau nitrogen yang sudah ada dalam polifosfat amonium, melepaskan amonia dan nitrogen yang mengembangkan karat yang terbentuk menjadi busa. Hasilnya adalah lapisan karat yang berlipat-lipat dari ketebalan pelapisan asli dengan konduktivitas termal yang sangat rendah.
| Mechanismee | Kimia Representatif | Di mana berfungsi | Pengisian tipikal untuk V-0 | Kekurangan utama |
|---|---|---|---|---|
| Penghilang radikal | Aromatik brominasi ditambah trioksida antimon | Fase gas, zona api | 12–20 % secara bersamaan | Asap padat, gas asam korosif |
| Pembentukan karbondioksida | Esteri fosfat, fosfor merah, derivate DOPO | Fase kondensasi | 8–20 % tergantung pada matriks | Kurang efektif pada poliolefin murni, masalah warna dengan fosfor merah |
| Pemanasan endotermik dan penambahan | ATH, MDH, huntite-hydromagnesite | Fase kondensasi dan gas | 55–70 % | Pengisian yang sangat tinggi, kerugian sifat mekanis |
| Intumesensi | Polifosfat amonium plus pentaeritritol plus melamin | Fase kondensasi, penghalang pengembangan | 20–30 % | Sensitivitas terhadap air, migrasi, terbatas pada suhu rendah |
| Ceramifikasi | Silikon dengan mica, wollastonite, frit kaca | Fase kondensasi, kulit keramik | Formulasi khusus | Biaya premium, pengolahan khusus |
| Penghalang nanokomposit | Organoklay, hidroksida lapisan ganda, nanotube karbon | Fase kondensasi, peningkatan karakteristik bahan bakar | 2–6% sebagai sinergis saja | Tidak dapat mencapai peringkat sendiri; membutuhkan eksfoliasi |
Sistem Halogen: Penekan Pembakaran Bromin dan Sinergi Antimon
Kombinasi bahan pengendalian api berbasis bromin dan trioksida antimon tetap menjadi sistem pengendalian api yang paling efisien yang tersedia berdasarkan kinerja per satuan beban, dan terus mendominasi aplikasi di mana asap dan gas asam tidak dibatasi. Memahami sinergi ini sangat penting karena kedua komponen itu tidak berguna dalam rasio yang dipikirkan kebanyakan orang.
Bagaimana sinergi bromin-antimon bekerja
Trikarbonat antimon tidak sendiri-sendiri merupakan bahan penahan api. Digunakan sendiri dalam poliolefin, ia tidak melakukan apa-apa. Fungsinya adalah bereaksi dengan bromida hidrogen yang dilepaskan oleh bahan penahan api brominasi untuk membentuk tribromida antimon dan oksihalida antimon. Jenis-jenis ini mudah menguap pada suhu api, sehingga mereka membawa antimon ke fase gas, di mana halida antimon memberikan jalur penangkalan radikal yang jauh lebih efisien daripada bromida hidrogen saja. Hasilnya adalah efek super aditif yang kuat: sistem yang mengandung keduanya berperforma jauh lebih baik daripada jumlah bagiannya.
Perbandingan berat bromin ke antimon yang optimal dalam sebagian besar sistem poliolefin dan stiren adalah sekitar 3:1, dan perbedaan dalam kedua arah tersebut akan menghasilkan bahan limbah. Kelebihan antimon di atas persyaratan stoikiometri menambah biaya, menambah kekekalan, menambah kepadatan, dan bahkan dapat menurunkan kinerja dengan mengkonsumsi bromin yang seharusnya tersedia. Antimon yang tidak mencukupi membuat sistem bromin tidak berdaya.
Kimia brominasi utama dalam kabel
Decabromodifenil etana telah menggantikan decabromodifenil oksida dalam formulasi baru sebagai akibat tekanan regulasi terhadap bahan yang lebih lama; ia menawarkan kandungan bromin sekitar 82 persen, stabilitas termal yang sangat baik di atas 300 °C, dan biaya yang rendah per satuan bromin yang disediakan. Ethylene bis-tetrabromoftalimida menawarkan kinerja yang serupa dengan stabilitas ultraviolet yang lebih baik, yang penting untuk jaket kabel di luar ruangan. Polistiren brominasi dan oligomer epoksi brominasi adalah polimer, yang mengurangi migrasi dan bercak dan meningkatkan stabilitas termal, dengan biaya relatif yang lebih tinggi. Derivat tetrabromobisfenol A digunakan dalam beberapa aplikasi kabel, tetapi senyawa induknya lebih sering merupakan intermediet reaktif dalam sistem epoksi.
Pengawet yang diklorinasi seperti parafin diklorinasi dan Dechlorane Plus masih ditemukan dalam komposisi kabel tertentu. Parafin diklorinasi juga berfungsi sebagai plastisator sekunder dalam PVC, yang membuatnya menarik dari segi ekonomi, meskipun jenis dengan rantai pendek menghadapi pembatasan regulasi di banyak yurisdiksi.
Kompromi dan mitigasi
Kedua kelemahan struktural dari sistem yang mengandung halogen adalah asap dan gas asam. Bromin dan klorin mendorong pembakaran yang tidak sempurna, menghasilkan volume besar debu hitam yang padat yang mengurangi visibilitas secara drastis. Evolusi hidrida halogen diukur oleh IEC 60754 dan biasanya melebihi batas tanpa halogen sebesar satu angka atau lebih. Di mana spesifikasi memungkinkan halogen tetapi menuntut asap yang berkurang, formulator menggunakan borat seng, stannat seng, hidroksistannat seng, karbonat kalium, hidrogen hidroksida magnesium sebagai pengisi parsial, dan senyawa molibdenum seperti oktamolibdat amonium sebagai penekan asap. Stannat seng khususnya merupakan pengganti parsial yang telah terbukti untuk trioksida antimon, yang memungkinkan pengisian antimon untuk dikurangi sambil menjaga rating dan meningkatkan perilaku asap.
| Komponen | Isi Aktif | Stabilitas Termal | Pengisian Biasa di Kompleks | Catatan untuk penggunaan kabel |
|---|---|---|---|---|
| Decabromodifenil etana | ~82 % Br | Di atas 340 °C | 10–16 % | Kerja keras untuk jaket PE dan PP; memerlukan dispersi yang baik |
| Etilen bis-tetrabromoftalimid | ~67% Br | Di atas 400 °C | 12–20 % | Stabilitas UV yang superior untuk kabel luar ruangan dan kabel matahari |
| Polistiren brominasi | ~68% Br | Di atas 340 °C | 14–22 % | Polimer, tidak meleleh; biaya relatif lebih tinggi |
| Trioksida antimon | Synergis | Stabil | 3–6 % | Target Br:Sb sekitar 3:1; kontrol paparan kerja berlaku |
| Borat seng | Synergis / supresan asap | Di atas 290 °C | 2–8 % | Penggantian sebagian Sb2O3; penekanan kebocoran dan penekanan efek setelah pembakaran |
| Hidroksistannat seng | Synergis / supresan asap | Di atas 180 °C | 1–4 % | Penekanan asap yang kuat; memungkinkan penurunan antimon |
| Oktamolibdat amonium | Penekan asap | Di atas 250 °C | 1–5 % | Efektif pada PVC; mendorong pembakaran, menurunkan kepadatan asap |
| Parafin klorinasi | ~70 % Cl dalam kelas tinggi | Terbatas, dehidroklorinas | 5–15 % dalam PVC | Fungsi pengikat plastik ganda; kelas rantai pendek dibatasi |
Hidroksida logam: ATH dan MDH untuk penutup bebas halogen
Trihidoksida aluminium dan dihidoksida magnesium bersama-sama menyumbang sebagian besar volume bahan penghambat api bebas halogen dalam industri kabel. Pilihan antara keduanya hampir seluruhnya ditentukan oleh suhu pemrosesan. Segala hal lain mengenai perilaku mereka – mekanisme endotermik, persyaratan pengisian yang sangat tinggi, penurunan sifat mekanis, dan abrasi pada peralatan pembuatan komposisi – secara umum serupa.
Atas batas suhu yang mengatur pilihan
Trihidoksida aluminium mulai kehilangan air pada suhu sekitar 180 hingga 200 °C. Penyusutan ini adalah yang membuatnya menjadi bahan retardan api, tetapi selama pengolahan dan ekstrusi, ini merupakan mekanisme kerusakan: uap yang dilepaskan menciptakan celah, porositas, bintik-bintik pada permukaan, dan dalam kasus yang parah, pembentukan busa pada produk ekstrusi. Sebagai aturan praktis, komposisi yang mengandung ATH harus diproses dengan suhu cair di bawah sekitar 190 hingga 195 °C pada setiap titik dalam ekstruder, termasuk puncak gesekan lokal yang tidak muncul pada termokopel tabung. Hal ini membatasi penggunaan ATH pada polietilena, EVA, POE, dan poliolefin lain dengan titik lebur rendah.
Magnesium hidroksida stabil hingga sekitar 300 hingga 340 °C, yang membuka pintu untuk proses polipropilen, poliamida, dan suhu yang lebih tinggi. Kapasitas endotermiknya per satuan massa sebenarnya sedikit lebih tinggi daripada ATH. Kompromi yang ada adalah biaya, yang berada pada tingkat sedang hingga tinggi dibandingkan dengan ATH yang rendah, serta kecenderungan yang lebih kuat terhadap alkalinitas dan penyerapan kelembaban, yang mempengaruhi sifat listrik senyawa jika tidak diatasi.
