در زمینه مواد کابلی ضد شعله بدون هالوژن،هیدروکسید منیزیم (MDH)وهیدروکسید آلومینیوم (ATH)دو جریان اصلی بازدارنده شعله پرکننده هستند و انتخاب آنها مستقیماً بر درجه بازدارنده شعله، عملکرد پردازش، قابلیت اطمینان طولانی مدت و هزینه کابل تأثیر می گذارد. این مقاله بر اساس مکانیسم تجزیه حرارتی، مورفولوژی کریستال و ویژگی‌های سطحی است. این به طور سیستماتیک تفاوت های اصلی بین این دو را از نظر دمای تجزیه، بازده بازدارنده شعله، اثرات مکانیکی، عایق الکتریکی و مقاومت محیطی و همچنین سناریوهای کاربردی خاص مقایسه می کند. این یک چارچوب تصمیم گیری انتخاب علمی و استراتژی های بهینه سازی ترکیبی را فراهم می کند.
· هیدروکسید آلومینیوم (ATH، Al(OH)3):
· دمای تجزیه: پایین، در حدود 180-220 ℃، شروع تجزیه گرماگیر، با اوج در حدود 205 ℃.
· ارزش جذب حرارت: نسبتاً بالا، حدود 1050 J/g.
· معادله واکنش: 2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O2 (با آزادسازی تقریباً 34.6 درصد وزنی آب محدود).
·تاثیر: اثرات قابل توجه جذب گرما، خنک کردن و انتشار رقت بخار آب، کاربرد آن را در سیستم های پردازش در دمای بالا، مانند اتصال عرضی پراکسید، محدود می کند.
· هیدروکسید منیزیم (MDH، Mg (OH) 2):
· دمای تجزیه: نسبتاً بالا، در حدود 300-340 ℃، شروع تجزیه گرماگیر، با اوج در حدود 330 ℃.
·مقدار جذب حرارت: حدود 1300 J/g.
· فرمول واکنش: Mg(OH)2 → MgO + H2O↑ (با آزادسازی تقریباً 31.0 درصد وزنی آب محدود).
· تاثیر: پایداری حرارتی بالاتر آن را برای سیستم های مواد کابلی با دمای پردازش بالاتر مناسب می کند.
· مورفولوژی کریستال: ATH معمولاً صفحه ای نامنظم یا به شکل الماس است. MDH بیشتر کریستال های صفحه مانند شش ضلعی است. MDH دارای سختی کریستالی بالاتر و سایش نسبتاً بیشتر در تجهیزات پردازش است.
· انرژی سطحی: هر دو آبدوست هستند و سازگاری ضعیفی با پلیمرهای آبگریز دارند. اصلاح سطح (پوشش با اسید استئاریک، سیلان، تیتانات و غیره) ضروری است و اثر اصلاح کلید تعیین میزان پر شدن و عملکرد نهایی است.
|
بعد عملکرد |
هیدروکسید آلومینیوم (ATH) |
هیدروکسید منیزیم (MDH) |
الهام بخش برای برنامه های کابل |
|
سازگاری پردازش |
دمای تجزیه پایین، فقط برای سیستم هایی با دمای پردازش ≤ 200 ℃، مانند اتصال عرضی سیلان، اتصال عرضی تابش یا مواد غلاف نیمه گرمانرم مناسب است. |
پایداری حرارتی بالا، مناسب برای سیستم هایی با دمای پردازش 180-300 ℃، مانند پلی اتیلن متقاطع پراکسید (XLPE) و غلاف های اکسترود شده با دمای بالا. |
معیارهای انتخاب اولیه: بر اساس فرآیند تولید کابل (دما، نیروی برشی) از قبل انتخاب کنید. |
|
راندمان بازدارنده شعله |
ارزش جذب حرارت بالا، اثر عالی سرکوب دود. اما دستیابی به همان سطح بازدارنده شعله (مانند UL94 V-0) معمولاً به مقدار پر شدن بالاتری (60-65٪) نیاز دارد. |
جذب گرما در واحد جرم بیشتر است و پسماند تجزیه MgO در دماهای بالا پایدارتر است و در نتیجه اثر محافظتی بهتری از لایه کربن تشکیل شده ایجاد می‌کند. معمولاً مقدار پر شدن کمی کمتر از ATH است (55-65٪ می تواند به همان اثر دست یابد). |
MDH دارای مزایای جزئی در ضد چکه و سرکوب احتراق پس از احتراق است، به ویژه برای الزامات بازدارنده شعله بالا (مانند IEC 60332-3 Cat A) مناسب است. |
|
تاثیر بر خواص مکانیکی |
سختی کم است و اثر سفت کننده روی ماتریس پلیمری ضعیف است، اما پر شدن زیاد همچنان به میزان قابل توجهی به چقرمگی آسیب می رساند (با کاهش ازدیاد طول شکست). |
سختی بالای کریستال منجر به اثر سفت شدن قابل توجهی روی ماتریس می شود و تأثیر منفی بر استحکام ضربه و ازدیاد طول در همان مقدار پر شدن معمولاً بیشتر از ATH است. |
