O masterbatch retardador de chamas para plásticos de cabos e fios é um dos produtos mais tecnologicamente exigentes de toda a indústria de mistura, pois deve satisfazer simultaneamente uma especificação de desempenho contra incêndio escrita por uma autoridade de segurança, uma especificação elétrica escrita por uma empresa de utilidades ou fabricante de equipamentos, uma especificação mecânica escrita por um instalador e uma especificação de processamento escrita pelo gerente de produção do extrusor de cabos. Esses quatro requisitos puxam em direções opostas. Aumentar a carga de retardadores de chama melhora a classificação de fogo e destrói a elasticidade. A escolha de um sistema halogenado proporciona um excelente desempenho de chama com baixa carga, mas gera fumo denso e corrosivo. A escolha de um sistema mineral sem halogênio resolve o problema da fumaça, mas força cargas de enchimento acima de 60 por cento, o que reduz a capacidade de produção, acelera o desgaste dos parafusos e desafia o envelope de torque do extrusor.
Este guia desdobra todo o espaço de decisão. Abrange as matrizes poliméricas utilizadas na construção de cabos, a química da retardância de chamas em fase gasosa e condensada, os quatro principais sistemas retardantes e os seus envelopes de desempenho, os padrões de teste que definem a aceitação na Europa, na América do Norte e na China, a arquitetura de um masterbatch de cabo bem projetado e, de forma crítica, como compor essas formulações em um extrusor de parafuso gêmeo em rotação paralela sem desidratar o enchimento, degradar o polímero ou descartar os parafusos em seis meses. A Kerke, uma fábrica da Wanplas especializada em extrusores de parafuso gêmeo em rotação paralela, lista a compilação de cabos entre as suas indústrias de aplicação principais e tem fornecido linhas da série KTE para a produção de compósitos de cabos halogenados e sem halogênio em mais de 70 países.
Seja você um produtor de masterbatch que está projetando um novo concentrado livre de halogênio, um fabricante de cabos que está avaliando a mudança de PVC para LSZH ou um comprador de equipamentos que está dimensionando uma linha de mistura para 65% de trióxido de alumínio, as seções abaixo fornecem os níveis de carga, janelas de temperatura, princípios de configuração de parafusos e critérios de teste de que você precisa em 2026.
Por que o Masterbatch retardante de chamas define a segurança dos cabos
Os cabos são o material combustível mais amplamente distribuído em qualquer edifício, e são instalados exatamente onde o fogo se espalha mais rapidamente: em tubos verticais, caixas de cabos, vãos do teto e shafts de serviço que se comportam como chaminés. Um único tubo vertical pode transportar centenas de quilogramas de polímero por andar, e uma vez que é aceso, a isolação de cabos não mitigada propaga a chama para cima a uma velocidade que supera a maioria dos sistemas de supressão. É por isso que a flambilidade dos cabos é regulada de forma mais prescritiva do que quase qualquer outra aplicação de plásticos, e por isso que o masterbatch retardante de chamas não é um aprimoramento opcional de desempenho, mas um requisito de conformidade.
As consequências de se cometer um erro vão além da propagação do fogo. Em espaços fechados, a maioria das mortes por incêndio resulta de inalação de fumo e de gases tóxicos, e não de queimaduras. O isolamento de cabos halogenados libera cloreto de hidrogênio ou brometo de hidrogênio quando queima; estes gases são altamente tóxicos, obscurecem a visibilidade e formam ácidos corrosivos em contacto com a umidade, o que destrói equipamentos eletrónicos e aço estrutural muito tempo depois que a chama se apaga. Um centro de dados, um teatro de operações de um hospital, uma estação de metrô subterrânea ou um navio naval não podem tolerar esse resultado, razão pela qual a construção com zero halogênio e baixo fumo tornou-se obrigatória nesses ambientes em quase todo o mundo.
O que o masterbatch realmente fornece
Um masterbatch retardante de chamas para cabos é um pacote concentrado, pré-disperso e em forma de pellets que contém o retardante ativo, seus sinergistas, auxiliares de dispersão, agentes de ligação, lubrificantes, antioxidantes e, muitas vezes, um sistema de cor, tudo sobre uma resina portadora compatível com o composto do cabo. Os motivos para utilizar um masterbatch em vez de adicionar pó diretamente são convincentes nesta aplicação, especificamente:
- Controle de poeira e exposição. O trióxido de antimónio é um pó respirável com limites de exposição ocupacional; os retardantes bromados são pó finos; o trióxido de alumínio em tamanho de partículas sub-micrométricas é altamente poluente. A pelotização elimina o risco de contaminação do ar no piso de extrusão dos cabos.
- A qualidade da dispersão determina o desempenho do incêndio. Um retardante mal disperso deixa domínios ricos em polímeros que se inflamam e mantêm a chama. Dois compostos com formulação idêntica podem diferir em uma classe completa de classificação UL 94 apenas por dispersão. A pré-dispersão em um composto de dois eixos, em vez de no extrusor de um eixo da linha de cabos, é a única via confiável.
- Controle da umidade. Os hidróxidos metálicos e muitos compostos de fósforo são higroscópicos. Um masterbatch seco, selado e em forma de pellets fornece umidade controlada; um pó solto em uma fábrica de cabos húmidos não o faz, e a umidade residual produz vácuos que causam a quebra do isolamento.
- Medição precisa. As classificações de incêndio dependem de atingir o objetivo de carga dentro de uma faixa estreita. A alimentação gravimétrica de um grânulo é muito mais precisa do que a alimentação volumétrica de um pó de baixa densidade.
Duas arquiteturas de produto distintas
O setor utiliza duas arquiteturas de masterbatch muito diferentes para cabos, e confundir as duas gera erros de aquisição. A primeira é umaconcentrado aditivo, tipicamente 40 a 70 por cento ativo em um veículo compatível, desligado em 10 a 30 por cento em um polímero de base na fábrica de cabos. Isto é adequado para sistemas bromados e de fósforo, onde o carregamento final necessário é modesto. O segundo é umcomposto formulado completamente, fornecido pronto para extrusão a 100%, o que é a via normal para o revestimento sem halogênio, pois a carga de enchimento necessária de 60% ou mais não pode ser alcançada ao adicionar um concentrado a um polímero virgem sem exceder as cargas práticas de concentrado. Na prática, o composto de cabo LSZH é um produto composto, e não um masterbatch no sentido estrito da palavra, e é produzido em equipamentos de dois parafusos co-rotantes da mesma classe.
Matrizes de polímeros para cabos: PVC, PE, XLPE, EVA, TPU e TPE
O polímero de base determina quais químicas retardantes de chama são viáveis, qual janela de temperatura de processamento está disponível e quanto do desempenho contra incêndio vem do próprio polímero. Selecionar o retardante antes de selecionar a matriz é um erro comum e caro de sequenciamento.
Cloreto de polivinilo
O PVC continua a ser o polímero de isolamento e revestimento de cabos de maior volume em todo o mundo, pois é intrinsecamente retardante de chamas. O seu teor de cloro, de aproximadamente 57% na resina não plastificada, proporciona um índice de oxigênio limite inerente na faixa dos 40, para o PVC rígido, descendo para cerca de 22 a 28% para os compostos de cabos flexíveis típicos após a adição de plastificantes. O plastificante é o inimigo do desempenho de fogo: cada parte de plastificante de ftalato ou adipato adiciona combustível e dilui o cloro. O PVC flexível de qualidade para cabos, portanto, depende de trióxido de antimônio, borato de zinco, compostos de molibdênio e ATH para restaurar a classificação e, cada vez mais, para suprimir o fumo.
As vantagens do PVC são o baixo custo relativo, excelentes propriedades elétricas, boa resistência a óleo e produtos químicos, fácil processamento a 165 a 185 °C e fácil coloração. Suas desvantagens são decisivas em instalações críticas: fumaça negra densa, evolução de cloreto de hidrogênio, baixa flexibilidade a baixas temperaturas sem plastificação pesada e migração de plastificantes ao longo da vida útil. A temperatura de processamento deve permanecer abaixo de aproximadamente 205 °C para evitar a deshidrocloração, o que limita os retardantes de chama que podem ser utilizados.
Polietileno e polietileno reticulado
O polietileno possui excelentes propriedades dielétricas – baixa permissão, fator de dissipação muito baixo – o que o torna o material de escolha para isolamento de mediação e alta tensão, bem como para cabos de dados. É também um dos polímeros mais inflamáveis, com um índice de oxigênio limite de cerca de 17,4%, o que significa que queima facilmente no ar comum e derrama um polímero fundido em chamas. Cada grama de desempenho contra incêndio deve, portanto, ser adicionado.
O polietileno reticulado, produzido por reticulagem por peroxíde, silano ou radiação, aumenta a temperatura de operação contínua de cerca de 70 °C para 90 °C e elimina o derramamento de fusão, o que por si só melhora o comportamento no teste de chama vertical. A reticulagem complica a seleção de retardadores de chama, pois os sistemas de peroxíde são sensíveis a aditivos ácidos e que eliminam radicais, e os sistemas de silano exigem cura por umidade, o que perturba os preenchimentos minerais higroscópicos.
Elastoméricos de acetato de vinilo de etileno e poliolefinas
A EVA é a base principal para compostos de cabos retardadores de chamas sem halogênio, e o motivo é a aceitação do enchimento. Os grupos de acetato polar molham as superfícies minerais muito melhor do que o polietileno não polar, permitindo que 60 a 65% de trióxido de alumínio seja incorporado, mantendo a elasticidade útil. A concentração de acetato de vinilo nas classes de cabos varia normalmente entre 18 e 33%, e uma maior VA proporciona melhor aceitação de enchimento e flexibilidade, mas menor resistência mecânica e pior resistência ao calor.
Os elastômeros de poliolefina metallocenicos baseados em copolímeros de etileno-octeno são frequentemente misturados com EVA para melhorar a flexibilidade a baixas temperaturas e reduzir o odor de ácido acético que a EVA gera a temperaturas elevadas de processamento. O polietileno ou a EVA graftado com anhídrido maleico, em concentrações de 3 a 8 por cento da fase polimérica, atua como um agente de ligação, formando uma ligação química entre o enchimento mineral e o polímero e recuperando uma fração substancial da tensão e do alongamento perdidos devido à alta carga.