Ukuran partikel, pengolahan permukaan, dan keterkaitan
Kinerja senyawa hidroksida logam tergantung pada teknik partikel dan tingkat pengisian. Ukuran partikel median dalam ATH kelas kabel biasanya berkisar antara 0,8 hingga 2,5 mikrometer; kelas yang lebih halus memberikan sifat mekanik yang lebih baik dan permukaan yang lebih halus, tetapi secara tajam meningkatkan viskositas dan luas permukaan spesifik, yang meningkatkan kebutuhan bahan pengikat dan mengurangi throughput. Kelas yang lebih kasar lebih mudah diproses, tetapi menghasilkan permukaan yang lebih kasar dan elongasi yang lebih rendah.
Pemrosesan permukaan sangat penting pada beban sekitar 50 persen. Tiga pendekatan dominan:
- Lapisan asam lemak, biasanya asam stearat atau stearat, yang diterapkan pada 0,5 hingga 2 persen pada bahan pengisi. Ini adalah pilihan yang paling murah; ini mengurangi viskositas secara signifikan dan meningkatkan dispersi, tetapi tidak menciptakan ikatan kimia dengan polimer, sehingga pemulihan sifat mekanis terbatas.
- Pengobatan dengan silanUmumnya, silan vinil atau amino fungsional, diterapkan pada 0,5 hingga 1,5 persen. Vinylsilane dapat ditransfer ke polimer selama reaksi peroksida, menghasilkan jembatan kimia yang nyata yang secara drastis meningkatkan kekuatan tarik, elongasi, dan kinerja pengeringan panas, serta meningkatkan ketahanan terhadap air dan sifat listrik setelah penuaan lembab.
- Penggabungan polimer melalui poliolefin yang digraft dengan anhidrid maleat yang ditambahkan ke senyawa, bukan ke filler, dengan kadar 3 hingga 8 persen dari fase polimer. Anhidrid bereaksi dengan grup hidroksil pada permukaan. Ini seringkali merupakan jalur yang paling ekonomis untuk pemulihan elongasi pada LSZH berbasis EVA.
Synergis yang mengurangi beban yang diperlukan
Karena setiap poin persentase pengisian bahan pengisi mengurangi kinerja mekanis dan produktivitas, para formulator bekerja keras untuk menguranginya. Beberapa sinergis memberikan penurunan yang berarti:
- Synergis yang berbasis silikon, either high-molecular-weight silicone gum or silicone-functional powders, promote formation of a silica-rich ceramic surface layer during burning and can allow 3 to 8 percentage points of filler reduction at equal rating, while simultaneously improving processability and lowering the jacket’s coefficient of friction for easier conduit pulling.
- Borat seng dengan kadar 2 hingga 5 persen membentuk lapisan kaca yang memperkuat sisa keramik, menekan afterglow, dan mengurangi asap.
- Nanofiller organoklay dan hidroksida berkelompok pada 2 hingga 5 persen memperkuat barier karbon dan mengurangi kecepatan pelepasan panas puncak, meskipun mereka tidak dapat mencapai peringkat sendiri dan memerlukan eksfoliasi yang baik, yang membutuhkan kemampuan pencampuran distribusi yang tinggi.
- Fosfor merah atau polifosfat amonium dalam kadar rendah dapat dikombinasikan dengan hidroksida logam reduksi dalam sistem hibrida, meskipun fosfor merah menimbulkan batasan warna dan memerlukan pengencangan untuk mencegah pembentukan fosfin.
- Campuran mineral alami huntite-hydromagnesite mengalami degradasi dalam dua tahap di rentang suhu yang lebih luas dan dapat menggantikan ATH sebagian, sekaligus memberikan peningkatan kekuatan pada platelet.
| Properti | Trihidroksida Aluminium (ATH) | Magnesium Dihidroksida (MDH) | Huntite-Hydromagnesite |
|---|---|---|---|
| Mulainya proses dekomposisi | 180–200 °C | 300–340 °C | Tiga tahap, ~220 °C dan ~400 °C |
| Air dilepaskan | ~34,6% dari massa | ~31% dari massa | ~17% air plus CO2 |
| Kapasitas endotermik | ~1,05 kJ/g | ~1,24 kJ/g | Mengalir di kisaran yang lebih rendah |
| Temperatur pemrosesan maksimum | ~190 °C mencair | ~280 °C mencair | ~210 °C mencair |
| Pengisian tipikal untuk V-0 dalam EVA/PE | 60–65 % | 58–65 % | Hanya penggantian sebagian |
| Biaya bahan baku relatif | Rendah | Sedang–Tinggi | Rendah–Menengah |
| Penghambatan asap | Luar biasa | Luar biasa | Baik |
| Kekerasan terhadap peralatan | Moderat hingga tinggi | Moderat | Moderat hingga tinggi |
| Efek pada elongasi pada beban 60% | Menurun menjadi sekitar 120–200% dengan pengikatan | Sama, sedikit lebih baik dengan silane | Bentuk trombosit membantu kekakuan, mengurangi pemendekan |
| Matriks yang sesuai | PE, EVA, POE, PVC fleksibel | PP, PA, TPU, poliolefin dengan suhu tinggi | PE, campuran EVA |
Sistem Fosfor-Nitrogen Intumescent untuk Komposisi Kabel
Sistem pencegah api intumescent menawarkan kinerja bebas halogen dari pengisi mineral dengan beban sekitar satu pertiga hingga setengahnya, yang membuatnya sangat menarik di mana pun sifat mekanik atau berat jenis menjadi penting. Alasan mengapa mereka belum menggantikan hidroksida logam pada umumnya dalam penutup kabel adalah sensitivitas terhadap air, migrasi, dan kesulitan membangun karakter yang efektif dalam matriks hidrokarbon murni.
Komposisi dan prinsip tiga komponen
Formulasi intumescent klasik mengandung sumber asam, sumber karbon, dan bahan pengembang, dan produk komersial modern sering menggabungkan dua atau tiga fungsi ini dalam satu molekul. Polifosfat amonium adalah sumber asam dominan; kelas bentuk kristal II memiliki stabilitas termal yang jauh lebih baik dan solubility air yang lebih rendah dibandingkan dengan bentuk I dan menjadi pilihan standar untuk komposisi kabel poliolefin. Kelas yang dimikroenkapsulasi yang dilapisi dengan resin melamin formaldehida, silan, atau cangkang termal meningkatkan kemampuan ekstraksi air dan meningkatkan kompatibilitas.
Sumber karbon dalam formulasi yang lebih lama adalah pentaerythritol atau dipentaerythritol, tetapi polialkol ini kecil dan dapat larut dalam air. Sistem modern menggunakan agen pembakaran berbasis polimer triazin, derivate piperazin fosfat, atau struktur polialkol yang sangat berkembang dengan massa molekul yang jauh lebih tinggi dan migrasi yang jauh lebih rendah. Tindakan pengisian nitrogen berasal dari melamin, melamin fosfat, melamin polifosfat, atau kandungan amonium dari polifosfat itu sendiri.
Lingkup kinerja
Sistem intumescent yang dirancang dengan baik dalam polipropilen atau polietilen mencapai UL 94 V-0 dengan ketebalan 1,6 mm pada beban total sekitar 22 hingga 28 persen, dibandingkan dengan 60 persen untuk ATH. Indeks oksigen terbatas biasanya meningkat dari 17 hingga 18 persen dalam polimer dasar menjadi 28 hingga 34 persen. Karena beban jauh lebih rendah, kekuatan tarik dan elongasi jauh lebih baik disimpan, berat jenis tetap di dekat 1,05 hingga 1,15 daripada 1,5 hingga 1,6, dan throughput pengolahan jauh lebih tinggi. Untuk kabel di mana beratnya penting – industri penerbangan, otomotif, peralatan portabel – ini sangat penting.
Batasan yang menghambat penerapan
Ketahanan terhadap air adalah kelemahan utama. Polifosfat amonium dan senyawa nitrogen yang terkait dengannya bersifat hidrofobik, dan paparan yang lama terhadap kelembaban atau pengembunan air dapat melepaskan senyawa tersebut, mengurangi kinerja api dan resistansi isolasi listrik. Jaket kabel yang disembunyikan di saluran, terpapar kondensasi, atau diujikan pada uji pengembunan air yang ditetapkan dalam banyak standar kabel dapat mengalami kegagalan. Mikroencapsulasi, perawatan permukaan silan, dan kombinasi dengan pengisian hidroksida logam yang moderat semuanya meningkatkan situasi tersebut, dan pendekatan intumescent-plus-mineral yang bersifat hibrida semakin umum.
Suhu pemrosesan adalah batasan kedua. Polifosfat amonium mulai terurai pada rentang suhu 275-300 °C, dan interaksi dengan polimer pada shear tinggi dapat memicu terurai dini dan pembentukan busa. Pada praktiknya, bahan komposit kabel intumescent dapat diproses dengan nyaman dalam poliolefin, namun membutuhkan pengendalian yang hati-hati dalam polimer teknis.
Warna dan tampilan membentuk batasan ketiga. Kemasan intumescent berwarna putih hingga putih kecokelatan dan dapat diberi pigmen, tetapi hibrid berbasis fosfor merah menimbulkan warna dasar merah kecokelatan yang membatasi palet yang dapat dicapai – hal yang penting dalam kabel, di mana pengkodan warna merupakan persyaratan keamanan fungsional yang diatur oleh standar instalasi.
