Die verborgene Wahrheit hinter PVC-Kabelmaterial in der Kabelindustrie

Die verborgene Wahrheit hinter PVC-Kabelmaterial in der Kabelindustrie

I. Flammhemmende PVC-Kabelmaterialien

Polyvinylchlorid (PVC)-Harz, ein bewährter Thermoplast, kann durch Zugabe unterschiedlicher Mengen an Weichmachern in seiner Flexibilität angepasst werden. Es kann auch mit anderen Polymeren gemischt werden, um Kunststoffprodukte mit vielfältigen Eigenschaften herzustellen. PVC ist kostengünstig und weist eine hervorragende Leistung auf, weshalb es in der Draht- und Kabelindustrie weit verbreitet ist. Beispielsweise wird PVC häufig als Basisharz für isolierte Drähte und Kabel mit Spannungen von 450 V/750 V oder weniger sowie für flexible Kabel verwendet. Mit der weit verbreiteten Anwendung flammhemmender PVC-Kabelmaterialien in der Elektronik-, Computer-, Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie steigt die Nachfrage nach flammhemmenden Eigenschaften in Kabeln. PVC-Kabel weisen aufgrund der Zugabe großer Mengen an Weichmachern und anderen Zusatzstoffen eine unzureichende Flammwidrigkeit auf. Bei der Verbrennung entsteht gesundheitsschädliches HCl-Gas, das zudem stark korrosiv auf Metalle wirkt. Zusätzlich zur Entstehung giftiger Gase kann die unvollständige Verbrennung bestimmter Gase große Mengen Rauch erzeugen, was die öffentliche Sicherheit und Eigentum erheblich gefährdet. Daher ist die Forschung und Entwicklung von PVC-Kabeln mit geringer Rauchentwicklung und geringer Toxizität zu einem dringenden Bedarf in der Industrie für flammhemmende Kabel geworden und hat einen erheblichen gesellschaftlichen Wert.

II. Flammschutz- und Rauchunterdrückungsmethoden

Flammhemmende und rauchunterdrückende Effekte erzielen wir bei PVC-Kabeln typischerweise durch den Zusatz von Flammschutzmitteln und Flammschutzweichmachern. Die spezifischen Methoden sind wie folgt:

1. Ersetzen herkömmlicher Weichmacher durch flammhemmende Weichmacher. Als Weichmacher werden beispielsweise üblicherweise Triarylphosphatester und Alkyldiarylphosphatester verwendet. Beim Verbrennen zersetzen sie sich thermisch und bilden nichtflüchtige Polyphosphate, die eine Schutzschicht auf der festen Oberfläche bilden können, um den Kontakt mit Sauerstoff zu blockieren. Chlorparaffin kann auch als synergistischer Weichmacher zugesetzt werden, um die Flammschutzleistung zu verbessern.

2. Zugabe von anorganischen Flammschutzmitteln wie Antimonverbindungen und Metallhydroxiden. Das typischerweise zugesetzte Aluminiumhydroxid hat auch eine deutliche rauchunterdrückende Wirkung.

3. Wenn der Weichmachergehalt hoch ist, verwenden Sie eine Methode, bei der gleichzeitig flammhemmende Weichmacher, anorganische Flammschutzmittel und flammhemmende Füllstoffe hinzugefügt werden.

4. Häufig werden auch Rauchunterdrückungsmittel zugesetzt. Zu den wichtigsten Rauchunterdrückungsmitteln, die in PVC-Kabelverbindungen verwendet werden, gehören Molybdäntrioxid und Ammoniumoctamolybdat. Bei der Formulierung von PVC-Kabelcompounds müssen wir häufig das geeignete Verhältnis von flammhemmenden Weichmachern zu herkömmlichen Weichmachern basierend auf der spezifischen Anwendung und den Flammschutzanforderungen der Kabelcompounds auswählen, um so ein hohes Kosten-Nutzen-Verhältnis zu erreichen.

III. Forschungsfortschritte zur flammhemmenden Leistung

PVC-Kabelmaterialien müssen nicht nur die allgemeinen Leistungsstandards für PVC-Kabelmaterialien in Bezug auf elektrische und physikalisch-mechanische Eigenschaften erfüllen, sondern auch eine hervorragende Flammschutzleistung aufweisen. Die Flammschutzleistung wird typischerweise anhand des Sauerstoffindex gemessen, der sich auf die minimale Sauerstoffkonzentration bezieht, die erforderlich ist, um die Verbrennung einer Probe aufrechtzuerhalten. Ein höherer Sauerstoffindex weist auf eine bessere Flammschutzleistung hin. Materialien mit einem Sauerstoffindex über 30 gelten im Allgemeinen als ausreichend flammhemmend. Im Folgenden werden vor allem die Faktoren vorgestellt, die die flammhemmende Leistung von PVC-Kabelverbindungen beeinflussen, sowie der nationale und internationale Forschungsfortschritt bei der Verbesserung ihrer flammhemmenden Leistung.

