La vérité cachée derrière le matériau des câbles en PVC dans l'industrie du câble
I. Matériaux des câbles en PVC ignifuges
La résine de polychlorure de vinyle (PVC), un thermoplastique éprouvé, peut voir sa flexibilité ajustée en ajoutant différentes quantités de plastifiants. Il peut également être mélangé à d’autres polymères pour produire des produits en plastique aux propriétés diverses. Le PVC est rentable et offre d’excellentes performances, ce qui le rend largement utilisé dans l’industrie du fil et du câble. Par exemple, le PVC est couramment utilisé comme résine de base pour les fils et câbles isolés avec des tensions de 450 V/750 V ou moins, ainsi que pour les câbles flexibles. Avec l'application généralisée de matériaux de câbles en PVC ignifuges dans les industries électronique, informatique, automobile et aérospatiale, la demande de propriétés ignifuges dans les câbles augmente. Les câbles en PVC, en raison de l'ajout de grandes quantités de plastifiants et d'autres additifs, ont une résistance aux flammes insuffisante. Lors de leur combustion, ils produisent du gaz HCl nocif, qui est également très corrosif pour les métaux. En plus de produire des gaz toxiques, la combustion incomplète de certains gaz peut générer de grandes quantités de fumée, mettant gravement en danger la sécurité publique et les biens. Par conséquent, la recherche et le développement de câbles en PVC à faible émission de fumée et à faible toxicité sont devenus un besoin urgent dans l'industrie des câbles ignifuges, possédant une valeur sociale importante.
II. Méthodes ignifuges et de suppression de fumée
Dans les câbles en PVC, nous obtenons généralement des effets ignifuges et anti-fumée en ajoutant des agents ignifuges et des plastifiants ignifuges. Les méthodes spécifiques sont les suivantes :
1. Remplacement des plastifiants conventionnels par des plastifiants ignifuges. Par exemple, les esters de triarylphosphate et les esters d'alkyldiarylphosphate sont couramment utilisés comme plastifiants. Lorsqu'ils sont brûlés, ils se décomposent thermiquement pour former des polyphosphates non volatils, qui peuvent former une couche protectrice sur la surface solide pour bloquer le contact avec l'oxygène. De la paraffine chlorée peut également être ajoutée comme plastifiant synergique pour améliorer les performances ignifuges.
2. Ajout de retardateurs de flamme inorganiques tels que des composés d'antimoine et des hydroxydes métalliques. L'hydroxyde d'aluminium généralement ajouté a également un effet anti-fumée significatif.
3. Lorsque la teneur en plastifiant est élevée, utilisez une méthode qui ajoute simultanément des plastifiants ignifuges, des retardateurs de flamme inorganiques et des charges ignifuges.
4. Des antifumées sont également couramment ajoutés. Les principaux antifumées utilisés dans les composés de câbles en PVC comprennent le trioxyde de molybdène et l'octamolybdate d'ammonium. Dans la formulation de composés de câbles en PVC, nous devons souvent sélectionner le rapport approprié entre plastifiants ignifuges et plastifiants conventionnels en fonction de l'application spécifique et des exigences ignifuges du composé de câble, obtenant ainsi un rapport coût-efficacité élevé.
III. Progrès de la recherche sur les performances ignifuges
En plus de répondre aux normes générales de performance des matériaux de câbles en PVC en termes de propriétés électriques et physico-mécaniques, les matériaux de câbles en PVC doivent également avoir d'excellentes performances ignifuges. Les performances ignifuges sont généralement mesurées par l'indice d'oxygène, qui fait référence à la concentration minimale d'oxygène requise pour entretenir la combustion d'un échantillon. Un indice d'oxygène plus élevé indique de meilleures performances ignifuges. Les matériaux ayant un indice d'oxygène supérieur à 30 sont généralement considérés comme ayant des propriétés ignifuges adéquates. Ce qui suit présente principalement les facteurs influençant les performances ignifuges des composés de câbles en PVC et les progrès de la recherche nationale et internationale visant à améliorer leurs performances ignifuges.
IV. Influence de la teneur en plastifiant sur les performances ignifuges
Différents plastifiants ajoutés aux composés de câbles en PVC entraîneront des propriétés ignifuges et génératrices de fumée variables des composés de câbles. Parmi les quatre plastifiants les plus couramment utilisés dans les composés de câbles en PVC (phtalate de dioctyle, trimellitate de trioctyle, phosphate de triphényle et plastifiants à base de polyester), leurs propriétés ignifuges varient considérablement. Les scientifiques ont mené des recherches pertinentes sur ce sujet. Lorsque 30 à 60 parties de plastifiant ont été ajoutées à 100 parties de PVC souple, il a été constaté qu'à mesure que la teneur en plastifiant augmentait, l'indice d'oxygène du PVC diminuait. Pour les différents plastifiants, le taux de diminution était généralement constant. Le PVC contenant du phosphate de triphényle avait l'indice d'oxygène le plus élevé, soit environ 5 points supérieur à celui du PVC contenant du phtalate de dioctyle. Des études sur la génération de fumée indiquent que le PVC contenant du phtalate de dioctyle et du phosphate de triphényle présente une génération de fumée accrue à mesure que la teneur en plastifiant augmente. Cependant, le PVC contenant du trimellitate de trioctyle et des plastifiants à base de polyester donne le résultat inverse.