Komponen LSZH: Kontrol Kecerahan Asap, Gas Asam, dan Toksisitas
Konstruksi nol halogen dengan asap rendah didefinisikan bukan oleh apa yang terkandung di dalamnya, tetapi oleh apa yang tidak dikeluarkan, dan spesifikasi ini ditegakkan melalui tiga keluarga uji independen: penyebaran api, kepadatan asap, dan evolusi gas asam halogen. Sebuah senyawa harus lulus ketiga uji tersebut; meraih prestasi di satu uji tidak dapat menggantikan kegagalan uji lainnya.
Pengukuran kepadatan asap dan tujuan
Penghalangan kabut asap untuk kabel biasanya diukur dengan uji kubus tiga meter yang dijelaskan dalam IEC 61034, di mana sebuah kumpulan sampel kabel yang telah ditentukan dibakar dalam ruang tertutup di atas api minyak dan transmisi cahaya diukur di seluruh ruang tersebut. Kriteria penerimaan yang umum untuk kabel LSZH adalah transmisi cahaya minimal 60 persen, dan spesifikasi premium untuk instalasi metro, terowongan, dan pusat data memerlukan nilai yang lebih tinggi. Kabel PVC yang dihalogenasi, sebagai perbandingan, biasanya mengurangi transmisi cahaya menjadi seperseratus dari nilai tersebut.
Kekerasan asap juga dapat diukur pada sampel bahan menggunakan pendekatan ruang asap NBS dalam ASTM E662 atau ISO 5659, yang melaporkan kepadatan optik khusus dalam kondisi menyala dan tidak menyala. Hal ini memberikan diskriminasi formulasi yang lebih baik selama pengembangan, sementara uji kubus tiga meter adalah uji kepatuhan.
Gas asam halogen dan korosivitas
IEC 60754-1 menentukan jumlah gas asam halogen yang dihasilkan, yang diukur sebagai ekivalen klorida hidrogen, dengan batas nol halogen yang tidak lebih dari 0,5 persen massa. IEC 60754-2 mengukur pH dan konduktivitas larutan air yang terbentuk dari gas pembakaran, dengan persyaratan standar pH tidak kurang dari 4,3 dan konduktivitas tidak lebih dari 10 mikrosiemens per milimeter. Kedua uji ini bersama-sama menentukan bahwa produk pembakaran tidak akan mencemari penghuni dengan gas asam atau merusak peralatan dan penunjang.
Mengatasi mereka cukup mudah jika formulasi benar-benar bebas halogen, tetapi ada perangkap. Bantuan pemrosesan yang terhalogenasi, beberapa pigmen, antioksidan yang mengandung halogen, dan kontaminasi saling bertukar dari peralatan pembuatan yang sama dapat membuat bahan yang secara nominal bebas halogen melewati batas. Produsen yang menjalankan kelas terhalogenasi dan bebas halogen pada satu garis gigi kembar harus menerapkan protokol pembersihan dan pembersihan yang ketat, dan banyak yang menjalankan garis khusus untuk produksi LSZH.
Indeks toksisitas
Selain gas asam, beberapa spesifikasi – terutama untuk kereta api, laut, dan pertahanan – menentukan persyaratan indeks toksisitas yang menilai karbon monoksida, karbon dioksida, sianida hidrogen, oksida nitrogen, dioksida sulfur, dan jenis lain. Penekan api yang mengandung nitrogen seperti derivate melamin dapat menghasilkan sianida hidrogen dan amonia dalam beberapa kondisi, sehingga sistem fosfor-nitrogen yang mudah lulus uji gas asam mungkin masih harus dipertanyakan berdasarkan persyaratan indeks toksisitas. Sistem hidroksida logam umumnya memberikan hasil terbaik dalam hal toksisitas karena produk dekomposisinya adalah air dan oksida inert.
Masalah pemulihan sifat mekanik
Tantangan teknis yang menentukan dari LSZH adalah bahwa kinerja kebakaran dan kinerja mekanis saling terkait melalui pengisian bahan penambah. Jaket kabel yang berguna membutuhkan kekuatan tarik biasanya di atas 10 MPa dan elongasi saat patah di atas 125 hingga 150 persen tergantung pada standar yang berlaku, ditambah kekuatan patah yang cukup, kinerja pengerutan suhu rendah, dan ketahanan terhadap deformasi panas. Pada 62 persen ATH dalam EVA yang tidak dimodifikasi, elongasi dapat menurun di bawah 100 persen. Kit alat pemulihan sudah teruji: pengikatan silan pada bahan penambah, poliolefin yang ditransplantasikan dengan anhidrid maleat dalam fase polimer, pemilihan yang hati-hati dari kandungan asetat vinil EVA, pencampuran dengan elastomer POE untuk fleksibilitas suhu rendah, distribusi ukuran partikel yang dioptimalkan menggunakan campuran bahan penambah bimodal, dan sinergis silikon yang memungkinkan pengurangan pengisian. Dikombinasikan bersama-sama, ini secara rutin dapat memulihkan elongasi ke kisaran 150 hingga 250 persen dengan kinerja api penuh.
| Atribut kinerja | Komponen kabel PVC yang fleksibel | Komponen Poli-olefin yang dibromin | Komposisi LSZH ATH-Filled EVA | Komposisi Polyolefin Intumescent |
|---|---|---|---|---|
| Pengisian anti api | Cl inderen plus 3–8 % aditif | 12–20 % | 60–65 % | 22–28 % |
| Indeks oksigen terbatas | 26–32 % | 26–30 % | 32–42 % | 28–34 % |
| Kekerasan asap | Sangat tinggi | Tinggi | Sangat rendah | Rendah |
| Gas asam halogen | HCl yang signifikan | HBr yang signifikan | Tidak ada | Tidak ada |
| Tekanan tarik | 12–20 MPa | 12–20 MPa | 9–14 MPa | 14–22 MPa |
| Elongasi saat patah | 180–350 % | 300–600 % | 130–250 % | 250–500 % |
| Ketebalan relatif | 1.35–1.55 | 1.15–1.35 | 1.45–1.60 | 1.05–1.18 |
| Sensitivitas terhadap penyerapan air | Rendah | Rendah | Moderat | Tinggi tanpa pengemasan |
| Kecepatan garis ekstrusi | Tinggi | Tinggi | Terendah, viskositas terbatas | Moderat hingga tinggi |
| Biaya komposisi relatif | Rendah | Mendekati rata-rata | Sedang–Tinggi | Tinggi |
Pengujian dan sertifikasi: LOI, UL 94, IEC, dan standar GB
Kemampuan kabel untuk menahan api diuji melalui serangkaian tes yang beragam, mulai dari pemeriksaan materi pada skala kecil hingga ruang pembakaran kabel pada skala penuh, dan sangat penting untuk mengetahui tingkat mana hasil yang diberikan termasuk. Bahan yang mencapai UL 94 V-0 pada batang yang dipadatkan tidak menunjukkan bahwa kabel yang sudah jadi akan lulus IEC 60332-3, karena uji kabel yang terpadu melibatkan bahan bakar yang lebih banyak, sumber pembakaran yang lebih besar, dan geometri saluran pembuangan yang mendukung penyebaran.
Uji materi pada tingkat pemeriksaan
Indeks oksigen terbatas, yang dijelaskan dalam ASTM D2863 dan ISO 4589, mengukur konsentrasi oksigen minimal dalam campuran oksigen-nitrogen yang akan menjaga pembakaran seperti lilin pada sampel yang dipasang secara vertikal. Karena udara sekitar mengandung sekitar 21 persen oksigen, bahan dengan LOI di atas sekitar 26 persen umumnya akan padam sendiri dalam atmosfer normal, dan spesifikasi kabel biasanya meminta 28 hingga 32 persen atau lebih tinggi. LOI adalah alat pengembangan yang paling cepat dan paling diskriminatif: seorang pengembang dapat menentukan dua puluh formulasi kandidat dalam sehari.
UL 94 adalah klasifikasi kemampuan terbakar yang paling banyak digunakan. Uji pembakaran vertikal pada sampel batang menghasilkan peringkat V-0, V-1, dan V-2 berdasarkan waktu setelah api, total setelah api selama sepuluh aplikasi api, dan apakah tetesan api menyala pada kapas di bawah sampel. Peringkat V-0 mengharuskan waktu setelah api individu tidak melebihi 10 detik, total tidak melebihi 50 detik untuk set, dan tidak ada tetesan api. Untuk bahan tipis, klasifikasi yang setara adalah VTM. Penting untuk kabel, UL 94 juga mencakup VW-1, uji api kawat vertikal yang diterapkan pada kawat yang sudah jadi, bukan batang yang dipadatkan, dan VW-1 adalah peringkat yang paling sering ditentukan dalam aplikasi peralatan dan pemasangan kabel di Amerika Utara.