IV. Einfluss des Weichmachergehalts auf die Flammschutzleistung

Verschiedene Weichmacher, die PVC-Kabelmischungen zugesetzt werden, führen zu unterschiedlichen flammhemmenden und raucherzeugenden Eigenschaften der Kabelmischungen. Unter den vier am häufigsten verwendeten Weichmachern in PVC-Kabelverbindungen – Dioctylphthalat, Trioctyltrimellitat, Triphenylphosphat und Weichmacher auf Polyesterbasis – variieren ihre flammhemmenden Eigenschaften erheblich. Wissenschaftler haben relevante Forschungen zu diesem Thema durchgeführt. Bei der Zugabe von 30–60 Teilen Weichmacher zu 100 Teilen Weich-PVC wurde festgestellt, dass mit zunehmendem Weichmachergehalt der Sauerstoffindex von PVC abnahm. Bei verschiedenen Weichmachern war die Abnahmerate im Allgemeinen konsistent. PVC mit Triphenylphosphat hatte den höchsten Sauerstoffindex, der etwa 5 Punkte höher war als der von PVC mit Dioctylphthalat. Studien zur Rauchentwicklung weisen darauf hin, dass PVC, das Dioctylphthalat und Triphenylphosphat enthält, mit zunehmendem Weichmachergehalt eine erhöhte Rauchentwicklung aufweist. PVC mit Trioctyltrimellitat und Weichmachern auf Polyesterbasis zeigt jedoch das gegenteilige Ergebnis.

V. Auswirkung der Flammschutzmitteldosierung auf die Flammschutzleistung

Anorganische Flammschutzmittel wie Al(OH)₃, Sb₂O₃ und Zinkborat (ZB) werden PVC-Kabelcompounds zugesetzt, und ihre Dosierung beeinflusst die Flammschutzleistung von PVC erheblich. Inländische und internationale Wissenschaftler haben umfangreiche Forschungen zu diesem Thema durchgeführt. Einige Wissenschaftler untersuchten die Wirkung der Dosierung von Sb₂O₃ und Sb₂O₃/ZB-Komposit-Flammschutzmitteln auf den Sauerstoffindex von PVC. Sie fanden heraus, dass mit zunehmender Menge an Sb₂O₃ der Grenzsauerstoffindex von PVC-Kabelverbindungen einen linearen Aufwärtstrend zeigte. Wenn die Zugabe von Nano-Sb₂O₃ 1,5 Teile überstieg, war der Beitrag von Nano-Sb₂O₃ zum Sauerstoffindex von PVC größer als der von Sb₂O₃ in Mikrometergröße. Sie untersuchten auch den Sauerstoffindex von PVC bei verschiedenen Massenverhältnissen von Sb₂O₃ zu ZB und stellten fest, dass der Sauerstoffindex mit zunehmendem Massenverhältnis abnahm. Das heißt, je mehr Sb₂O₃ hinzugefügt wird, desto höher ist die Flammschutzwirkung von PVC. Da Sb₂O₃ jedoch relativ teuer ist, ist die Zugabemenge in der Regel nicht sehr hoch, sofern dadurch ausreichende flammhemmende Eigenschaften gewährleistet sind. Darüber hinaus kann das zugesetzte ZB als Rauchunterdrücker dienen. Durch die Kombination von ZB mit Sb₂O₃ können PVC-Kabelmischungen sowohl einen angemessenen Sauerstoffindex als auch eine geringe Rauchentwicklung erreichen.

VI. Einfluss der Füllstoffmenge auf die Flammschutzleistung

In PVC-Kabelcompounds wird typischerweise eine gewisse Menge Füllstoff zugesetzt. Bei Verwendung von Talk und Kaolin als Füllstoffe erhöht sich der Sauerstoffindex um das 1- bis 2-fache, aber auch die Abbrandgeschwindigkeit der Kabelmasse verdoppelt sich, während der maximale Extinktionskoeffizient unverändert bleibt. Wenn Al(OH)₃ als Füllstoff verwendet wird, erhöht sich die Brenngeschwindigkeit um 50 %, der Sauerstoffindex steigt und der maximale Extinktionskoeffizient sinkt, sodass die Rauchentwicklung besser unterdrückt wird. CaCO₃-Füllstoffe werden üblicherweise auch PVC zugesetzt. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass mit zunehmender Menge an zugesetztem CaCO₃ der Sauerstoffindex von PVC-Kabelverbindungen abnimmt und auch der maximale Extinktionskoeffizient abnimmt. Daher sollte die Zugabemenge von CaCO₃ nicht zu hoch sein, da dies die Flammschutz- und Rauchunterdrückungsleistung der Kabelmischung beeinträchtigen würde. CaCO₃ kann jedoch als wirksames Einfangmittel für HCl-Gas dienen und weist eine äußerst signifikante Wirksamkeit auf.

Unter den verschiedenen innovativen Lösungen zur Verbesserung der Flammschutzleistung von PVC-Kabeln ist die Anwendung spezieller Flammschutzadditive, die von Guangzhou Yinsu Flame Retardant entwickelt wurden, eine herausragende Option. Das Unternehmen hat erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung von halogenfreien Flammschutzmitteln, mikroverkapselten Flammschutzmitteln mit rotem Phosphor und umweltfreundlichen Synergisten erzielt. Ihr Flaggschiff-Flammschutzmittel mit mikroverkapseltem rotem Phosphor, FRP-950X, ist ein Additiv mit geringer Rauchentwicklung und geringer Toxizität , das eine hervorragende Flammhemmung bietet, ohne bei der Verbrennung schädliche Halogene freizusetzen, was es ideal für Hochleistungs-PVC-Kabelformulierungen macht. T3 ist ein Ersatz für Antimontrioxid und bietet eine mit herkömmlichen Antimonverbindungen vergleichbare Flammschutzleistung, eliminiert jedoch die häufig damit verbundenen Gesundheits- und Umweltrisiken. Kann die Flammhemmung von PVC-Verbindungen effektiv verbessern und gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften beibehalten. Durch die Integration dieser fortschrittlichen flammhemmenden Lösungen in PVC-Kabeldesigns können Hersteller die Sicherheit erheblich verbessern und gleichzeitig die sich ständig weiterentwickelnden gesetzlichen und Marktanforderungen an Kabelmaterialien mit geringer Rauchentwicklung und geringer Toxizität erfüllen.