Polímeros termoplásticos de poliuretano e elastômeros termoplásticos
O TPU é especificado para casacos de cabos que exigem uma excepcional resistência à abrasão, à resistência ao óleo e à flexibilidade em uma ampla faixa de temperaturas – cabos de mineração, correntes de tração robóticas, umbilicais offshore, cabos de campo militares. O TPU baseado em poliéster oferece melhor resistência ao óleo e à abrasão; o TPU baseado em poliéter oferece melhor resistência à hidrólise e flexibilidade a baixas temperaturas. Os processos de TPU ocorrem a 190 a 215 °C e são extremamente sensíveis à umidade, exigindo secagem abaixo de 0,02 por cento antes da extrusão, o que restringe fortemente a seleção de retardadores de chama: enchimentos minerais hidratados são problemáticos, e sistemas baseados em fósforo com baixa absorção de umidade são preferidos.
Os elastômeros termoplásticos baseados em copolímeros em blocos estirênicos ou em vulcanizatos termoplásticos são utilizados quando é necessário um toque e flexibilidade semelhantes ao borracha, sem a necessidade de vulcanização. Eles aceitam retardadores de chama de forma razoável, mas apresentam uma resistência térmica limitada e exigem um cuidadoso equilíbrio de dilatação com óleo, uma vez que o óleo diluente é altamente inflamável.
| Matriz | LOI de referência | Janela de processamento | Temperatura contínua máxima | Sistemas FR compatíveis | Uso típico do cabo |
|---|---|---|---|---|---|
| PVC flexível | 22–28 % | 165–185 °C | 70–105 °C por grau | Sb2O3, borato de zinco, ATH, molibdato | Fio de construção, cordas flexíveis, cabo de controle |
| LDPE / HDPE | 17.4 % | 160–200 °C | 70 °C | ATH, MDH, bromado + Sb2O3 | Isolamento de cabos de dados, capa de baixa tensão |
| XLPE | 17–19 % | 120–140 °C de pré-cura | 90 °C, curto-circuito a 250 °C | ATH, MDH; apenas tipos compatíveis com o peróxido | Isolamento MV/HV, cabo solar |
| EVA (18–33 % VA) | 19–21 % | 150–180 °C | 90 °C | ATH a 60–65 %, MDH, sinergista de silicone | Casaco e roupa de cama em LSZH |
| POE elastômero | 17–18 % | 160–190 °C | 90 °C | ATH, MDH com agente de acoplamento | Cabo flexível LSZH, de baixa temperatura |
| TPU (poliéster) | 20–22 % | 190–215 °C | 90–125 °C | Ésteres de fósforo, melamina-cianurato, MDH | Casaco para mineração, robótico, offshore |
| TPE-S / TPV | 17–19 % | 170–200 °C | 85–110 °C | MDH, IFR, bromado em graus não LSZH | Fios de aparelhos, casacos de toque suave |
| Goma de silicone | 26–30 % | Curar a 150–200 °C | 180–200 °C | Cure de platina com preenchimentos ceramificantes | Cabo de sobrevivência a incêndio e integridade do circuito |
O ciclo de combustão e como os retardadores de chama o interrompem
Cada retardante de chamas funciona quebrando uma das quatro pernas do tetraedro do fogo – combustível, oxigênio, calor e a reação em cadeia de radicais livres – e compreender qual das pernas é atacada por uma determinada química explica sua exigência de carga, seus efeitos colaterais e suas interações. A combustão de polímeros é um ciclo auto-sustentável: o calor piróliza o polímero sólido em fragmentos de combustível voláteis, esses fragmentos misturam-se com o oxigênio e queimam na fase gasosa, e o calor liberado alimenta a pirólise de mais polímero.
Inibição na fase de gás
Os retardantes em fase de gás funcionam eliminando os radicais de hidrogênio e hidroxilo de alta energia que propagam a combustão. Os compostos halogenados são o protótipo. Quando um retardante bromado se decompõe, ele libera brometo de hidrogênio, que reage com os radicais de hidroxilo e hidrogênio para formar água e radicais de bromo muito menos reativos. A reação de ramificação da cadeia é retardada, a chama esfria e a combustão torna-se insustentável. Como a eliminação de radicais é catalítica, os sistemas em fase de gás alcançam um alto desempenho a uma carga relativamente baixa – normalmente de 12 a 20 por cento do total, incluindo o sinergista – é por isso que a química halogenada sobrevive apesar de seus inconvenientes. O fósforo também pode agir na fase de gás através da formação de radicais PO, particularmente com ésteres de fósforo voláteis.
Ação em fase condensada: formação de carvão
Os retardantes em fase condensada alteram o que acontece no polímero sólido. Os compostos de fósforo se decomponem em ácido fosfórico e polifosfórico, que desidratam a cadeia de carbono do polímero, transformando-o em um carvão carbonáceo em vez de um combustível volátil. A camada forma uma barreira física que isola o polímero subjacente do calor e bloqueia a difusão de compostos voláteis para fora e de oxigênio para dentro. A formação de carboidratos funciona melhor em polímeros que contêm oxigênio, como poliésteres, poliuretanos, celulose e EVA; funciona mal em hidrocarbonetos puros, como o polietileno, que não têm oxigênio para facilitar o mecanismo de desidratação.
Refrigeração endotérmica e diluição do combustível
Os hidroxidos metálicos operam por um terceiro mecanismo completamente diferente: a absorção térmica física e a diluição. O tri-hidróxido de alumínio se descompõe a cerca de 180 a 200 °C, absorvendo aproximadamente 1,05 kJ por grama e liberando cerca de 34,6% de sua massa como vapor de água. O di-hidróxido de magnésio se descompõe a 300 a 340 °C, absorvendo aproximadamente 1,24 kJ por grama e liberando cerca de 31% de água. A decomposição endotérmica retira o calor do polímero, mantendo-o abaixo da temperatura de pirólise. O vapor liberado dilui os gases combustíveis e deslocam o oxigênio na zona da chama. O óxido metálico residual forma uma camada cerâmica porosa que fornece alguma proteção.
O problema é que estes são mecanismos stoichiométricos, não catalíticos. Cada joule absorvido requer uma massa proporcional de enchimento, o que é a razão pela qual os sistemas minerais sem halogênio precisam de uma carga de 60% quando um sistema bromado precisa de 15%. Este único fato impulsiona todo o desafio de equipamento e processamento da compilação de LSZH.
Intumescência: o carvão engenhado
Os sistemas retardadores de chama intumescentes combinam três componentes funcionais para produzir uma camada de carbonização multicelular, muito mais protectora do que uma camada de carbonização simples. Uma fonte de ácido, geralmente polifosfato de amónio, se decompõe para liberar ácido fosfórico. Uma fonte de carbono, ou agente de carbonização, como pentaeritritol, dipentaeritritol ou um polímero baseado em triazina, é esterificado e, em seguida, desidratado por esse ácido para formar carbono. Um agente de expansão, normalmente melamina ou o nitrogênio já presente no polifosfato de amónio, libera amônia e nitrogênio que expandem a camada de carbonização em uma espuma. O resultado pode ser uma camada de carbonização muitas vezes maior do que o espessamento original do revestimento, com uma condutividade térmica muito baixa.
| Mecanismo | Química representativa | Onde atua | Carga típica para V-0 | Principal desvantagem |
|---|---|---|---|---|
| Escovação de radicais | Aromáticos bromados mais trióxido de antimônio | Fase de gás, zona de chama | 12-20% combinados | Fumaça densa, gás ácido corrosivo |
| Promoção de carvão | Esteres de fosfato, fósforo vermelho, derivados de DOPO | Fase condensada | 8-20% dependendo da matriz | Fraco em poliolefinas puras, problemas de cor com fósforo vermelho |
| Refrigeração endotérmica e diluição | ATH, MDH, huntite-hidromagnesita | Fase condensada e de gás | 55–70 % | Carga muito alta, perda de propriedades mecânicas |
| Intumescência | Polifosfato de amónio mais pentaeritritol mais melamina | Fase condensada, barreira em expansão | 20–30 % | Sensibilidade à água, migração, limitada a temperaturas mais baixas |
| Ceramificação | Silicone com mica, wollastonite, fritas de vidro | Fase condensada, carapaça cerâmica | Formulação específica | Custo premium, processamento especializado |
| Bariéres nanocompostos | Organoclay, hidróxido de camada dupla, nanotubo de carbono | Fase condensada, reforço de carvão | 2–6 % apenas como sinergista | Não é possível alcançar a classificação sozinho; é necessário exfoliação |
Sistemas halogenados: retardantes bromados e sinergia de antimónio
O conjunto de retardante de chama bromado e trióxido de antimónio continua a ser o sistema de retardante de chama mais eficiente disponível em termos de desempenho por unidade de carga, e continua a dominar as aplicações em que o fumo e os gases ácidos não são restritos. A compreensão da sinergia é essencial, porque os dois componentes são inúteis na proporção que a maioria das pessoas assume.
Como funciona a sinergia entre bromo e antimónio
O trióxido de antimônio não é por si só um retardante de chamas. Utilizado sozinho em um poliolefina, não faz praticamente nada. Sua função é reagir com o brometo de hidrogênio liberado pelo retardante bromado para formar tribrometo de antimônio e oxihaletos de antimônio. Essas espécies são voláteis a temperaturas de chama, portanto, transportam o antimônio para a fase gasosa, onde o haleto de antimônio fornece um caminho de captura de radicais muito mais eficiente do que o brometo de hidrogênio sozinho. O resultado é um efeito fortemente superaditivo: um sistema que contém ambos os componentes desempenha muito melhor do que a soma de suas partes.
A relação ideal de peso entre bromo e antimónio em sistemas de poliolefinas e estirénicos é próxima de 3 para 1, e desvios em qualquer direção desperdiçam material. O excesso de antimónio além da exigência estequiométrica aumenta os custos, aumenta a opacidade, aumenta a densidade e pode, na verdade, reduzir o desempenho, consumindo o bromo que de outra forma estaria disponível. Um nível insuficiente de antimónio deixa o sistema de bromo com potência insuficiente.