Uji penyebaran api pada tingkat kabel
IEC 60332-1 menempatkan satu konduktor atau kabel yang terisolasi vertikal ke dalam api premixed dengan daya satu kilowatt selama periode yang ditentukan, dan memerlukan agar pembakaran tidak melebihi jarak tertentu dari pembakar. IEC 60332-2 menggunakan api yang lebih kecil untuk konduktor yang kecil. IEC 60332-3 adalah uji kabel yang terpangkas dengan intensitas tinggi yang dilakukan dalam ruang berukuran tiga meter dengan pembakar berbentuk pita yang menghasilkan sekitar 20 kilowatt ditambah aliran udara yang dipaksakan, yang mengklasifikasikan kabel ke dalam kategori yang mencerminkan volume bahan non-metalik per meter – kategori A F-R dan A yang mencerminkan beban bahan bakar tertinggi, turun ke kategori B, C, dan D untuk bundel yang semakin kecil.
Di Uni Eropa, Peraturan Produk Konstruksi memperkenalkan sistem Euroclass untuk kabel melalui EN 50575 dan metode pengujian EN 50399, yang mengklasifikasikan kabel dari Aca hingga Fca dengan peringkat tambahan untuk produksi asap, keasaman, dan tetesan api. Untuk mencapai Euroclass yang lebih tinggi, diperlukan pelepasan panas yang rendah dan penyebaran api yang rendah yang diukur dalam rig skala besar, dan ini telah menjadi faktor utama penerapan LSZH di seluruh Eropa.
Integritas sirkuit dan kemampuan bertahan dari kebakaran
Beberapa kabel harus tetap berfungsi selama kebakaran – pencahayaan darurat, sirkuit alarm kebakaran, kipas pengeluaran asap, kontrol lift. Integritas sirkuit diukur melalui uji seperti IEC 60331, di mana kabel dijatuhkan ke api saat dialiri arus dan harus menjaga kontinuitas sirkuit selama periode yang ditentukan, biasanya 30, 90, atau 120 menit. Kabel-kabel ini menggunakan penghalang pita mica, silikon karet ceramifikasi, atau komposisi poliolefin yang dapat diceramifikasi yang berubah menjadi kulit keramik yang mendukung diri sendiri, bukan hanya menahan api. Pembuatan formulasi ceramifikasi adalah disiplin khusus yang membutuhkan distribusi yang hati-hati dari mica, wollastonite, dan frit kaca dengan titik lebur rendah dengan beban tinggi.
Standar nasional Tiongkok
Sistem standar GB China sangat mirip dengan kerangka kerja IEC untuk kemampuan terbakar kabel. GB/T 18380 sesuai dengan seri IEC 60332 untuk penyebaran api pada kabel tunggal dan terpadu. GB/T 17651 sesuai dengan IEC 61034 untuk kepadatan asap dalam kubus tiga meter. GB/T 17650 sesuai dengan IEC 60754 untuk gas asam halogen. GB/T 19216 sesuai dengan IEC 60331 untuk integritas sirkuit. GB/T 2406 mencakup penentuan indeks oksigen. Eksporir yang melayani kedua pasar umumnya menemukan bahwa formulasi yang telah diverifikasi sesuai dengan IEC akan memenuhi persyaratan GB/T yang sesuai, tetapi sertifikasi masih harus diperoleh secara terpisah dan sistem sertifikasi wajib CCC berlaku untuk banyak kategori kabel yang dijual di China.
| Standar | Jangkauan | Tingkat spesimen | Kriteria lulus yang umum | Ekivalen Cina |
|---|---|---|---|---|
| ASTM D2863 / ISO 4589 | Indeks oksigen terbatas | Batu bahan yang dipadatkan | LOI di atas 26-32% sesuai yang ditentukan | GB/T 2406 |
| UL 94 V-0 | Klasifikasi pembakaran vertikal | Batu yang dipadatkan dengan ketebalan yang ditentukan | Setelah api ≤10 s masing-masing, ≤50 s total, tidak ada tetesan yang menyala | Metode yang setara dengan GB/T 2408 |
| UL 94 VW-1 | Uji api kawat vertikal | Kawat yang terisolasi selesai | Mengapus diri dalam 60 s, bendera dan kapas tidak menyala | Diterapkan dalam spesifikasi kabel GB |
| IEC 60332-1 | Penyebaran api kabel vertikal tunggal | Kabel yang sudah selesai | Mengapus dalam jarak yang ditentukan dari pembakar | GB/T 18380.11-13 |
| IEC 60332-3 | Penyebaran api kabel vertikal yang terbundel | Bundel kabel dalam ruang 3 m | Tinggi api di bawah 2,5 m; kategori A F-R, A, B, C, D | GB/T 18380.31-36 |
| IEC 61034 | Kebisingan, kubus tiga meter | Bundel kabel | Transmisi cahaya tidak kurang dari 60 % | GB/T 17651 |
| IEC 60754-1 | Kuantitas gas asam halogen | Sampling campuran | Ekivalen HCl tidak lebih dari 0,5% massa | GB/T 17650.1 |
| IEC 60754-2 | pH dan konduktivitas gas | Sampling campuran | pH tidak kurang dari 4,3, konduktivitas tidak lebih dari 10 µS/mm | GB/T 17650.2 |
| IEC 60331 | Keterikatan sirkuit dalam kondisi terbakar | Kabel jadi yang terhubung dengan arus listrik | Kontinuitas tetap terjamin selama 30, 90, atau 120 menit | GB/T 19216 |
| EN 50399 / EN 50575 | Euroclass reaksi terhadap api | Bundel kabel, rig skala besar | Kelas Aca hingga Fca plus s, a, d sub-ratings | Tidak langsung setara |
| RoHS dan REACH | Substansi yang dibatasi | Komposisi senyawa | Batasan Pb, Cd, Hg, Cr(VI), PBB, PBDE, dan phthalate | GB/T 26572 dan terkait |
Arsitektur Formulasi Masterbatch dan Desain Let-Down
Masterbatch pencegah api kabel adalah sistem, bukan bahan tunggal, dan formulasi yang kuat biasanya mengandung enam atau tujuh kelompok fungsional yang interaksinya harus di validasi semua. Mengembangkan arsitektur dengan benar adalah yang membedakan konsentrat yang berkinerja baik di garis pelanggan dari yang terlihat benar di kertas dan gagal dalam produksi.
Bahan-bahan fungsional
- Pengawet api utama dengan fraksi terbesar: aromatic brominasi, hidroksida logam, sistem polifosfat amonium, atau ester fosfat.
- Synergis untuk meningkatkan efektivitas bahan utama: trioksida antimon untuk bromin, borat seng atau silikon untuk hidroksida logam, derivate melamin untuk fosfor.
- Agen pengikat untuk mengikat pengisi ke polimer: vinil atau aminosilana pada permukaan pengisi, atau anhidrid maleat yang digraft pada poliolefin dalam fase polimer sebesar 3 hingga 8 persen.
- Bantu dispersi dan pelumas: wax polyethylene, wax polyethylene yang dioksidasi, stearat kalium atau seng, atau etilen bis-stearamida, biasanya 0,5 hingga 2,0 persen, untuk mengurangi viskositas dan melindungi garis komposisi dari gesekan abrasif. Pelumas harus dipilih agar tidak secara signifikan menurunkan indeks oksigen terbatas - sebuah wax hidrokarbon adalah bahan bakar tambahan.
- Paket antioksidan: a hindered phenolic primary antioxidant with a phosphite or thioester secondary, sized for both compounding heat history and long-term thermal ageing at the cable’s rated temperature. Metal deactivators are essential in compounds in direct contact with copper conductors, because copper ions catalyse polyolefin oxidation.
- Agen anti-tumpahan jika diperlukan: PTFE micropowder pada 0,2 hingga 0,5 persen membentuk jaringan fibril yang mencegah tetesan yang menyala, yang sering kali merupakan perbedaan antara V-2 dan V-0.
- Sistem warna dan stabilisator UV: hitam karbon untuk jaket luar ruangan, atau sistem pigmen yang cocok dengan kode warna kabel, ditambah stabilisator cahaya amine terhalang untuk kabel yang terpapar. Perhatikan bahwa stabilisator amine terhalang dapat dinonaktifkan oleh zat asam dari retardan halogen, sehingga diperlukan jenis yang tahan asam.
Konsentrasi dan aritmatika let-down
Konsentrasi masterbatch yang dapat dicapai terbatas oleh kemampuan pembawa untuk menahan zat tersebut sambil tetap dapat dipelintasi dan didispersikan. Untuk sistem brominasi, 60 hingga 75 persen total bahan aktif pada wadah poliolefin adalah hal yang biasa. Untuk hidroksida logam, konsentrat di atas sekitar 75 persen menjadi sangat sulit untuk dipelletisasi dan didisperkan pada ekstruder tunggal pelanggan, dan karena target pengisian akhir adalah 60 hingga 65 persen, rasio let-down harus sekitar 85 persen – pada titik itu, menghasilkan komposisi yang lengkap secara teknis lebih baik.