برای کاربردهایی که به انعطاف پذیری بالایی نیاز دارند (مانند کابل های زنجیره کششی و کابل های ربات)، MDH پر پرکننده باید با احتیاط استفاده شود، یا با زیرلایه های الاستیک یا اصلاحات کامپوزیت جبران شود. |
|
عملکرد الکتریکی |
محصول تجزیه Al2O3 یک عایق عالی است که به حفظ مقاومت عایق کمک می کند. اما پر شدن زیاد ممکن است باعث ایجاد یون های ناخالصی شود که بر مقاومت حجمی تأثیر می گذارد. |
محصول تجزیه MgO همچنین عایق خوب و جذب رطوبت کمتری نسبت به Al2O3 دارد که به حفظ خواص دی الکتریک پایدارتر در محیط های مرطوب کمک می کند. |
پس از جذب آب، عملکرد الکتریکی مواد عایق فشار متوسط و فشار قوی را به شدت آزمایش کنید. MDH معمولاً پایداری الکتریکی طولانی مدت بهتری را نشان می دهد. |
|
مقاومت در برابر اسید و مقاومت در برابر بارش |
باقیمانده Al2O3 آمفوتریک است و ممکن است در محیط های اسیدی یا شدیدا قلیایی واکنش نشان دهد. کاربرد طولانی مدت در خاک اسیدی باید در نظر گرفته شود. |
پسماند MgO قلیایی است و مقاومت اسیدی ضعیفی دارد، اما می تواند گازهای اسیدی تولید شده در اثر احتراق (مانند HCl، SO2) را خنثی کند، که برای مکان هایی با نیاز به گاز دودکش خورنده کم سودمند است. |
اسیدیته، قلیاییت و رطوبت محیط استفاده از کابل (شیمیایی، تونل، اقیانوس) را ارزیابی کنید و سیستم پایدارتری را انتخاب کنید. |
|
خاصیت مهار دود |
عالی ATH به طور گسترده ای به عنوان یکی از کارآمدترین سرکوب کننده های دود شناخته می شود، با خروجی دود بسیار کمتر از بسیاری از بازدارنده های شعله. |
عالی، اما با همان مقدار پرکننده، اثر سرکوب دود معمولاً کمی کمتر از ATH است. |
برای مکان‌هایی که الزامات سختگیرانه برای سمیت دود دارند، مانند متروها و ساختمان‌های بلند، فرمول‌های مبتنی بر ATH یا ATH باید در اولویت قرار گیرند. |
|
تراکم |
حدود 2.42 گرم در سانتی متر مکعب |
حدود 2.38 گرم بر سانتی متر مکعب |
چگالی کابل کابل فرمول کمی کمتر است، که برای کاهش وزن و هزینه واحد طول مفید است. |
-کابل‌های پردازش دمای پایین: PVC، EVA نرم، غلاف کم دود و بدون هالوژن با دمای متوسط پایین، کابل‌های کنترل
-سیم کشی عمومی ساختمان، کابل های دکوراسیون منزل، کابل های جریان ضعیف داخلی
- حساس به هزینه، مقادیر زیاد، الزامات بازدارنده شعله V-1/V-2، بازدارنده اشتعال کلاس C/B
- سناریوهای ضد شعله ضعیف با پر شدن کم، کشیدگی زیاد و انعطاف پذیری بالا
-سیستم پردازش با دمای بالا: PP، XLPE، اتصال عرضی تابش، اتصال عرضی سیلان TPE/TPU
- سناریوهای امنیتی بالا: مترو، قطار سریع السیر، کشتی ها، انرژی هسته ای، تونل ها، بیمارستان ها، مراکز داده
-کابل های انرژی جدید: فتوولتائیک، ذخیره انرژی، نیروی باد، شمع های شارژ، دسته باتری های برق
-کابل های ولتاژ/ارتباطات بالا: به عایق بالا، دی الکتریک کم، دود کم و سمیت کم نیاز دارند.
-کابل های مقاوم در برابر آب و هوا/گرما: درجه 105 ℃، 125 ℃، 150 ℃
نسبت توصیه شده: ATH: MDH=3:1~1:1
- متعادل کردن پنجره پردازش و هزینه
- بهبود هم افزایی تاخیر در شعله و سرکوب دود
پایداری مکانیکی و اکستروژن بهتر
- می تواند استانداردهای سختگیرانه ای مانند بازدارنده شعله کلاس A، کلاس B1، UL VW-1، IEC 60332 و غیره را برآورده کند.
هیچ "برتری یا حقارت" مطلقی بین هیدروکسید منیزیم و هیدروکسید آلومینیوم در مواد کابلی وجود ندارد، فقط "انطباق" بر اساس سناریوهای کاربردی خاص وجود دارد. انتخاب از تجربه گرایی به سمت تصمیم گیری دقیق بر اساس داده ها و مکانیسم ها حرکت می کند.