As principais químicas bromadas nos cabos
O decabromodifenil etano substituiu em larga medida o decabromodifenil óxido em novas formulações, após a pressão regulamentar sobre o material mais antigo; oferece aproximadamente 82% de conteúdo de bromo, excelente estabilidade térmica acima de 300 °C e baixo custo por unidade de bromo fornecido. O etileno bis-tetrabromoftalimida oferece desempenho semelhante, com melhor estabilidade ultravioleta, o que é importante para cascas de cabos exteriores. O poliestireno bromado e os oligómeros de epóxi bromados são poliméricos, o que reduz a migração e o aparecimento de manchas e melhora a estabilidade térmica, a um custo relativo mais elevado. Derivados do tetrabromobisfenol A são utilizados em algumas aplicações de cabos, mas o composto parental é mais comumente um intermediário reativo em sistemas de epóxi.
Retardantes clorados, como a parafina clorada e o Dechlorane Plus, ainda aparecem em compostos específicos de cabos. A parafina clorada também serve como um plastificante secundário no PVC, o que a torna economicamente atraente, embora as variedades de cadeia curta enfrentem restrições regulamentares em muitas jurisdições.
Compromissos e mitigação
As duas desvantagens estruturais dos sistemas halogenados são o fumo e o gás ácido. O bromo e o cloro promovem a queima incompleta, produzindo grandes volumes de fuligem negra densa que reduzem dramaticamente a visibilidade. A evolução de halogênio é medida pela IEC 60754 e normalmente excede os limites sem halogênio em uma ordem de magnitude ou mais. Quando uma especificação permite halogéneos, mas exige redução do fumo, os formuladores utilizam borato de zinco, estannato de zinco, hidroxiestannato de zinco, carbonato de cálcio, hidróxido de magnésio como um co-recheio parcial e compostos de molibdênio, como o octamolibdato de amônio, como supressores de fumo. O estannato de zinco, em particular, é um substituto parcial bem estabelecido para o trióxido de antimónio, permitindo a redução da carga de antimónio, mantendo a classificação e melhorando o comportamento do fumo.
| Componentee | Conteúdo Ativo | Estabilidade térmica | Carga típica no composto | Observações sobre o uso do cabo |
|---|---|---|---|---|
| Decabromodifenil etano | ~82 % Br | Acima de 340 °C | 10–16 % | Workhorse para casacos de PE e PP; requer boa dispersão |
| Etileno bis-tetrabromoftalimida | ~67% de Br | Acima de 400 °C | 12–20 % | Superior estabilidade UV para cabos ao ar livre e solares |
| Poliestireno bromado | ~68% de Br | Acima de 340 °C | 14–22 % | Policarbonato, não-blooming; custo relativo mais alto |
| Tríoxido de antimônio | Sinergista | Estável | 3–6 % | Alvo de Br:Sb próximo de 3:1; controlos de exposição ocupacional aplicáveis |
| Bórico de zinco | Sinergista/suppressor de fumaça | Acima de 290 °C | 2–8 % | Substituição parcial de Sb2O3; supressão do derramamento e do efeito de luz residual |
| Hidroxistannato de zinco | Sinergista/suppressor de fumaça | Acima de 180 °C | 1–4 % | Redução forte da fumaça; permite redução do antimónio |
| Octamolibdato de amónio | Suppressor de fumaça | Acima de 250 °C | 1–5 % | Efetivo no PVC; promove a formação de carcaça, reduz a densidade da fumaça |
| Parafina clorada | ~70 % de Cl em graus elevados | Limitado, deshidroclorina | 5–15 % no PVC | Função de plastificante dupla; os graus de cadeia curta são restritos |
Hidroxidos metálicos: ATH e MDH para revestimento sem halogénios
O trióxido de alumínio e o dióxido de magnésio representam a grande maioria do volume de retardadores de chama livres de halogênio na indústria dos cabos, e a escolha entre eles é decidida quase exclusivamente pela temperatura de processamento. Tudo o resto sobre o seu comportamento – o mecanismo endotérmico, a exigência de carga muito alta, a penalização das propriedades mecânicas, o desgaste abrasivo nos equipamentos de mistura – é amplamente semelhante.
O limite de temperatura que rege a escolha
O trióxido de alumínio começa a perder água a cerca de 180 a 200 °C. Esta decomposição é precisamente o que o torna um retardante de chamas, mas durante a mistura e a extrusão é um mecanismo de defeito: o vapor liberado cria vácuos, porosidade, bolhas na superfície e, em casos graves, formação de espuma no extrudado. Como regra prática, os compostos com ATH devem ser processados com a temperatura de fusão mantida abaixo de cerca de 190 a 195 °C em todos os pontos do extrusor, incluindo os picos locais de cisalhamento que não aparecem nos termopares do tambor. Isso restringe o ATH ao polietileno, EVA, POE e outras poliolefinas de baixo ponto de fusão.
O dióxido de magnésio é estável a aproximadamente 300 a 340 °C, o que abre as portas para o processamento de polipropileno, poliamida e temperaturas mais elevadas. Sua capacidade endotérmica por unidade de massa é, de fato, ligeiramente maior do que a do ATH. Os compromissos são o custo, que é médio a alto em comparação com o baixo da ATH, e uma tendência mais forte para a alcalinidade e a absorção de umidade, o que afeta as propriedades elétricas do composto se não for controlado.
Tamanho de partículas, tratamento de superfície e acoplamento
O desempenho de um composto de hidróxido metálico depende tanto da engenharia das partículas quanto do nível de carga. O tamanho médio das partículas em ATH de qualidade para cabos varia normalmente entre 0,8 e 2,5 micrómetros; os grãos mais finos apresentam melhores propriedades mecânicas e superfícies mais lisas, mas aumentam significativamente a viscosidade e a área superficial específica, o que aumenta a demanda por ligantes e reduz a capacidade de produção. Os grãos mais grossos são mais fáceis de processar, mas produzem superfícies mais ásperas e menor alongamento.
O tratamento da superfície é essencial acima de aproximadamente 50 por cento de carga. Três abordagens dominam:
- Revestimento de ácido gordo, geralmente ácido estearico ou estearato, aplicado em 0,5 a 2 por cento no enchimento. Esta é a opção mais barata; reduz substancialmente a viscosidade e melhora a dispersão, mas não cria uma ligação química com o polímero, pelo que a recuperação das propriedades mecânicas é limitada.
- Tratamento com silano, tipicamente silanos funcionais em vinilo ou amino, aplicados em concentrações de 0,5 a 1,5%. O vinilsilano pode ser incorporado ao polímero durante a reticulagem com peróxido, produzindo uma verdadeira ponte química que melhoria dramaticamente a resistência à tração, o alongamento e o desempenho em endurecimento a quente, além de melhorar a resistência à água e as propriedades elétricas após envelhecimento em umidade.
- Coupling polimérico através de poliolefina graftada com ácido maleico adicionado ao composto em vez do enchimento, em 3 a 8 por cento da fase polimérica. O anhídrido reage com grupos hidroxilo da superfície. Esta é muitas vezes a rota mais econômica para a recuperação do alongamento no LSZH baseado em EVA.
Sinergistas que reduzem a carga necessária
Como cada ponto percentual de carga de enchimento custa desempenho mecânico e rendimento, os formuladores trabalham duro para reduzi-lo. Vários sinergistas proporcionam reduções significativas:
- Sinergistas à base de silicone, 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.
- O borato de zinco, em concentrações de 2 a 5 por cento, forma uma camada vidreira que reforça o resíduo cerâmico, suprime o brilho residual e reduz a fumaça.
- Os nanofiltros de organoclays e de hidróxido de camadas duplas, em concentrações de 2 a 5 por cento, reforçam a barreira de carvão e reduzem a taxa máxima de liberação de calor, embora não possam alcançar uma classificação por si mesmos e exigem uma boa exfoliação, o que requer uma elevada capacidade de mistura distribuída.
- O fósforo vermelho ou o polifosfato de amónio em níveis baixos podem ser combinados com hidróxido de metal reduzido em um sistema híbrido, embora o fósforo vermelho imponha limitações de cor e exija encapsulamento para evitar a geração de fosfina.
- As misturas de minerais naturais de huntite-hidromagnesita se decomponham em dois estágios em uma faixa mais ampla de temperaturas e podem substituir parcialmente o ATH, contribuindo também para o reforço das plaquetas.
| Propriedade | Trióxido de alumínio (ATH) | Dihidróxido de magnésio (MDH) | Huntita-Hidromagnesita |
|---|---|---|---|
| Início da decomposição | 180–200 °C | 300–340 °C | Dois estágios, ~220 °C e ~400 °C |
| Água liberada | ~34,6 % da massa | ~31 % da massa | ~17 % de água mais CO2 |
| Capacidade endotérmica | ~1,05 kJ/g | ~1,24 kJ/g | Baixo, distribuído ao longo da faixa |
| Temperatura máxima de processamento | ~190 °C de fusão | ~280 °C de fusão | ~210 °C de fusão |
| Carga típica para V-0 em EVA/PE | 60–65 % | 58–65 % | Só substituição parcial |
| Custo relativo de matéria-prima | Baixo | Médio-alto | Baixo-médio |
| Supressão de fumaça | Excelente | Excelente | Bom |
| Abrasividade para equipamentos | Moderada a alta | Moderada | Moderada a alta |
| Efeito sobre a elasticidade ao 60% da carga | Cai para aproximadamente 120-200% com acoplamento | Similar, ligeiramente melhor com silano | A forma das plaquetas ajuda a rigidez, reduzindo a elasticidade |
| Matrizes adequadas | PE, EVA, POE, PVC flexível | PP, PA, TPU, poliolefina de alta temperatura | Misturas de PE e EVA |
Sistemas de fósforo-nitrogênio intumescentes para compostos de cabos
Os sistemas intumescentes retardadores de chamas oferecem o desempenho sem halogênio dos preenchimentos minerais a cerca de um terço a metade da carga, o que os torna extremamente atraentes onde as propriedades mecânicas ou a gravidade específica são importantes. A razão pela qual eles não substituíram os hidroxidos metálicos em geral nos revestimentos de cabos se deve à sensibilidade à água, à migração e à dificuldade de construir uma camada eficaz em uma matriz pura de hidrocarbonetos.
Composição e o princípio dos três componentes
Uma formulação intumescente clássica contém uma fonte de ácido, uma fonte de carbono e um agente de expansão, e os produtos comerciais modernos muitas vezes combinam duas ou três dessas funções em uma única molécula. O polifosfato de amónio é a fonte de ácido predominante; as classes de forma cristalina II apresentam uma estabilidade térmica muito melhor e uma solubilidade na água mais baixa do que a forma I e são a escolha padrão para compostos de cabos de poliolefina. As classes microencapsuladas revestidas com resina de melamina formaldeído, silano ou cascas termoplásticas reduzem ainda mais a extração de água e melhoram a compatibilidade.