Aturan praktisnya sederhana: jika pengisian bahan aktif yang diperlukan melebihi sekitar 25 hingga 30 persen, sediakan komposisi lengkap daripada konsentrat. Di bawah batas itu, konsentrat menawarkan keuntungan logistik dan inventaris yang nyata. Itulah sebabnya industri kabel membeli konsentrat pembersih api bromin tetapi membeli LSZH sebagai komposisi.
| Format produk | Konsentrasi aktif | Rasio Let-Down | Aktif Terakhir dalam Komposisi | Rating Target Biasa |
|---|---|---|---|---|
| Koncentrat Brominasi untuk Jaket PE | 65–72 % (Br FR plus Sb2O3) | 20–28 % | 14–19 % | UL 94 V-0, IEC 60332-1 |
| Koncentrat Brominasi untuk PP | 60–70 % | 22–30 % | 15–20 % | UL 94 V-0 pada 1,6 mm |
| Koncentrat Intumescent untuk Polyolefin | 55–65 % sistem APP | 38–48 % | 22–28 % | UL 94 V-0, bebas halogen |
| Komposisi LSZH yang lengkap formulasi | 60–65 % ATH atau MDH | Digunakan pada 100 % | 60–65 % | IEC 60332-3, 61034, 60754 |
| Koncentrat pemberi efek penekan asap untuk PVC | 50–60% molybdate dan borat zinc | 6–12 % | 3–7 % | PVC yang mengurangi asap |
| Konsentrat sinergis silikon | 40–50% gula silikon | 2–5 % | 1–2.5 % | Penurunan isi, COF jaket yang lebih rendah |
| Konsentrat anti-tumpah | 10–20% bubuk mikron PTFE | 1.5–3 % | 0.2–0.5 % | Perbaikan dari V-2 ke V-0 |
Jebakan interaksi untuk validasi
Beberapa antagonisme yang telah didokumentasikan dengan baik perlu diperiksa secara eksplisit selama pengembangan. Stabilisator cahaya berbasis amina yang terhalang adalah basa dan dapat dinonaktifkan oleh spesies halogenasi asam dan senyawa fosfor asam, sehingga harus dipilih jenis yang tahan asam. Trioksida antimon berinteraksi dengan beberapa pigmen dan dapat mengubah warna. Polifosfat amonium tidak kompatibel dengan pengisi basa seperti karbonat kalium, yang menonaktifkan sumber asam dan menghancurkan intumesensi. Hidroksida logam adalah basa dan dapat mempercepat hidrolisis TPU berbasis poliestir. Sistem peroksida perbandingan terhalang oleh pengikat radikal, yang termasuk banyak antioksidan dan beberapa bahan retardan api, sehingga senyawa yang dirancang untuk penggunaan termoplastik tidak akan dengan mudah ditransfer ke aplikasi XLPE yang dicetak dengan peroksida. Setiap salah satu dari ini telah menyebabkan kegagalan yang mahal di lapangan, dan setiap salah satu dapat dengan mudah terdeteksi dalam uji skala laboratorium.
Komposisi Twin-Screw untuk Masterbatch Kabel yang Terisi Tinggi
Menyusun komposisi kabel bebas halogen yang mengandung mineral sebesar 60 hingga 65 persen merupakan salah satu tugas yang paling menantang yang dilakukan oleh ekstruder ganda. Kesalahan spesifikasi mesin yang terjadi saat pembelian tidak dapat diperbaiki setelahnya. Tiga kendala menentukan masalah ini: fraksi volume pengisi sangat tinggi sehingga pengisian menjadi hambatan throughput, batas suhu cair yang ditetapkan oleh dekomposisi ATH jauh di bawah praktik poliolefin biasa, dan pengisi cukup kasar untuk mengkonsumsi sekrup nitrid konvensional dengan cepat.
Arsitektur pengiriman: hambatan nyata
Pada 62 persen ATH, mineral ini sekitar 40 persen oleh volume, dan bubuk ATH yang tidak diolah memiliki kepadatan dalam kisaran 300 hingga 600 kg/m³ tergantung pada kelasnya, dengan banyak udara yang terperangkap. Mencoba memasukkan semua itu melalui port utama bersama dengan polimer tidak mungkin: ekstruder menjadi terbatas pada pakan jauh sebelum menjadi terbatas pada torsi, dan udara yang terperangkap kembali keluar dari lubang pakan, membawa debu dan menstabilkan pakan.
Solusi yang telah ditetapkan pada jalur Kerke KTE-series adalah pengisian sisi yang terpisah. Polimer, agen kait, dan bahan tambahan masuk ke hopper utama melalui pengisian yang mengurangi berat. Penyaring mineral dibagi antara dua pengisian sisi gigi kembar, yang pertama ditempatkan setelah zona pencairan awal pada sekitar 14 hingga 18 L/D, dan yang kedua pada sekitar 26 hingga 30 L/D. Memisahkan penyaringan sekitar 60:40 atau 50:50 antara dua posisi menghindari penumpukan cairan di satu titik tertentu, menjaga viskositas lokal dan pemanasan gesekan tetap terkendali, dan memungkinkan output total yang jauh lebih tinggi daripada penambahan satu titik.
Setiap pemasok sisi harus dilengkapi dengan ventilasi atmosfer di dekatnya, sehingga udara yang terkandung dapat keluar daripada dimasukkan ke dalam cairan. Untuk jenis ATH yang sangat halus dengan ukuran median kurang dari 1,5 mikrometer, diperlukan pemasok crammer atau pemasok sisi kompak untuk mengatasi aliran yang buruk dan kandungan udara yang tinggi. Pemasakan gravimetrik berdasarkan berat wajib digunakan, bukan volumetrik, karena nilai api tergantung pada mencapai target pengisian secara konsisten dan pemasok volumetrik akan berubah saat densitas bulk berubah dengan kelembaban dan tingkat penuh.
Prinsip konfigurasi baut
Tujuan desain baut adalah penyerapan dan distribusi mineral secara menyeluruh dengan input energi gesekan yang terendah mungkin. Hal ini berbeda dengan komposisi serat kaca, di mana tujuan adalah pemeliharaan panjang serat, dan dari konsentrat pigmen, di mana tujuan adalah patahnya agregat. Rekomendasi khusus:
- Panjang total 44 hingga 52 L/D. Panjang tambahan dibandingkan dengan mesin 40 L/D yang umum digunakan diperlukan untuk menampung dua posisi pengisian samping, dua lubang pengeluaran vakum, dan pengaturan distribusi yang memadai antara keduanya tanpa meningkatkan intensitas pengayakan.
- Cairkan polimer sepenuhnya sebelum penambahan bahan pengisi pertama. Bagian pemukulan yang singkat menggunakan blok maju 45 derajat dengan rasio 10 hingga 14 L/D dapat mencapai hal ini. Menambahkan pengisi ke polimer yang belum dicairkan menghasilkan agregat yang tidak pernah terurai.
- Gunakan pengadukan intensitas sedang setelah setiap penambahan bahan pengisi. Kombinasi dari disk pengaduk maju yang sempit dan elemen distribusi yang bergerigi atau berlubang dapat melembapkan permukaan bahan pengisi tanpa menghasilkan puncak gesekan yang mendorong suhu lokal melunak melewati batas titik dekomposisi ATH. Hindari blok panjang yang terdiri dari elemen netral atau berlawanan 90 derajat, yang menciptakan titik panas dengan gesekan tinggi.
- Tambahkan seal pembekuan hanya di tempat yang diperlukan secara fungsional, di depan saluran pengeluaran vakum, dan pastikan mereka pendek. Setiap elemen reverse adalah puncak suhu lokal.
- Sediakan volume bebas yang cukup di elemen pengangkutan antara zona pencampuran. Elemen dengan jarak terbang yang tinggi dan volume bebas yang besar sangat penting untuk menangani volume besar bahan pengisi dengan densitas rendah.
- Dua lubang pengeluaran vakum, satu pada sekitar 32 L/D dan satu pada 42 L/D, beroperasi pada tekanan absolut 0,05 sampai 0,09 MPa, menghilangkan kelembaban yang dibawa oleh pengisi higroskopis dan bahan-bahan yang mudah menguap dari reaksi agen pengikat. Kelembaban sisa dalam komposisi kabel tidak dapat diterima karena dapat menghasilkan celah yang mengurangi kekuatan dielektrik.
- Jaga kecepatan baut agar tetap moderat, biasanya 250 hingga 400 rpm, dan harus diingat bahwa senyawa ini tidak akan beroperasi pada kecepatan 600 rpm yang digunakan untuk poliolefin yang terisi ringan. Kecepatan tip menggerakkan pemanasan shear, dan langit-langit suhu cairan adalah batasan yang mengikat.
Pengendalian termal: disiplin yang menentukan
Untuk senyawa yang mengandung ATH, setiap zona silinder mulai dari penambahan pengisi pertama harus diatur untuk menghasilkan suhu cairan dalam kisaran 165 hingga 185 °C, dengan atap mutlak sekitar 190 °C. Titik pengaturan silinder biasanya 20 hingga 30 °C di bawah suhu cairan yang diinginkan pada zona pengisi yang tinggi, karena penyerapan viskosa, bukan konduksi, adalah sumber panas dominan. Pendinginan silinder yang efektif dengan aliran air yang cukup dan saluran pendingin yang berukuran tepat bukanlah pilihan. Ukur suhu cairan dengan probe penurunan di adapter cetakan, bukan dengan sensor yang dipasang secara langsung, yang membaca suhu dinding silinder, bukan suhu cairan dan dapat memberikan laporan yang kurang dari 10 hingga 20 °C.