V. Effet du dosage ignifuge sur les performances ignifuges
Des retardateurs de flamme inorganiques tels que Al(OH)₃, Sb₂O₃ et le borate de zinc (ZB) sont ajoutés aux composés de câbles en PVC, et leur dosage affecte de manière significative les performances ignifuges du PVC. Des chercheurs nationaux et internationaux ont mené des recherches approfondies sur ce sujet. Certains chercheurs ont étudié l’effet du dosage de retardateur de flamme composite Sb₂O₃ et Sb₂O₃/ZB sur l’indice d’oxygène du PVC. Ils ont constaté qu'à mesure que la quantité de Sb₂O₃ augmentait, l'indice limite d'oxygène des composés de câbles en PVC montrait une tendance linéaire à la hausse. Lorsque l'ajout de nano-Sb₂O₃ dépassait 1,5 partie, la contribution du nano-Sb₂O₃ à l'indice d'oxygène du PVC était supérieure à celle du Sb₂O₃ de taille micronique. Ils ont également étudié l'indice d'oxygène du PVC à différents rapports de masse de Sb₂O₃ à ZB, constatant que l'indice d'oxygène diminuait à mesure que le rapport de masse augmentait. Cela signifie que plus on ajoute de Sb₂O₃, plus les performances ignifuges du PVC sont élevées. Cependant, comme le Sb₂O₃ est relativement cher, la quantité ajoutée n'est généralement pas très élevée, pour autant qu'elle garantisse des propriétés ignifugeantes adéquates. De plus, le ZB ajouté peut servir d’abat-fumée. La combinaison de ZB avec Sb₂O₃ permet aux composés de câbles en PVC d'atteindre à la fois un indice d'oxygène approprié et une faible génération de fumée.
VI. Effet de la quantité de charge sur les performances ignifuges
Dans les composés de câbles en PVC, une certaine quantité de charge est généralement ajoutée. Lorsque le talc et le kaolin sont utilisés comme charges, l'indice d'oxygène augmente de 1 à 2 fois, mais la vitesse de combustion du composé du câble double également, tandis que le coefficient d'extinction maximal reste inchangé. Lorsque Al(OH)₃ est utilisé comme charge, le taux de combustion augmente de 50 %, l'indice d'oxygène augmente et le coefficient d'extinction maximal diminue, ce qui permet de mieux supprimer la génération de fumée. Des charges CaCO₃ sont également couramment ajoutées au PVC. Les scientifiques ont découvert qu'à mesure que la quantité de CaCO₃ ajoutée augmente, l'indice d'oxygène des composés de câbles en PVC diminue et le coefficient d'extinction maximal diminue également. Par conséquent, la quantité de CaCO₃ ajoutée ne doit pas être excessive, car cela nuirait aux performances ignifuges et anti-fumée du composé de câble. Cependant, CaCO₃ peut servir d’agent de capture efficace pour le gaz HCl, démontrant une efficacité très significative.
Parmi les diverses solutions innovantes visant à améliorer les performances ignifuges des câbles en PVC, une option remarquable est l'application d'additifs ignifuges spécialisés développés par Guangzhou Yinsu Flame Retardant. L'entreprise a réalisé des progrès significatifs dans la création de retardateurs de flamme non halogènes, de retardateurs de flamme au phosphore rouge micro-encapsulés et de synergistes respectueux de l'environnement. Leur ignifuge phare au phosphore rouge micro-encapsulé, le FRP-950X, est un additif à faible fumée et à faible toxicité qui offre un retardateur de flamme supérieur sans libérer d'halogènes nocifs pendant la combustion, ce qui le rend idéal pour les formulations de câbles en PVC haute performance. Le T3 est un remplacement du trioxyde d'antimoine , offre des performances ignifuges comparables à celles des composés d'antimoine traditionnels, mais élimine les risques pour la santé et l'environnement qui leur sont souvent associés. Peut améliorer efficacement le caractère ignifuge des composés de PVC tout en conservant les propriétés mécaniques. En intégrant ces solutions ignifuges avancées dans les conceptions de câbles en PVC, les fabricants peuvent améliorer considérablement la sécurité tout en répondant aux exigences réglementaires et du marché en constante évolution en matière de matériaux de câbles à faible émission de fumée et à faible toxicité.