Naquelas formulações mais antigas, a fonte de carbono era o pentaeritritol ou o dipentaeritritol, mas estes pequenos polióis migram e são solúveis em água. Os sistemas modernos utilizam agentes de carbonização baseados em polímeros de triazina, derivados de piperazina-pirrofosfato ou estruturas de poliol hiperramificado com muito maior peso molecular e muito menor migração. A ação de sopro de nitrogênio vem da melamina, do fosfato de melamina, do polifosfato de melamina ou do teor de amónio do próprio polifosfato.
Envelope de desempenho
Um sistema intumescente bem projetado em polipropileno ou polietileno atinge a classificação UL 94 V-0 com uma espessura de 1,6 mm e uma carga total de cerca de 22 a 28%, em comparação com 60% para o ATH. O índice de limitação de oxigênio normalmente sobe de 17 a 18% no polímero de base para 28 a 34%. Como a carga é muito menor, a resistência à tração e o alongamento são muito melhor preservados, a gravidade específica permanece perto de 1,05 a 1,15 em vez de 1,5 a 1,6, e a capacidade de mistura é dramaticamente maior. Para cabos em que o peso é importante - aeroespacial, automotivo, equipamentos portáteis - isso é decisivo.
As limitações que restringem a adoção
A sensibilidade à água é a principal fraqueza. O polifosfato de amónio e seus compostos de nitrogênio associados são hidrofílicos e, com uma exposição prolongada à umidade ou imersão em água, são lavados, degradando tanto o desempenho de ignição quanto a resistência de isolamento elétrico. Os casacos de cabos enterrados em dutos, expostos à condensação ou submetidos aos testes de imersão em água especificados em muitas normas de cabos, podem falhar. A microencapsulação, o tratamento de superfície com silano e a combinação com uma carga modesta de hidróxido de metal melhoram a situação, e a abordagem híbrida de intumescente mais mineral está se tornando cada vez mais comum.
A temperatura de processamento é a segunda limitação. O polifosfato de amónio começa a se decompor na região de 275 a 300 °C, e a interação com o polímero em alta cisalhamento pode desencadear uma decomposição precoce e formação de espuma. Na prática, os compostos de cabos intumescentes podem ser processados confortavelmente em poliolefinas, mas exigem um controle cuidadoso em polímeros de engenharia.
A cor e a aparência constituem uma terceira restrição. Os embalagens intumescentes são brancas ou de cor bege e podem ser pigmentadas, mas os híbridos a base de fósforo vermelho apresentam uma cor base escura marrom-vinho que limita a paleta disponível – um problema real nos cabos, onde a codificação de cores é um requisito de segurança funcional regulado pelas normas de instalação.
Composições de LSZH: Controle da densidade de fumaça, gás ácido e toxicidade
O conceito de construção com baixo teor de fumo e zero halogênio não se define pelo que contém, mas pelo que não emite, e a especificação é aplicada através de três famílias de testes independentes: propagação de chamas, densidade de fumo e evolução de gases ácidos halogenados. Um composto deve passar em todos os três; exceder em um não compensa a falha em outro.
Medição da densidade de fumaça e objetivos
A obscuridade por fumo dos cabos é geralmente avaliada através do teste do cubo de três metros descrito na IEC 61034, no qual um fio de amostras de cabos é queimado em uma câmara fechada sobre um fogo de álcool e a transmissão de luz é medida em toda a câmara. O critério de aceitação típico para cabos LSZH é uma transmissão mínima de 60%, e especificações premium para instalações de metrô, túneis e centros de dados exigem valores mais altos. Em comparação, os cabos de PVC halogenados geralmente reduzem a transmissão a uma fração pequena desse valor.
A densidade de fumaça também pode ser medida em amostras de material utilizando a abordagem da câmara de fumaça da NBS na norma ASTM E662 ou ISO 5659, que fornece a densidade óptica específica em condições de incandescência e não-incandescência. Estes testes permitem uma melhor discriminação da formulação durante o desenvolvimento, enquanto o teste do cubo de três metros é o teste de conformidade.
Gás ácido halogenado e corrosividade
O IEC 60754-1 determina a quantidade de gás ácido halogenado emitida, expressa como equivalente de cloreto de hidrogênio, com um limiar comum de zero halogênio não superior a 0,5 por cento em massa. O IEC 60754-2 mede o pH e a condutividade da solução aquosa formada a partir dos gases de combustão, com requisitos típicos de pH não inferior a 4,3 e condutividade não superior a 10 microsiemens por milímetro. Esses dois testes juntos estabelecem que os produtos de combustão não envenenarão os ocupantes com gás ácido nem corroerão o equipamento e o reforço.
Encontrá-los é simples se a formulação estiver realmente livre de halogénios, mas existem armadilhas. Auxiliares de processamento halogenados, certos pigmentos, antioxidantes contendo halogénios e contaminação cruzada de equipamentos de mistura compartilhados podem levar um composto nominalmente livre de halogénios para além do limite. Os produtores que executam ambas as versões halogenadas e livres de halogénios na mesma linha de dois parafusos devem implementar rigorosos protocolos de limpeza e purga, e muitos operam linhas dedicadas para a produção de LSZH.
Índices de toxicidade
Além dos gases ácidos, algumas especificações – particularmente para ferrovias, marítimo e defesa – impõem requisitos de índice de toxicidade que avaliam monóxido de carbono, dióxido de carbono, cianeto de hidrogênio, óxidos de azoto, dióxido de enxofre e outras espécies. Os retardantes de chama contendo nitrogênio, como derivados de melamina, podem gerar cianeto de hidrogênio e amônia em algumas condições, portanto, um sistema de fósforo-nitrogênio intumescente que passa facilmente nos testes de gases ácidos pode ainda enfrentar escrutínio sob um requisito de índice de toxicidade. Os sistemas de hidróxido metálico geralmente apresentam os melhores resultados em termos de toxicidade, pois seus produtos de decomposição são água e óxido inerte.
O problema da recuperação das propriedades mecânicas
O desafio de engenharia mais importante do LSZH é que o desempenho de fogo e o desempenho mecânico estão inversamente ligados através da carga do enchimento. Uma capa de cabo útil precisa ter resistência à tração típica superior a 10 MPa e alongamento na ruptura superior a 125 a 150%, dependendo do padrão regulamentar, além de resistência adequada à ruptura, desempenho de flexão a baixas temperaturas e resistência à deformação por calor. A 62% de ATH em EVA não modificada, o alongamento pode cair abaixo de 100%. O conjunto de ferramentas de recuperação está bem estabelecido: ligação de silano no enchimento, poliolefina enxuta com anhídrido maleico na fase polimérica, seleção cuidadosa do conteúdo de acetato de vinilo do EVA, mistura com elastômero POE para flexibilidade a baixas temperaturas, distribuição otimizada do tamanho das partículas usando uma mistura de enchimento bimodal e sinergistas de silicone que permitem redução da carga. Aplicados juntos, estes elementos restauram rotineiramente o alongamento na faixa de 150 a 250%, com desempenho total de fogo.
| Atributo de desempenho | Composição de cabo de PVC flexível | Composto de poliolefina bromado | Composição de EVA preenchida com LSZH | Composição de poliolefina intumescente |
|---|---|---|---|---|
| Carga retardante de chamas | Cl inerente + 3–8 % de aditivo | 12–20 % | 60–65 % | 22–28 % |
| Índice de oxigenação limitado | 26–32 % | 26–30 % | 32–42 % | 28–34 % |
| Densidade de fumaça | Muito alto | Alto | Muito baixo | Baixo |
| Gás ácido halogenado | HCl substancial | HBr substancial | Nenhum | Nenhum |
| Resistência à tração | 12–20 MPa | 12–20 MPa | 9–14 MPa | 14–22 MPa |
| Elongação na ruptura | 180–350 % | 300–600 % | 130–250 % | 250–500 % |
| Gravidade específica | 1.35–1.55 | 1.15–1.35 | 1.45–1.60 | 1.05–1.18 |
| Sensibilidade à absorção de água | Baixo | Baixo | Moderada | Alto sem encapsulamento |
| Velocidade da linha de extrusão | Alto | Alto | Reduzida, viscosidade limitada | Moderada a alta |
| Custo composto relativo | Baixo | Médio | Médio-alto | Alto |
Testes e certificação: normas LOI, UL 94, IEC e GB
A resistência ao fogo do cabo é validada através de uma hierarquia de testes que vão desde a triagem de materiais em pequena escala até às câmaras de incineração de cabos em escala completa, e é essencial saber a que nível um determinado resultado pertence. Um material que atinge a classificação UL 94 V-0 em uma barra moldada não demonstra que um cabo acabado irá passar na IEC 60332-3, porque o teste de cabo amontoado envolve muito mais combustível, uma fonte de ignição muito maior e uma geometria de chaminé que promove a propagação.
Testes de material de nível de triagem
O índice de limitação de oxigênio, descrito na norma ASTM D2863 e na ISO 4589, mede a concentração mínima de oxigênio em uma mistura de oxigênio e azoto que apenas sustenta a queima de um espécime montado verticalmente, como uma vela. Como o ar ambiente contém cerca de 21% de oxigênio, um material com LOI acima de aproximadamente 26% é geralmente auto-extintor na atmosfera normal, e as especificações de cabos geralmente exigem 28 a 32% ou mais. O LOI é a ferramenta de desenvolvimento mais rápida e discriminante: um formulador pode classificar vinte formulações candidatas em um dia.
A classificação de inflamabilidade UL 94 é a mais citada. O teste de queima vertical em amostras de barras produz classificações V-0, V-1 e V-2 com base no tempo de queima após a chama, no total de queima após a chama em dez aplicações de chama e se as gotas de chama provocam a ignição de algodão sob a amostra. A classificação V-0 requer que o tempo de queima após a chama não exceda 10 segundos, que o total não exceda 50 segundos para o conjunto e que não haja gotas de chama. Para materiais finos, o equivalente é a classificação VTM. Para cabos, a UL 94 também inclui a classificação VW-1, um teste de chama de fio vertical aplicado ao fio acabado em vez de uma barra moldada, e a classificação VW-1 é a mais frequentemente especificada em aplicações de aparelhos e de fiação interna na América do Norte.