Untuk senyawa yang mengandung MDH, plafon naik menjadi sekitar 250 hingga 270 °C, yang mengurangi batasan tersebut secara signifikan dan merupakan salah satu alasan praktis untuk menerima biaya relatif yang lebih tinggi dari MDH ketika matriks membutuhkan suhu pemrosesan yang lebih tinggi.
| Parameter Proses | LSZH 62% ATH dalam EVA/POE | Konsentrat FR Brominasi pada PE | Sistem APP Intumescent pada PP | Komponen Kabel PVC FR |
|---|---|---|---|---|
| L/D yang disarankan | 44–52 | 40–44 | 40–48 | 32–40 |
| Menyusui tenggorokan | Dikondisikan dengan air, 25–40 °C | Disebarkan dengan air pada suhu 30–45 °C | Disebarkan dengan air pada suhu 30–45 °C | Disebarkan dengan air pada suhu 30–40 °C |
| Suhu tabung zona pencairan | 150–170 °C | 170–190 °C | 190–210 °C | 150–170 °C |
| Kapasitas silinder zona pencampuran | 145–165 °C | 165–185 °C | 185–205 °C | 155–172 °C |
| Zona suhu | 150–168 °C | 170–188 °C | 190–205 °C | 160–175 °C |
| Suhu mencair target | 165–185 °C, plafon 190 °C | 185–205 °C | 205–225 °C | 170–190 °C, langit-langit 205 °C |
| Kecepatan baut | 250–400 rpm | 300–500 rpm | 300–450 rpm | 150–300 rpm |
| Input energi yang spesifik | 0,19–0,26 kWh/kg | 0,16–0,22 kWh/kg | 0,18–0,24 kWh/kg | 0,13–0,19 kWh/kg |
| Tingkat vakum | 0,05–0,09 MPa abs, dua ventilasi | 0,06–0,09 MPa abs, satu ventilasi | 0,05–0,08 MPa abs, dua lubang keluar | 0.07–0.09 MPa abs |
| Pemberian bahan pengisi | Pembagian dua pengumpan sisi | Pengumpan sisi tunggal | Pengumpan sisi tunggal atau dibagi dua | Campuran kering yang dipreblend |
| Metode pembuatan pellet | Lingkaran air atau permukaan cetakan di bawah air | Strand yang didinginkan dengan air | Strand yang didinginkan dengan air atau permukaan cetakan | Permukaan cetakan panas, didinginkan dengan udara |
| Metallurgy tabung dan propelan | Liner bimetal, elemen tahan aus | Bimetal atau nitrid | Bimetal, tahan korosi | Lapisan tahan korosi |
Manajemen peralatan dan spesifikasi mesin
Trihidroksida aluminium memiliki kekerasan Mohs sekitar 2,5 hingga 3,5, yang terdengar ringan, tetapi dengan fraksi volume 40 persen dan partikel sub-mikron yang dibawa dengan tekanan tinggi di seluruh permukaan landasan, abrasi yang terjadi sangat parah. Kerke menentukan lapisan tabung bimetal dengan lapisan paduan keras untuk tugas pengkombinasian kabel, bersama dengan elemen baut yang tahan gesekan tinggi di zona pengaduk di mana tekanan kontak berkonsentrasi. Karena mesin seri KTE menggunakan tabung yang dipisahkan dan poros baut dengan elemen yang dapat diganti secara individual, bagian pengadukan yang sudah aus dapat diperbarui tanpa mengganti seluruh baut atau tabung – keuntungan yang signifikan saat menjalankan formulasi LSZH yang abrasif secara terus-menerus.
Kemampuan torsi juga penting. Komposisi yang sangat terisi pada suhu cair yang rendah memiliki viskositas tinggi, dan mesin harus menghasilkan output yang ditentukan tanpa mencapai batas torsi. Desain gearbox dengan torsi tinggi dengan torsi spesifik yang tinggi per diameter kubik memungkinkan diameter sekrup yang sama untuk memproses lebih banyak bahan yang terisi, itulah sebabnya komposisi kabel umumnya menentukan konfigurasi torsi tinggi daripada yang standar.
Di bawah aliran dan pembuatan pellet
LSZH yang sangat terisi memiliki kekuatan cair yang rendah, sehingga proses pembentukan palet dengan air dingin sering tidak dapat diandalkan - palet menjadi lembek dan pecah. Pemotongan dengan cara ring air atau granulasi di bawah air memberikan stabilitas yang jauh lebih baik, menghasilkan butiran berbentuk lensa atau bulat yang seragam yang dapat dipasok dengan baik di extruder kabel, dan menghindari jalur benang yang panjang di mana terjadi patah. Jangkauan sistem pemotongan Kerke mencakup strand yang didinginkan dengan air, strand yang didinginkan dengan udara, permukaan die yang didinginkan dengan udara, permukaan die yang didinginkan dengan air, granulasi air-mist eksentrik, dan granulasi penuh di bawah air, sehingga rute pembuatan pellet dapat disesuaikan dengan komposisi, bukan sebaliknya. Di bagian bawah, pengeringan dan penguapan yang menyeluruh sangat penting karena bahan pengisi higroskopis akan membawa kelembaban ke dalam kabel jika tidak dilakukan.
Untuk beban pengisi yang sangat tinggi atau kombinasi yang sensitif terhadap panas, sistem KTE-SE dua tahap mother-baby menawarkan alternatif yang berharga: tahap pertama, twin screw yang berputar bersama melakukan pengadukan dan devolatilasi pada tekanan rendah, dan tahap kedua, single screw membangun tekanan die yang diperlukan untuk pembuatan pellet pada suhu cair yang lebih rendah. Pengurangan ini seringkali merupakan cara terbaik untuk menjaga komposisi ATH di bawah batas dekomposisi, sekaligus menghasilkan tekanan yang cukup.
Panduan Pemilihan Menurut Jenis Kabel dan Lingkungan Instalasi
Sistem penolak api yang tepat tergantung pada lingkungan pemasangan dan spesifikasi yang berlaku, bukan dari preferensi umum terhadap satu bahan kimia daripada yang lain. Petunjuk berikut ini menampilkan kategori kabel yang umum dengan sistem yang sesuai.
Kabel konstruksi dan instalasi tegangan rendah umum
Untuk kabel bangunan konvensional yang dipasang dalam saluran pada bangunan perumahan dan komersial ringan, PVC yang fleksibel dengan paket borat antimon-zinc tetap menjadi solusi dominan dan tepat. Ia memenuhi IEC 60332-1 dengan nyaman, biaya lebih rendah daripada alternatif, dan profil risiko kebakaran instalasi saluran yang tersebar berbeda dengan riser yang terpusat. Di mana peraturan bangunan lokal telah menerapkan persyaratan Euroclass yang lebih tinggi, atau di mana instalasi adalah bangunan pertemuan umum, LSZH menjadi wajib.
Data center, telekomunikasi, dan ruang plenum
Lingkungan ini menggabungkan kepadatan kabel yang sangat tinggi, sirkulasi udara yang dipaksakan yang menyebarkan asap dengan cepat, dan peralatan elektronik yang sangat berharga yang dapat dihancurkan oleh gas korosif. LSZH secara efektif menjadi wajib, dan spesifikasi biasanya memerlukan kategori B IEC 60332-3 atau lebih baik, transmisi cahaya IEC 61034 di atas 60 persen, konfirmasi bebas halogen IEC 60754, dan semakin sering peringkat Euroclass Cca atau B2ca di Eropa. Di Amerika Utara, kabel dengan rating plenum secara historis menggunakan isolasi fluoropolimer karena karakteristik asap dan api yang rendah secara intrinsik, yang merupakan jalan solusi yang berbeda namun sama-sama valid.
Kereta api, metro, dan terowongan
Transportasi bawah tanah menimbulkan kombinasi persyaratan yang paling ketat: ruang tertutup yang luas dengan jalur evakuasi yang terbatas, kepadatan penumpang yang tinggi, dan kabel yang harus terus beroperasi selama evakuasi. Harapkan LSZH sebagai dasar, persyaratan integritas sirkuit sesuai dengan IEC 60331 untuk sirkuit keamanan, batas indeks toksisitas, dan persyaratan mekanis untuk getaran dan ketahanan terhadap minyak. Konstruksi yang dilapisi silikon atau mica menangani sirkuit yang bertahan dari api, sementara komposisi EVA yang diisi ATH menangani penutup umum.
Maritim, offshore, dan pertahanan
Ketahanan terhadap korosi akibat uap garam, kontaminasi lumpur dan hidrokarbon, serta batas-batas asap dan toksisitas yang ketat merupakan ciri dari segmen ini. Bebas halogen adalah standar. Jaket TPU dengan bahan penolak api berbasis fosfor digunakan di tempat di mana abrasi dan ketahanan terhadap minyak menjadi dominan; poliolefin yang diisi ATH atau MDH digunakan untuk penutup umum. Perhatikan bahwa magnesium hidroksida sering dipilih daripada ATH dalam aplikasi ini karena ketahanan terhadap air yang lebih baik dan rentang suhu pemrosesan yang lebih tinggi.
Kabel fotovoltaik dan instalasi luar ruangan
Kabel solar terpapar sinar ultraviolet terus-menerus, mengalami siklus suhu yang luas, dan memiliki usia rancangan 25 tahun. Polyolefin yang terkelompok dengan karbon hitam, paket pencegah sinar matahari yang efektif, dan bahan pencegah api yang tahan terhadap sinar UV seperti etilen bis-tetrabromoftalimid atau sistem mineral bebas halogen adalah contoh yang umum. Uji ketahanan terhadap ozon dan cuaca menambah persyaratan ketahanan terhadap api.