Testes de propagação de chamas a nível de cabo
A norma IEC 60332-1 submete um único condutor isolado vertical ou um cabo a uma chama pré-misturada de um quilowatt durante um período definido e exige que a queima não se estenda além de uma distância especificada do queimador. A norma IEC 60332-2 aplica uma chama menor a condutores pequenos. A norma IEC 60332-3 é o teste de cabo agrupado severo realizado em uma câmara de três metros de altura com um queimador de fita que fornece cerca de 20 quilowatts, além de ar forçado, classificando o cabo em categorias que refletem o volume de material não metálico por metro – a categoria A F-R e A representa as cargas de combustível mais elevadas, passando pela B, C e D para aglomerações cada vez menores.
Na União Europeia, o Regulamento relativo aos Produtos de Construção introduziu o sistema Euroclass para cabos através da norma EN 50575 e do método de ensaio EN 50399, classificando os cabos de Aca a Fca com classificações adicionais para produção de fumo, acidez e gotículas inflamáveis. A obtenção dos níveis Euroclass mais elevados requer baixa liberação de calor e baixa propagação de chamas, medidas em um equipamento de grande escala, e este foi um fator importante na adoção do LSZH em toda a Europa.
Integridade do circuito e sobrevivência a incêndios
Alguns cabos devem continuar a funcionar durante um incêndio - iluminação de emergência, circuitos de alarme de incêndio, ventiladores de extração de fumo, controle de elevadores. A integridade do circuito é avaliada por meio de testes como o IEC 60331, no qual o cabo é submetido a uma chama enquanto está energizado e deve manter a continuidade do circuito por um período definido, normalmente 30, 90 ou 120 minutos. Esses cabos utilizam barreiras de fita de mica, compostos de borracha de silicone ceramificável ou poliolefinas ceramificáveis que se transformam em uma casca cerâmica auto-sustentável, em vez de simplesmente resistir à ignição. A elaboração de formulações ceramificáveis é uma disciplina especializada que requer uma dispersão cuidadosa de mica, wollastonita e frita de vidro de baixo ponto de fusão em altas cargas.
Normas nacionais chinesas
O sistema de normas GB da China reflete de forma muito próxima o quadro da IEC em relação à inflamabilidade de cabos. O GB/T 18380 corresponde à a série IEC 60332 para propagação de chamas em cabos individuais e agrupados. O GB/T 17651 corresponde à IEC 61034 para a densidade de fumaça no cubo de três metros. O GB/T 17650 corresponde à IEC 60754 para gás ácido halogenado. O GB/T 19216 corresponde à IEC 60331 para a integridade do circuito. A norma GB/T 2406 abrange a determinação do índice de oxigênio. Os exportadores que atendem a ambos os mercados geralmente descobrem que uma formulação validada para o conjunto IEC atenderá aos requisitos correspondentes da GB/T, mas a certificação ainda deve ser obtida separadamente e o esquema de certificação obrigatória CCC se aplica a muitas categorias de cabos vendidos na China.
| Padrão | Âmbito | Nível de amostra | Critério de passagem típico | Equivalente chinês |
|---|---|---|---|---|
| ASTM D2863 / ISO 4589 | Índice de oxigenação limitado | Barra de material moldado | LOI superior a 26-32 %, conforme especificado | GB/T 2406 |
| UL 94 V-0 | Classificação de queima vertical | Barras moldadas com a espessura especificada | Após a chama ≤10 s cada, ≤50 s no total, sem pingos de chama | Método equivalente ao GB/T 2408 |
| UL 94 VW-1 | Trial de chama com fio vertical | Fio isolado acabado | Automatic extinção em 60 s, bandeira e algodão não inflamados | Referenciado nas especificações de cabos GB |
| IEC 60332-1 | Espalhamento de chamas de cabo vertical único | Cabo finalizado único | Char dentro da distância definida do queimador | GB/T 18380.11-13 |
| IEC 60332-3 | Espalhamento de chamas de cabo vertical em aglomeração | Aglomeração de cabos em uma câmara de 3 m | Altura da chama inferior a 2,5 m; categoria A F-R, A, B, C, D | GB/T 18380.31-36 |
| IEC 61034 | Densidade de fumaça, cubo de três metros | Aglomeração de cabos | Transmissão de luz não inferior a 60 % | GB/T 17651 |
| IEC 60754-1 | Quantidade de gás ácido halogenado | Amostra composta | Equivalente de HCl não superior a 0,5 % em massa | GB/T 17650.1 |
| IEC 60754-2 | pH e condutividade de gases | Amostra composta | pH não inferior a 4,3, condutividade não superior a 10 µS/mm | GB/T 17650.2 |
| IEC 60331 | Integridade do circuito sob fogo | Cabo final energizado | Contínuidade mantida por 30, 90 ou 120 minutos | GB/T 19216 |
| EN 50399 / EN 50575 | Reação da Euroclass ao fogo | Balde de cabos, plataforma de grande escala | Classe Aca a Fca mais s, a, d sub-ratings | Não é diretamente equivalente |
| RoHS e REACH | Substâncias restritas | Composição de compostos | Limites de Pb, Cd, Hg, Cr(VI), PBB, PBDE e ftalatos | GB/T 26572 e relacionados |
Arquitetura de formulação de masterbatch e projeto de let-down
Um masterbatch retardador de chamas para cabos é um sistema, não um único ingrediente, e uma formulação robusta geralmente contém seis ou sete grupos funcionais cujas interações devem ser todas validadas. Projetar a arquitetura adequadamente é o que separa um concentrado que funciona na linha do cliente de um que parece correto no papel e falha na produção.
Os blocos funcionais
- Retardante de chama primário na fração mais elevada: sistema de polifosfato de amónio, estere de fosfato, bromado aromático ou hidróxido de metal.
- Sinergista para multiplicar a eficácia do primário: trióxido de antimónio para bromo, borato de zinco ou silicone para hidróxido metálico, derivado de melamina para fósforo.
- Agente de ligação para ligar o enchimento ao polímero: silano vinílico ou amino na superfície do enchimento, ou poliolefina com anidride maleica graftada na fase do polímero, em quantidades entre 3 e 8 por cento.
- Dispersão de lubrificante e assistência: cera de polietileno, cera de polietileno oxidada, estearato de cálcio ou de zinco, ou etileno bis-stearamida, tipicamente de 0,5 a 2,0 phr, para reduzir a viscosidade e proteger a linha de mistura do desgaste abrasivo. O lubrificante deve ser escolhido de forma a não reduzir de forma significativa o índice de oxigênio limite – uma cera de hidrocarbonetos é um combustível adicional.
- Pacote antioxidante: 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.
- Agente anti-gotejamento, quando necessário: o pó de PTFE em 0,2 a 0,5 por cento forma uma rede fibrilar que impede gotejos inflamáveis, o que muitas vezes é a diferença entre V-2 e V-0.
- Sistema de cores e estabilizador UV: preto de carbono para jaquetas para exteriores ou um sistema de pigmentos adequado ao código de cores do cabo, além de estabilizadores de luz de aminas impedidas para cabos expostos. Observe que os estabilizadores de aminas impedidas podem ser desativados por espécies ácidas provenientes de retardantes halogenados, portanto, são necessários tipos resistentes à acidez.
Concentração e aritmética de descida
A concentração de masterbatch alcançável está limitada pelo que o portador pode suportar, mantendo-se peliculável e dispersível. Para sistemas bromados, 60 a 75 por cento de ativos totais em um porta-aderente de poliolefina é algo comum. Para os hidróxidos metálicos, os concentrados acima de cerca de 75 por cento tornam-se extremamente difíceis de pelotizar e dispersar na extrusora de um único eixo do cliente, e uma vez que a carga final alvo é de 60 a 65 por cento, a taxa de descida teria de ser de cerca de 85 por cento – ponto em que produzir um composto totalmente formulado é simplesmente uma melhor engenharia.
A regra prática é simples: se a carga final ativa exigida excede aproximadamente 25 a 30 por cento, forneça um composto totalmente formulado em vez de um concentrado. Abaixo desse limite, um concentrado oferece verdadeiras vantagens logísticas e de inventário. É exatamente por isso que a indústria de cabos compra concentrados de retardantes de chama bromados, mas compra LSZH como composto.
| Formato do produto | Concentração ativa | Rácio de descida | Adoção final no composto | Classificação típica de resistência |
|---|---|---|---|---|
| Concentrado bromado para revestimento de PE | 65–72 % (Br FR mais Sb2O3) | 20–28 % | 14–19 % | UL 94 V-0, IEC 60332-1 |
| Concentrado bromado para PP | 60–70 % | 22–30 % | 15–20 % | UL 94 V-0 a 1,6 mm |
| Concentrado intumescente para poliolefinas | 55–65 % sistema APP | 38–48 % | 22–28 % | UL 94 V-0, sem halogênio |
| Composto totalmente formulado de LSZH | 60–65 % ATH ou MDH | Utilizado a 100 % | 60–65 % | IEC 60332-3, 61034, 60754 |
| Concentrado supressor de fumaça para PVC | 50–60 % de molibdato e borato de zinco | 6–12 % | 3–7 % | PVC com fumaça reduzida |
| Concentrado de sinergista de silicone | 40–50% de goma de silicone | 2–5 % | 1–2.5 % | Redução do enchimento, menor COF da jaqueta |
| Concentrado anti-gotejamento | 10–20 % de micropolvo de PTFE | 1.5–3 % | 0.2–0.5 % | Atualização do V-2 para V-0 |
Armadilhas de interação para validação
Vários antagonismos bem documentados merecem uma verificação explícita durante o desenvolvimento. Os estabilizadores de luz de amina inibidos são básicos e podem ser desactivados por espécies halogenadas ácidas e por compostos de fósforo ácidos, pelo que é necessário selecionar graus tolerantes ao ácido. O trióxido de antimónio interage com certos pigmentos e pode alterar a cor. O polifosfato de amónio é incompatível com preenchimentos básicos, como o carbonato de cálcio, que neutralizam a fonte de ácido e destroem a intumescência. Os hidróxidos metálicos são alcalinos e podem acelerar a hidrólise do TPU baseado em poliéster. Os sistemas de reticulagem por peróxido são inibidos por captadores de radicais, que incluem muitos antioxidantes e alguns retardadores de chama, pelo que um composto projetado para uso termoplástico não se transferirá simplesmente para uma aplicação de XLPE curada com peróxido. Cada um destes causou falhas caras no campo e cada um é barato de detectar em um ensaio em escala de laboratório.
Compósito de dois parafusos de masterbatch de cabo altamente preenchido
O composto de um cabo sem halogênio com 60 a 65% de material mineral é uma das tarefas mais exigentes que um extrusor de dois parafusos realiza, e os erros de especificação da máquina feitos na compra não podem ser corrigidos posteriormente. Três constrangimentos definem o problema: a fração de volume do enchimento é tão alta que a alimentação se torna o gargalo de produção, o limite de temperatura do fundido imposto pela decomposição do ATH está muito abaixo da prática normal com poliolefinas, e o enchimento é abrasivo o suficiente para consumir rapidamente parafusos nitridados convencionais.
Arquitetura de alimentação: o verdadeiro gargalo
Com 62% de ATH, o mineral representa aproximadamente 40% do volume, e o pó de ATH não tratado tem densidade volumétrica entre 300 e 600 kg/m³, dependendo da qualidade, com uma grande quantidade de ar entranhado. Tentar alimentar todo esse material através do portão principal, juntamente com o polímero, é impossível: o extrusor fica limitado pela alimentação muito antes de ficar limitado pelo torque, e o ar entranhado volta para fora da garganta de alimentação, levando pó e desestabilizando a alimentação.
A solução estabelecida nas linhas da série KTE da Kerke é a alimentação lateral dividida. O polímero, o agente de ligação e os aditivos entram na câmara principal através de alimentadores de perda de peso. O enchimento mineral é dividido entre dois alimentadores laterais de parafuso gêmeo, sendo o primeiro posicionado após a zona de fusão inicial, a aproximadamente 14 a 18 L/D, e o segundo a aproximadamente 26 a 30 L/D. Dividir o enchimento aproximadamente 60:40 ou 50:50 entre as duas posições evita sobrecarregar a fusão em qualquer ponto único, mantém a viscosidade local e o aquecimento por cisalhamento sob controle e permite uma produção total consideravelmente maior do que a adição em um único ponto.
Cada alimentador lateral deve estar equipado com uma válvula de ventilação atmosférica imediatamente acima, de modo que o ar incorporado escape, em vez de ser forçado para a fusão. Para graus de ATH muito finos, abaixo de cerca de 1,5 micrómetros de tamanho médio, é necessário um alimentador crammer ou um alimentador lateral compactador para superar a baixa fluidez e o alto teor de ar. A alimentação gravimétrica por perda de peso é obrigatória, em vez de volumétrica, porque a classificação da chama depende de atingir o objetivo de carga de forma consistente e os alimentadores volumétricos se deslocam à medida que a densidade aparente varia com a umidade e o nível de enchimento.
Princípios de configuração de parafusos
O objetivo do projeto do parafuso é a completa umectação e distribuição do mineral com a menor entrada de energia de cisalhamento possível. Isto difere de um composto de fibra de vidro, onde o objetivo é a preservação da extensão das fibras, e de um concentrado de pigmentos, onde o objetivo é a ruptura dos agregados. Recomendações específicas:
- Comprimento total de 44 a 52 L/D. O comprimento extra em comparação com uma máquina 40 L/D de uso geral é necessário para acomodar duas posições de alimentação lateral, duas aberturas de vácuo e uma adequada mistura distribuída entre elas, sem aumentar a intensidade de corte.
- Derreta o polímero completamente antes da primeira adição de enchimento. Uma curta seção de amassamento, utilizando blocos em ângulo de 45 graus e com uma relação de 10 a 14 L/D, consegue isso. A adição de um agente de enchimento a um polímero não fundido produz aglomerados que nunca se dispersam.
- Utilize uma mistura de intensidade moderada após cada adição de enchimento. As combinações de discos de amassamento estreitos e elementos distribuidores dentes ou ranhuras molham a superfície do enchimento sem gerar os picos de cisalhamento que elevam a temperatura da mistura local acima do limite de decomposição do ATH. Evite blocos longos de elementos neutros ou invertidos de 90 graus, que criam pontos de alta fricção.
- Inclua selos de fusão apenas quando funcionalmente necessário, à frente das aberturas de vácuo, e mantenha-as curtas. Cada elemento de reversão é um pico local de temperatura.
- Forneça um generoso volume livre nos elementos de transporte entre as zonas de mistura. Elementos de voo profundo e alto volume livre são essenciais para manipular o grande volume de enchimento de baixa densidade.
- Dois orifícios de vácuo, um a aproximadamente 32 L/D e outro próximo a 42 L/D, operando a 0,05 a 0,09 MPa absoluto, remove a umidade transportada pelo enchimento higroscópico e quaisquer compostos voláteis resultantes da reação do agente de ligação. A umidade residual em um composto de cabos é inaceitável porque produz vácuos que reduzem a resistência dielétrica.
- Mantenha a velocidade do parafuso moderada, tipicamente entre 250 e 400 rpm, e aceitar que este composto não funcionará a 600 rpm, a velocidade utilizada para poliolefinas levemente preenchidas. A velocidade da ponta gera aquecimento por cisalhamento, e o limite superior da temperatura do fundido é o constrangimento de ligação.
Controle térmico: a disciplina definidora
Para compostos com enchimento ATH, cada zona de barril, a partir da primeira adição de enchimento, deve ser configurada para fornecer uma temperatura de fusão entre 165 e 185 °C, com um teto absoluto de cerca de 190 °C. Os pontos de configuração dos barris geralmente estão entre 20 e 30 °C abaixo da temperatura de fusão desejada nas zonas de enchimento elevado, porque a dissipação viscosa, e não a condução, é a fonte de calor predominante. O resfriamento eficaz dos barris com um fluxo adequado de água e canais de resfriamento devidamente dimensionados não é opcional. Medir a temperatura de fusão com uma sonda de imersão no adaptador da matriz, e não com um sensor montado na parede, que lê a temperatura da parede do barril em vez da temperatura de fusão e pode subestimar em 10 a 20 °C.
Para compostos preenchidos com MDH, o limite máximo sobe para cerca de 250 a 270 °C, o que alivia consideravelmente a restrição e é uma das razões práticas para aceitar o custo relativo mais alto do MDH quando a matriz exige uma temperatura de processamento mais elevada.
| Parâmetro do processo | LSZH 62% ATH em EVA/POE | Concentrado de FR bromado sobre PE | Sistema APP intumescente em PP | Composição de cabo de PVC FR |
|---|---|---|---|---|
| L/D recomendado | 44–52 | 40–44 | 40–48 | 32–40 |
| Garganta inflamada | Refrigerado a água, 25–40 °C | Refrigerado por água, 30–45 °C | Refrigerado por água, 30–45 °C | Refrigerado a água, 30–40 °C |
| Temperatura do tambor da zona de fusão | 150–170 °C | 170–190 °C | 190–210 °C | 150–170 °C |
| Temperatura do tanque de mistura | 145–165 °C | 165–185 °C | 185–205 °C | 155–172 °C |
| Temperatura da zona de moldagem | 150–168 °C | 170–188 °C | 190–205 °C | 160–175 °C |
| Temperatura de fusão alvo | 165–185 °C, limite superior de 190 °C | 185–205 °C | 205–225 °C | 170–190 °C, teto 205 °C |
| Velocidade da rosca | 250–400 rpm | 300–500 rpm | 300–450 rpm | 150–300 rpm |
| Entrada específica de energia | 0,19–0,26 kWh/kg | 0,16–0,22 kWh/kg | 0,18–0,24 kWh/kg | 0,13–0,19 kWh/kg |
| Nível de vácuo | 0,05–0,09 MPa abs, dois orifícios | 0,06–0,09 MPa abs, um válvula de descarga | 0,05–0,08 MPa abs, dois orifícios de escape | 0,07–0,09 MPa abs |
| Alimentação do enchimento | Dividir dois alimentadores laterais | Alimentador de lado único | Alimentador lateral simples ou dividido | Mistura seca pré-misturada |
| Método de pelletização | Anel de água ou face de matriz submersa | Fio de alimentação refrigerado a água | Fronte de laminação ou face da matriz refrigerada a água | Face de fundição quente, refrigerada por ar |
| Metalurgia de barris e parafusos | Forro bimetálico, elementos resistentes ao desgaste | Bimetálico ou nitrido | Bimaterial, resistente à corrosão | Superfície resistente à corrosão |
Gestão de equipamentos e especificações da máquina
O trióxido de alumínio tem uma dureza de Mohs de cerca de 2,5 a 3,5, o que parece moderado, mas com uma fração volumétrica de 40% e partículas submicroscópicas transportadas a alta pressão através dos aterros de voo, a abrasão acumulada é severa. Kerke especifica revestimentos de tambor bimetálicos com sobreposições de liga dura para o trabalho de compósito de cabos, juntamente com elementos de parafuso de alta resistência ao desgaste nas zonas de amassamento onde a pressão de contato se concentra. Como as máquinas da série KTE utilizam tambores segmentados e eixos de parafuso com ranhuras e elementos individuais substituíveis, uma seção de mistura desgastada pode ser renovada sem substituir todo o parafuso ou o tambor – uma vantagem significativa quando se executam formulações de LSZH abrasivas de forma contínua.
A capacidade de torque também é importante. Um composto altamente enchecido a uma temperatura de fusão reduzida é viscoso, e a máquina deve fornecer a saída especificada sem atingir o limite de torque. Os projetos de caixa de engrenagens de alto torque com torque específico elevado por diâmetro cúbico permitem que o mesmo diâmetro de parafuso processa mais material enchecido, o que é a razão pela qual os compostos de cabos geralmente especificam configurações de alto torque em vez de configurações padrão.
Baixo curso e pelotização
O LSZH altamente encharcado tem baixa resistência ao derretimento, por isso a pelotização de fios refrigerados com água é muitas vezes imprecisa - os fios caem e se rompem. A corte de faces com anel de água ou a granulação subaquática oferece uma estabilidade muito melhor, produz um grânulo uniforme em forma de lente ou esférico que se alimenta bem na extrusora de cabos e evita o caminho de fios estendido, onde ocorre a quebra. A gama de sistemas de corte da Kerke abrange fio refrigerado a água, fio refrigerado a ar, face de matriz refrigerada a ar, face de matriz com anel de água, granulação submersa com água e vapor e granulação completa submersa, permitindo que a rota de pelotização seja adequada ao composto em vez de o contrário. Em seguida, uma desidratação e secagem rigorosas são essenciais, pois o enchimento higroscópico levará a umidade para a linha do cabo.