Otomotif dan kendaraan listrik
Kabel kendaraan listrik dengan tegangan tinggi telah mendorong pertumbuhan yang cepat dalam bahan pencegah api yang khusus. Persyaratan meliputi konstruksi bebas halogen, ketahanan terhadap pelarut baterai dan bahan kimia otomotif, operasi hingga 125 °C atau lebih untuk beberapa sirkuit, ekstrusi dinding tipis untuk alasan berat dan kemasan, serta batas VOC dan kabut yang sangat ketat untuk aplikasi interior. Polyolefin bebas halogen yang terkelompok dan bahan TPU yang khusus mendominasi, dan persyaratan dinding tipis membuat sistem intumescent menarik karena pengisian yang lebih rendah menjaga fleksibilitas yang diperlukan untuk rute yang ketat.
Penyelesaian Masalah Produksi Komposit Kabel Penghambat Api
Masalah dalam penggabungan kabel tahan api menjadi pola yang dapat diprediksi, dan kebanyakan berasal dari salah satu dari empat penyebab utama: suhu mencair yang melebihi batas degradasi pengisi, kelembaban, dispersi yang tidak memadai, atau antagonisme aditif. Tabel di bawah ini menampilkan hubungan antara gejala dengan penyebab dan obatnya.
| Gejala | Penyebab yang Mungkin | Pemeriksaan Diagnostik | Tindakan Korektif |
|---|---|---|---|
| Strand yang bergelembung atau berpori | Dehidrasi ATH dari suhu pencairan yang terlalu tinggi | Pengukuran suhu pencairan dengan probe penyelaman; TGA dari butiran | Menurunkan setpoint tabung, menurunkan kecepatan penggerak, melembutkan blok pengaduk, meningkatkan pendinginan tabung |
| Ruang dan lubang pinhole dalam isolasi yang diekstrusi | Kelembaban sisa dari bahan penambah yang higroskopis | Kelembaban Karl Fischer pada pelet; periksa integritas vakuum | Restore tekanan vakum penuh pada kedua saluran udara, lapisi dengan bahan pengisi yang sudah dipersiapkan, tutup kemasan, tambahkan pengeringan sebelum kabel terpasang |
| Tidak lulus UL 94 V-0 meskipun formulasi yang benar | Dispersi yang buruk menyebabkan terbentuknya domain yang kaya polimer | Pembagian mikroskopik di bawah mikroskop optik; keseragaman kandungan abu di seluruh sampel | Tambahkan elemen distribusi setelah setiap pemberian bahan, verifikasi akurasi pemberian bahan pengisi, dan periksa apakah ada lonjakan pada pemasok |
| Api menyembur menyebabkan V-2 daripada V-0 | Tidak ada agen anti-tumpahan atau kekuatan pencairan yang tidak cukup | Amati perilaku tetesan selama pengujian | Tambahkan bubuk PTFE sebesar 0,2-0,5%, pertimbangkan penggunaan resin dasar dengan cross-linking atau berat molekul yang lebih tinggi |
| Elongasi di bawah spesifikasi | Ketidakcocokan antara filler dan polimer pada beban tinggi | SEM permukaan patahannya untuk pengambilan filler | Tambahkan perawatan silane atau poliolefin yang dimodifikasi dengan anhidrid maleik, tingkatkan kandungan asetat vinil EVA, dan campurkan POE |
| Lapisan jaket yang kasar atau bergerigi | Fraksi pengisi kasar atau agregat | Uji kenaikan tekanan pada paket saring; sisa saringan pada pengisi | Perubahan ke distribusi ukuran partikel yang lebih halus atau lebih sempit, tambahkan pengubah saringan, memperkuat pengadukan dispersif |
| Penurunan warna dan kuningan pada komposisi | Degradasi termal, penurunan antioksidan, atau katalisasi oleh tembaga | Uji penuaan oven; periksa tingkat antioksidan dengan ekstraksi | Meningkatkan antioksidan, menambahkan pengaktifan logam, mengurangi waktu tinggal dan suhu pencairan |
| Gagal uji halojen pada komposisi LSZH nominal | Kontaminasi silang atau bahan tambahan minor yang terhalogenasi | Ion kromatografi pada produk pembakaran; audit setiap bahan baku | Linier LSZH khusus atau protokol pengurangan yang ketat, mengganti bahan pengawet halojen atau pigmen |
| Komposisi intumescent gagal setelah imersi dalam air | Leaching polifosfat amonium | Kurangnya berat dan LOI setelah imersi selama 7 hari | Perubahan ke APP yang dikomposisikan, tambahkan pengobatan silan, hibridisasi dengan hidroksida logam |
| Kekuatan mencapai batas di bawah output target | Keasaman terlalu tinggi pada suhu pencairan rendah yang diinginkan | Bandingkan persentase torsi dengan kurva keluaran | Optimalkan paket pelumas, gunakan pengisi yang dilapisi asam lemak, spesifikasikan gearbox dengan torsi tinggi, pertimbangkan sistem dua tahap |
| Pernapasan terasa sesak dan debu kembali | Penyebaran udara dari bahan pengisi dengan kepadatan rendah | Periksa saluran pemberi makanan samping; periksa stabilitas aliran massa pemberi makanan | Tambahkan saluran udara di atas aliran samping, gunakan aliran samping kompak atau crammer, tambahkan penambah bahan |
| Kerusakan baut dan tabung yang cepat | Pengisi abrasif dengan metalurgi atau pelumasan yang tidak memadai | Amati jarak bebas radial pada interval tertentu; pantau perubahan output pada pengaturan tetap | Tentukan lapisan bimetal dan elemen yang tahan gesekan, tambahkan pelumas, dan kurangi intensitas gesekan |
| Ketahanan isolasi menurun setelah penuaan basah | Lapisan pengisi hidrofil yang tidak diolah, penyerapan air | Ketahanan isolasi sebelum dan setelah kondisi kelembaban | Gunakan pengisi yang diolah dengan silan, meningkatkan keterkaitan, dan verifikasi devolatilisasi yang lengkap |
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Bisakah saya hanya menambahkan masterbatch anti api ke komposisi kabel yang sudah ada untuk meningkatkan ratingnya?
Sangat jarang tanpa reformulasi. Penambahan konsentrat akan melemahkan semua bahan lain dalam komposisi, termasuk plastisator, antioksidan, warna, dan bahan pengisi yang sudah ada, sehingga sifat mekanik dan penuaan berubah. Ini juga mengubah viskositas dan mungkin memerlukan perubahan parameter ekstrusi. Pendekatan yang benar adalah merancang ulang formulasi lengkap dengan adanya bahan penolak api sejak awal, kemudian memvalidasi sifat mekanik, sifat listrik, penuaan, dan kemampuan terbakar sebagai satu set. Menganggap penolak api sebagai tambahan hampir selalu menghasilkan komposisi yang lolos uji terbakar dan gagal dalam hal lain.
Mengapa komposisi saya lulus UL 94 V-0 tetapi gagal IEC 60332-3?
Karena mereka mengukur hal-hal yang secara mendasar berbeda. UL 94 V-0 adalah uji bahan pada batang yang dipadatkan dengan sumber pembakaran kecil. IEC 60332-3 membakar serangkaian kabel yang sudah jadi dalam ruang tiga meter dengan pembakar pita sekitar 20 kilowatt dan aliran udara yang dipaksakan, dengan bahan bakar yang jauh lebih banyak dan efek saluran yang mendorong penyebaran. Melalui uji bahan adalah hal yang diperlukan tetapi tidak cukup. Kinerja kabel juga tergantung pada konstruksi kabel: bahan pengisi, benang pengisi, lapisan pita, ukuran konduktor, dan volume total bahan non-logam per meter semuanya berkontribusi.
Berapa banyak pengisian filler tinggi yang mengurangi throughput pengolahan?
Secara substansial, meskipun angka yang tepat tergantung pada mesin. Komposit LSZH yang terisi 62 persen biasanya beroperasi dengan sebagian kecil dari produksi yang dapat dicapai oleh ekstruder gigi ganda yang sama pada poliolefin yang tidak terisi, karena mesin menjadi terbatas oleh kapasitas pengisian untuk bahan pengisi dengan kepadatan rendah dan oleh atap suhu cair yang menentukan input energi gesek yang diperbolehkan. Pemberian sisi terpisah, gearbox dengan torsi tinggi, volume bebas yang cukup dalam desain gigi, dan paket pelumas yang dioptimalkan adalah empat kunci yang dapat meningkatkan throughput.
Apakah bahan bebas halogen selalu lebih aman daripada bahan yang mengandung halogen?
Sistem bebas halogen jelas lebih baik dalam hal penutupan asap, korosivitas gas asam, dan kelangsungan peralatan, itulah sebabnya mengapa sistem ini diwajibkan di ruang publik tertutup. Namun, sistem yang mengandung halogen dapat mencapai ketahanan api yang lebih tinggi dengan beban yang lebih rendah, dan senyawa bebas halogen yang telah dipaksa untuk beban pengisi yang minimal untuk mempertahankan sifat mekanisnya mungkin sebenarnya lebih dekat dengan batas kinerjanya. Pendekatan yang tepat adalah menentukan skenario kebakaran dan hasil uji yang diperlukan, kemudian memilih kimia yang memenuhi persyaratan tersebut dengan margin yang cukup. Pada instalasi di luar ruangan yang terbuka di mana penyebaran asap bukanlah perhatian utama, sistem yang mengandung halogen tetap sesuai secara teknis.