Para cargas de preenchimento muito altas ou combinações sensíveis ao calor, o sistema KTE-SE de dois estágios mãe-bebê oferece uma alternativa valiosa: o primeiro estágio, com dois parafusos co-rotativos, realiza a mistura e a devolatilização a baixa pressão, e o segundo estágio, com um parafuso único, gera a pressão necessária para a formação de pellets a uma temperatura de fusão mais baixa. Esta descolagem é muitas vezes a forma mais limpa de manter um composto ATH abaixo do seu limite de decomposição, enquanto ainda gera uma pressão adequada.
Guia de seleção por tipo de cabo e ambiente de instalação
O sistema de retardamento de chamas adequado depende do ambiente de instalação e da especificação aplicável, e não de uma preferência geral por uma química em detrimento de outra. A seguinte orientação relaciona as categorias comuns de cabos a sistemas adequados.
Fios de construção e instalação geral de baixa tensão
Para fios de construção convencionais instalados em canos em edifícios residenciais e comerciais leves, o PVC flexível com um pacote de borato de antimónio e zinco continua a ser a solução dominante e adequada. Atende confortavelmente à IEC 60332-1, custa menos do que as alternativas e o perfil de risco de incêndio da instalação de canos dispersos é diferente do de um riser concentrado. Quando as regulamentações locais de construção adotaram requisitos de classe Euro mais altos ou quando a instalação é um edifício público de reuniões, o LSZH torna-se obrigatório.
Centros de dados, telecomunicações e espaços plenum
Estes ambientes combinam uma densidade de cabos muito elevada, circulação de ar forçada que distribui rapidamente o fumo e equipamentos eletrônicos de grande valor que são destruídos por gases corrosivos. O LSZH é efetivamente obrigatório, e as especificações geralmente exigem a categoria B da norma IEC 60332-3 ou superior, transmissão de luz acima de 60% de acordo com a norma IEC 61034, confirmação sem halogênio de acordo com a norma IEC 60754 e, cada vez mais, uma classificação Euroclass Cca ou B2ca na Europa. Na América do Norte, os cabos classificados como plenum historicamente utilizavam isolamento de fluoropolímero por suas características intrínsecas de baixo fumo e de baixo fogo, o que é uma solução válida, embora diferente.
Ferrovia, metrô e túneis
O transporte subterrâneo impõe a combinação mais rigorosa de requisitos: espaços confinados longos com rotas de fuga limitadas, alta densidade de passageiros e cabos que devem continuar funcionando durante uma evacuação. Espera-se o LSZH como padrão, requisitos de integridade do circuito de acordo com a IEC 60331 para circuitos de segurança, limites de índice de toxicidade e requisitos mecânicos para vibração e resistência ao óleo. Construções cerâmicas de silicone ou revestidas com mica lidam com os circuitos de sobrevivência a incêndio, enquanto compostos de EVA repletos de ATH lidam com o revestimento geral.
Marítimo, offshore e defesa
A resistência à corrosão por sal e névoa, à exposição à lama e a hidrocarbonetos, e os rigorosos limites de fumaça e toxicidade caracterizam este segmento. O produto sem halogênio é padrão. Os casacos de TPU com retardadores de chama à base de fósforo são utilizados quando a abrasão e a resistência ao óleo são predominantes; o poliolefina preenchida com ATH ou MDH serve para o revestimento geral. Observe que o dióxido de magnésio é frequentemente preferido ao ATH nessas aplicações devido à melhor resistência à água e à maior latitude de temperatura de processamento.
Instalação fotovoltaica e exterior
O cabo solar está exposto a exposição contínua a radiação ultravioleta, a variações de temperatura amplas e a uma vida útil de projeto de 25 anos. O poliolefina reticulada com negro de carbono, um pacote eficaz de estabilizadores de luz de amina impedida e um retardante de chama estável à radiação UV, como o etileno bis-tetrabromoftalimida ou um sistema mineral livre de halogênio, são exemplos típicos. Os testes de resistência ao ozônio e à intempérie complementam os requisitos de inflamabilidade.
Automóveis e veículos elétricos
O cabotamento de veículos elétricos de alta tensão levou ao rápido crescimento de compostos especializados retardadores de chamas. Os requisitos incluem construção livre de halogênio, resistência a refrigerantes de baterias e fluidos automotivos, operação a 125 °C ou mais para alguns circuitos, extrusão de paredes finas por razões de peso e embalagem e limites muito rigorosos de compostos orgânicos voláteis e formação de névoa para aplicações internas. Os compostos de poliolefina sem halogênio reticulados e os compostos TPU especializados dominam, e o requisito de paredes finas torna os sistemas intumescentes atraentes, pois a menor carga preserva a flexibilidade necessária para roteamento apertado.
Resolução de problemas na produção de compostos de cabos retardadores de chamas
Os problemas na compilação de cabos retardadores de chama ocorrem em padrões previsíveis e a maioria deles pode ser atribuída a uma de quatro causas principais: temperatura de fusão superior ao limite de decomposição do enchimento, umidade, dispersão inadequada ou antagonismo dos aditivos. A tabela abaixo relaciona os sintomas às causas e aos remédios.
| Sintoma | Causa provável | Verificação de diagnóstico | Ação corretiva |
|---|---|---|---|
| Fios espumosos ou porosos | Desidratação ATH devido à temperatura de fusão excessiva | Temperatura de fusão da sonda de imersão; TGA de pellets | Reduza os pontos de referência do tanque, diminua a velocidade da roda, suavize os blocos de amassamento e melhore o resfriamento do tanque |
| Vazios e furos em isolamento extrudado | Umidade residual do enchimento higroscópico | Umidade Karl Fischer nos pellets; verificação da integridade do vácuo | Restabelecer o vácuo completo em ambos os orifícios de ventilação, preencher o recipiente com secante, selar o embalagem e adicionar secante antes da linha de cabos |
| Falha no UL 94 V-0, apesar da formulação correta | Pobre dispersão, deixando domínios ricos em polímero | Seção do microtomo sob um microscópio óptico; uniformidade do teor de cinzas entre as amostras | Adicione elementos distribuitivos após cada alimentação lateral, verifique a precisão da alimentação de enchimento e verifique se há oscilações no alimentador |
| Flamingos pingando, causando um V-2 em vez de um V-0 | Não há agente anti-gotejamento ou força de fusão insuficiente | Observe o comportamento de gotejamento durante o teste | Adicione pó de PTFE a 0,2–0,5 %, considerando a reticulação ou uma resina de base de maior peso molecular |
| Elongação inferior à especificação | Má adesão do preenchimento ao polímero em cargas elevadas | SEM da superfície de fratura por tração para a retirada do enchimento | Adicione o tratamento com silano ou o poliolefina enxertada com ácido maleico, aumente o teor de acetato de vinilo da EVA e misture o POE |
| Superfície da jaqueta áspera ou granulada | Fração de enchimento grosso ou aglomerados | Trial de aumento da pressão do pacote de tela; resíduo do peneira sobre o enchimento | Troque para uma distribuição de tamanho de partículas mais fina ou mais estreita, adicione um trocador de tela, fortaleça a mistura dispersiva |
| Descoloração e amarelamento combinados | Degradação térmica, esgotamento de antioxidantes ou catálise por cobre | Trial de envelhecimento em forno; verificação do nível de antioxidantes por extração | Aumentar o conteúdo de antioxidantes, adicionar um desactivador de metais, reduzir o tempo de permanência e a temperatura de fusão |
| Falha no teste de halogeno em composto nominalmente LSZH | Contaminação cruzada ou ingrediente secundário halogenado | Cromatografia iônica dos produtos de combustão; auditoria de todas as matérias-primas | Linha LSZH dedicada ou protocolo de purga rigoroso, substituir o auxílio de processamento halogenado ou o pigmento |
| O composto intumescente falha após imersão em água | Lixiviação de polifosfato de amónio | Perdida de peso e LOI após 7 dias de imersão | Troque para o APP microencapsulado, adicione o tratamento com silano e hibrideze com o hidróxido metálico |
| O limite de torque foi atingido abaixo da saída almejada | A viscosidade é demasiado alta à temperatura de fusão baixa exigida | Compare o percentual de torque em relação à curva de saída | Otimize o pacote de lubrificantes, utilize um enchimento revestido em ácidos graxos, especifique uma caixa de velocidades de alto torque e considere um sistema de dois estágios |
| A garganta do alimentador está em ebulição e o pó está a sair para trás | Entremistura de ar proveniente de um enchimento de baixa densidade volumétrica | Observe a ventilação do alimentador lateral; verifique a estabilidade do fluxo de massa do alimentador | Adicione uma válvula atmosférica acima do alimentador lateral, utilize um alimentador lateral compactador ou crammer e adicione um aditivo de enchimento dividido |
| Rápido desgaste da porca e do tambor | Preenchimento abrasivo com metalurgia ou lubrificação inadequadas | Medir a espaçamento radial a intervalos; monitorar a variação da saída em configurações fixas | Especifique revestimentos bimetálicos e elementos resistentes ao desgaste, aumente o lubrificante e reduza a intensidade do corte |
| A resistência de isolamento diminui após envelhecimento umido | Superfície de enchimento hidrofílico não tratada, absorção de água | Resistência de isolamento antes e depois do condicionamento de umidade | Utilize um enchimento tratado com silano, melhore a adesão, verifique a completa devolatilização |
Perguntas Frequentes
Posso simplesmente adicionar um masterbatch retardante de chamas a um composto de cabo existente para melhorar a sua classificação?
Raramente sem reformulação. A adição de um concentrado dilui tudo o resto no composto, incluindo o plastificante, o antioxidante, a cor e qualquer enchimento existente, o que altera as propriedades mecânicas e de envelhecimento. Também altera a viscosidade e pode exigir alterações nos parâmetros de extrusão. A abordagem correta é redesenhar toda a formulação, incluindo o retardante de chama desde o início, e depois validar as propriedades mecânicas, elétricas, de envelhecimento e inflamabilidade como um conjunto. Tratar a retardância de chama como um componente adicional quase sempre produz um composto que passa no teste de queima e falha em alguma outra coisa.
Por que meu composto passa na UL 94 V-0, mas falha na IEC 60332-3?
Porque medem coisas fundamentalmente diferentes. O UL 94 V-0 é um teste de material em pequena escala em uma barra moldada com uma pequena fonte de ignição. O IEC 60332-3 queima um fio de cabos acabados em uma câmara de três metros com um queimador de fita de cerca de 20 quilowatts e fluxo de ar forçado, com muito mais combustível e um efeito de chaminé que impulsiona a propagação. Aconselhamos que o teste do material seja realizado, mas não é suficiente. O desempenho do cabo também depende da sua construção: materiais de revestimento, fios de enchimento, camadas de fita, tamanho do condutor e o volume total de material não metálico por metro contribuem para o desempenho.
Quanto a carga de enchimento elevado reduz a taxa de mistura?
Em termos substanciais, embora o número exato dependa da máquina. Um composto LSZH com 62% de ATH normalmente atinge uma fração da produção que a mesma extrusora de dois parafusos alcançaria em um poliolefina não preenchida, porque a máquina fica limitada pela capacidade de alimentação do preenchimento de baixa densidade volumétrica e pelo limite de temperatura do fundido que limita a entrada de energia de corte permitida. A alimentação lateral dividida, as caixas de engrenagens de alto torque, o generoso volume livre no projeto do parafuso e um pacote de lubrificantes otimizado são as quatro alavancas que recuperam a maior capacidade de produção.
É sempre mais seguro o produto sem halogéneo do que o halogenado?
O sistema sem halogênio é claramente melhor em termos de obscurecimento do fumo, corrosividade de gases ácidos e sobrevivência do equipamento, razão pela qual é obrigatório em espaços públicos confinados. No entanto, os sistemas halogenados podem alcançar uma maior resistência ao fogo com uma carga mais baixa, e um composto sem halogênio que foi impulsionado para uma carga de enchimento marginal, a fim de preservar as propriedades mecânicas, pode estar mais próximo do seu limite de desempenho. A abordagem correta é especificar o cenário de incêndio e os resultados de teste exigidos, e, em seguida, selecionar a química que os atende com margem adequada. Em instalações ao ar livre abertas, onde a dispersão do fumo não é uma preocupação, os sistemas halogenados continuam a ser tecnicamente adequados.
O que causa o colapso da alongamento nos compostos de LSZH e como é corrigido?
No interval de 60 a 65 por cento de carga mineral, o polímero torna-se uma fase minoritária e as partículas de enchimento atuam como concentradores de tensão, com uma adesão interfacial fraca, de modo que as rachaduras iniciam-se nas superfícies das partículas em baixas deformações. Os corretivos funcionam reforçando essa interface e amolecendo a fase polimérica: tratamento da superfície com silano ou ácido gordo, poliolefina com anelamento de anhídrido maleico como agente de ligação polimérico, maior conteúdo de acetato de vinila na EVA para melhor humedecimento, mistura de elastômero POE para mobilidade da cadeia e distribuição de tamanho de partículas bimodal para melhor eficiência de compactação. Aplicados juntos, estes corretivos normalmente elevam o alongamento de 100 para 150 a 250 por cento.
Os compostos de cabos retardadores de chamas podem ser reciclados?
Os compostos mineralizados sem halogênio são os mais recicláveis das famílias de retardadores de chama, porque o enchimento é térmicamente estável e quimicamente inerte; os resíduos de produção podem geralmente ser reciclados e reintroduzidos em quantidades compreendidas entre 10 e 20%, com uma modesta perda de propriedades, desde que o material não tenha sido degradado térmicamente. Os compostos reticulados não podem ser fundidos novamente e são limitados ao uso como enchimento. Os compostos halogenados enfrentam restrições regulamentares sobre o reciclamento em algumas jurisdições devido ao controle de substâncias bromadas. Dentro do grupo Wanplas, a Polyretec fornece sistemas de lavagem e reciclagem para a recuperação de plástico de cabos e fios, enquanto a Kerke fornece as linhas de peletização com dois eixos utilizadas para re-compuser o material recuperado.
Qual sistema antioxidante deve utilizar um composto de cabos retardadores de chama?
Uma combinação de um antioxidante primário fenólico impedido com um fosfito ou tioéster secundário é padrão, dimensionada tanto para a história de aquecimento da mistura quanto para a exigência de envelhecimento térmico a longo prazo à temperatura nominal do cabo. Compostos em contato direto com condutores de cobre devem incluir um desactivador metálico, pois os íons de cobre catalisam a decomposição do hidroperóxido e aceleram dramaticamente a oxidação dos poliolefinos. Esteja ciente de que espécies ácidas provenientes de retardadores de chama halogenados e de compostos ácidos de fósforo podem desativar os estabilizadores básicos de luz com aminas impedidas, por isso são necessárias as versões tolerantes ao ácido nesses sistemas.
Como decido entre um composto totalmente formulado e um concentrado?
Utilize a carga ativa final como critério decisivo. Se a carga necessária está abaixo de aproximadamente 25 a 30 por cento, um concentrado é prático e oferece vantagens de estoque e logística, permitindo que o fabricante de cabos ajuste a cor e a resina de base localmente. Se a carga necessária exceder o necessário, como sempre acontece com os sistemas de hidróxido de metal, forneça um composto totalmente formulado. Tentar atingir 62 por cento de ATH, deixando cair um concentrado de 78 por cento, deixa quase nenhum espaço para a resina base e produz uma dispersão pobre na máquina de um único parafuso do extrusor de cabos.
Qual é o papel do silicone em compostos de cabos sem halogênio?
O silicone desempenha três funções simultaneamente. Como sinergista retardante de chamas, ele migra para a superfície durante a queima e forma uma camada cerâmica rica em sílica que reforça o resíduo mineral, permitindo que a carga de enchimento seja reduzida em vários pontos percentuais, mantendo o mesmo índice de classificação. Como auxílio à processamento, a goma de silicone de alto peso molecular reduz a viscosidade do derretimento e a pressão no molde em um composto altamente repleto, recuperando a taxa de produção. Como modificador de superfície, reduz o coeficiente de frição do revestimento, o que diminui a tensão de tração necessária para instalar longas extensões de cabos através de canos. Seu custo relativo é alto, mas o benefício combinado em três funções frequentemente justifica isso.
Qual o tamanho do extrusor de dois parafusos que devo especificar para a produção de composto de cabos LSZH?
Dimensionar a máquina para a produção exigida com o rendimento reduzido imposto por um composto com mais de 60% de preenchimento, não com a capacidade nominal da máquina para poliolefina não preenchida, e especificar uma configuração de alta torque com L/D adequado para duas posições de alimentação lateral e dois orifícios de vácuo. Na prática, a maioria das linhas comerciais de LSZH utiliza diâmetros de parafusos na faixa de 65 a 95 mm para produção de volumes médios e maiores para plantas dedicadas de alto volume. A prática da Kerke é validar a formulação em um extrusor duplo de parafusos de escala laboratorial para estabelecer a entrada de energia específica, o perfil de temperatura do derretimento e a demanda de torque, e depois escalar a máquina de produção a partir de dados medidos, em vez de regras genéricas.
Conclusão
O masterbatch retardante de chama para plásticos de cabos e fios é um problema de engenharia de sistemas em que a química, a mecânica, o desempenho elétrico e o processamento se influenciam mutuamente. A matriz polimérica define o limite de temperatura de processamento e, portanto, decide se o trióxido de alumínio ou o dióxido de magnésio são viáveis. O ambiente de instalação define os requisitos de fumaça e gás ácido e, portanto, decide se a química halogenada é permitida em absoluto. A carga necessária resulta do mecanismo – remoção de radicais catalíticos em 12 a 20 por cento, formação de carvão intumescente em 22 a 28 por cento, resfriamento mineral endotérmico em 60 a 65 por cento – e essa carga, por sua vez, determina se o produto é entregue como um concentrado ou como um composto totalmente formulado, e o quanto a linha de compósitos terá que trabalhar.
A disciplina prática é consistente em todos os quatro sistemas. Verifique contra o teste regulamentar real, e não contra um proxy: UL 94 e índice de oxigênio limitado para triagem, IEC 60332, IEC 61034 e IEC 60754 para conformidade, IEC 60331 quando a integridade do circuito é necessária, e os métodos GB/T correspondentes para o mercado chinês. Projete a formulação como um todo, incluindo agente de acoplamento, lubrificante, antioxidante, desactivador de metais e agente anti-gotejamento, e teste para antagonismo antes da escalação. No lado da produção, respeite o teto de temperatura do derretimento de forma absoluta, divida a alimentação do enchimento, forneça duas aberturas de vácuo, use mistura distribuitiva em vez de mistura dispersiva agressiva e especifique metalurgia resistente ao desgaste desde o início, em vez de depois que o primeiro conjunto de parafusos for consumido.
A Kerke, uma fábrica da Wanplas com mais de doze anos de especialização em compósitos paralelos com eixos rotativos, lista a compoção de cabos entre suas principais indústrias de aplicação e fornece linhas da série KTE configuradas especificamente para esta tarefa – caixas de engrenagens de alto torque, conjuntos de cilindros de 44 a 52 L/D, alimentadores laterais e alimentadores de cramador para preenchimento mineral de baixa densidade, alimentação gravimétrica com perda de peso, devolatilização a vácuo em várias etapas, revestimentos de cilindros bimetálicos com segmentos substituíveis e uma gama completa de sistemas de granulação, desde a alimentação de fios refrigerados a água até a face de matriz de anel de água e granulação subaquática. As máquinas KTE de dois parafusos de laboratório apoiam o desenvolvimento de formulações e a validação de escalonamento, e o sistema KTE-SE de dois estágios lida com as formulações altamente enriquecidas mais sensíveis ao calor. Apóiado pelas normas de engenharia compartilhadas da marca Wanplas, pela política de fábrica aberta, pelo subsídio anual gratuito de peças de reposição e pela cobertura de serviços em mais de 70 países, a Kerke apoia os compostores de cabos desde os primeiros testes de formulação até a comissionamento e a otimização da produção a longo prazo. Se você está planejando um programa de composto de cabos retardadores de chamas em 2026, defina primeiro os padrões que o regem, execute um teste em escala de laboratório para medir a energia específica e a temperatura de fusão, e especifique a linha de composto em torno da carga de enchimento que realmente precisa para alcançar o resultado desejado.