Apa yang menyebabkan elongasi mengalami kerusakan pada bahan LSZH dan bagaimana cara memperbaikinya?
Pada 60 hingga 65 persen pengisian mineral, polimer menjadi fase minor dan partikel pengisi berfungsi sebagai konsentrator stres dengan adhesi permukaan yang lemah, sehingga retakan dimulai pada permukaan partikel pada tegangan rendah. Solusi ini bekerja dengan memperkuat permukaan tersebut dan dengan melembutkan fase polimer: perawatan permukaan silan atau asam lemak pada pengisi, poliolefin yang digraft dengan anhidrid maleat sebagai agen kait polimer, kandungan asetat vinil yang lebih tinggi pada EVA untuk penyerapan yang lebih baik, pencampuran elastomer POE untuk mobilitas rantai, dan distribusi ukuran partikel bimodal untuk meningkatkan efisiensi pengisian. Digabungkan, solusi ini secara rutin meningkatkan elongasi dari di bawah 100 persen menjadi 150 hingga 250 persen.
Apakah komposisi kabel anti-melambat api dapat didaur ulang?
Komponen yang mengandung mineral bebas halogen adalah yang paling dapat didaur ulang dari keluarga bahan penolak api, karena pengisi termal stabil dan inert secara kimia; limbah produksi umumnya dapat digiling kembali dan diproduksi kembali dengan kadar 10 hingga 20 persen dengan kerugian properti yang kecil, asalkan bahan tersebut tidak mengalami degradasi termal. Komponen yang terhubung tidak dapat diremelt dan terbatas untuk digunakan sebagai pengisi. Komponen yang terhalogenasi menghadapi batasan regulasi untuk daur ulang di beberapa yurisdiksi karena pengendalian zat brominasi. Dalam grup Wanplas, Polyretec menyediakan sistem pencucian dan daur ulang untuk pemulihan plastik kabel dan kawat, sementara Kerke menyediakan garis penggiling gigi kembar yang digunakan untuk merekombinasikan bahan yang telah dipulihkan.
Apa sistem antioksidan yang harus digunakan dalam komposisi kabel anti api?
Kombinasi antioksidan primer fenolik yang terhalang dengan fosfit atau tioester sekunder adalah standar, dengan ukuran yang sesuai dengan sejarah panas dalam pembuatan dan persyaratan penuaan termal jangka panjang pada suhu yang ditetapkan kabel. Bahan yang berhubungan langsung dengan konduktor tembaga harus mengandung deaktivator logam, karena ion tembaga dapat mengkatalisasi dekomposisi hidroperoksida dan mempercepat oksidasi poliolefin secara drastis. Perhatikan bahwa spesies asam dari bahan pencegah api yang terhalogenasi dan dari senyawa fosfor asam dapat menonaktifkan stabilisator cahaya berbasis amina yang terhalang, sehingga diperlukan jenis yang tahan asam dalam sistem tersebut.
Bagaimana saya memutuskan antara bahan yang sudah diformulasikan secara lengkap dan konsentrat?
Gunakan pengisian aktif terakhir sebagai kriteria penentuan. Jika beban yang diperlukan berada di bawah sekitar 25 hingga 30 persen, konsentrat adalah pilihan yang praktis dan menawarkan keuntungan dalam inventaris dan logistik, sehingga produsen kabel dapat menyesuaikan warna dan resin dasar secara lokal. Jika beban yang diperlukan melebihi batas tersebut, seperti halnya selalu terjadi pada sistem hidroksida logam, sediakanlah senyawa yang sudah diformulasikan secara lengkap. Usaha untuk mencapai ATH 62 persen dengan membiarkan konsentrat 78 persen membuat hampir tidak ada ruang untuk resin dasar dan menghasilkan dispersi yang buruk di mesin tunggal ekstruder kabel.
Apa peran silikon dalam komposisi kabel bebas halogen?
Silikon memiliki tiga peran secara bersamaan. Sebagai sinergis bahan penolak api, ia bermigrasi ke permukaan selama pembakaran dan membentuk lapisan keramik kaya silika yang memperkuat sisa mineral, sehingga memungkinkan penambahan bahan pengisi dapat dikurangi beberapa poin persentase pada rating yang sama. Sebagai bantuan pengolahan, gumpalan silikon dengan berat molekul tinggi mengurangi viskositas cairan dan tekanan die dalam komposisi yang sangat terisi, sehingga meningkatkan kapasitas produksi. Sebagai modifikasi permukaan, ia menurunkan koefisien gesekan jaket, yang mengurangi tekanan tarik yang diperlukan untuk memasang jalur kabel yang panjang melalui saluran. Biayanya relatif tinggi, tetapi manfaat yang terkumpul dari tiga fungsi seringkali membenarkan hal itu.
Ukuran ekstruder ganda mana yang harus saya tentukan untuk produksi komposisi kabel LSZH?
Sesuaikan ukuran mesin dengan output yang diperlukan pada throughput yang dikurangi karena adanya bahan campuran yang terisi 60% atau lebih, bukan pada rating mesin untuk poliolefin yang tidak terisi, dan tentukan konfigurasi dengan torsi tinggi dengan L/D yang cukup untuk dua posisi pemberian bahan sampingan dan dua saluran pengambilan vakum. Pada praktiknya, sebagian besar jalur LSZH komersial menggunakan diameter baut dalam kisaran 65 hingga 95 mm untuk produksi volume sedang dan lebih besar untuk pabrik khusus dengan volume tinggi. Praktek Kerke adalah untuk mengvalidasikan formulasi pada mesin ekstruder ganda KTE skala laboratorium untuk menentukan input energi spesifik, profil suhu cair, dan permintaan torsi, kemudian mengukur mesin produksi berdasarkan data yang diukur, bukan berdasarkan aturan umum.
Kesimpulan
Masterbatch penolak api untuk plastik kabel dan kawat adalah masalah teknik sistem di mana kimia, mekanika, kinerja listrik, dan proses saling mempengaruhi. Matriks polimer menentukan batas suhu proses dan oleh karena itu menentukan apakah trihidroksida aluminium atau dihidroksida magnesium layak digunakan. Lingkungan instalasi menentukan persyaratan asap dan gas asam dan oleh karena itu menentukan apakah kimia yang diflorasi boleh digunakan sama sekali. Pengisian yang diperlukan berasal dari mekanisme – penangkalan radikal katalitik pada 12 hingga 20 persen, pembentukan karat intumescent pada 22 hingga 28 persen, pendinginan mineral endotermal pada 60 hingga 65 persen – dan pengisian tersebut pada gilirannya menentukan apakah produk tersebut disalurkan sebagai konsentrat atau sebagai senyawa yang sudah diformulasikan, dan seberapa keras garis pengkomposisian harus bekerja.
Disiplin praktis konsisten di semua empat sistem. Validasi dilakukan terhadap uji pengendalian yang sebenarnya, bukan proxy: UL 94 dan indeks oksigen yang terbatas untuk pemeriksaan, IEC 60332, IEC 61034, dan IEC 60754 untuk kepatuhan, IEC 60331 di mana integritas sirkuit diperlukan, dan metode GB/T yang sesuai untuk pasar Tiongkok. Desain formulasi secara keseluruhan, termasuk agen pengikat, pelumas, antioksidan, deaktivator logam, dan agen anti-tumpahan, dan uji untuk antagonisme sebelum skala-up. Di sisi produksi, hormati atap suhu cair secara mutlak, bagi pakan pengisi, sediakan dua lubang pengeluaran vakum, gunakan pencampuran distribusif daripada pencampuran dispersif yang agresif, dan spesifikasikan metalurgi tahan gesekan sejak awal daripada setelah set sekrup pertama habis.
Kerke, pabrik Wanplas yang telah lebih dari dua belas tahun berfokus pada pengadukan paralel dengan dua silinder berputar bersamaan, menampilkan pengadukan kabel sebagai salah satu industri aplikasi utama dan menyediakan lini KTE-seri yang dikonfigurasi khusus untuk tugas ini – gearbox dengan torsi tinggi, set silinder 44 hingga 52 L/D, pengisi silinder samping dan pengisi crammer untuk bahan penambah volume rendah, pengisian gravimetrik dengan kehilangan berat, devolatilisasi vakuum berjenjang, liner silinder bimetal dengan segmen yang dapat diganti, dan berbagai sistem pembuatan pellet dari pengaduk yang didinginkan dengan air, melalui permukaan die berbentuk cincin air, hingga granulasasi di bawah air. Mesin KTE twin-screw laboratorium mendukung pengembangan formulasi dan validasi skala besar, dan sistem KTE-SE dua tahap menangani formulasi yang sangat berisi dan sensitif terhadap panas. Dilengkapi dengan standar teknis yang sama dari merek Wanplas, kebijakan pabrik terbuka, kuota spare-part gratis setiap tahun, dan cakupan layanan di lebih dari 70 negara, Kerke mendukung produsen komposisi kabel dari uji coba formulasi pertama hingga pengoperasian dan optimalisasi produksi jangka panjang. Jika Anda merencanakan program komposisi kabel tahan api pada tahun 2026, tentukan terlebih dahulu standar yang berlaku, jalankan uji skala laboratorium untuk mengukur energi spesifik dan suhu mencair, dan tentukan garis komposisi sekitar pengisian bahan penambah yang benar-benar diperlukan untuk mencapai tujuan tersebut.
