What Materials Are Used in LSZH Compounds? A Practical Composition Guide

Quando scoppia un incendio in un tunnel, in un data center o in un grattacielo, la guaina del cavo non protegge solo il conduttore. Fa anche parte del sistema di gestione del fumo. Per questo motivo esistono composti a basso contenuto di fumo e zero alogeni (LSZH): limitano il fumo, evitano i gas di alogenuro di idrogeno e danno alle persone più tempo per lasciare l'area in sicurezza.

I composti LSZH sono costruiti da tre componenti principali : una resina a base poliolefinica priva di alogeni, un ritardante di fiamma ad alto contenuto di idrossido di metallo e un pacchetto minore ma essenziale di additivi. L'esatta combinazione di questi ingredienti separa un materiale che supera semplicemente una scheda tecnica da uno che funziona in modo affidabile su una linea di estrusione e in un vero incendio.

Cosa richiede effettivamente il nome LSZH

Il materiale LSZH è una guaina per cavi o un composto isolante che produce fumo limitato e non rilascia alogeni se esposto a calore elevato. Gli alogeni includono fluoro, cloro, bromo e iodio. Se un composto contiene polimeri alogenati o ritardanti di fiamma alogenati, non può essere definito alogeno zero, anche se la sua emissione di fumo è bassa.

Ecco perché LSZH rappresenta un importante allontanamento dal PVC. Il PVC ignifugo standard contiene cloro, quindi in condizioni di incendio può rilasciare gas di acido cloridrico, che si combina con l'umidità per formare acido corrosivo. LSZH rimuove completamente gli alogeni dalla formulazione. L'intento progettuale è semplice: ridurre il fumo, ridurre la tossicità e proteggere le vie di evacuazione e le apparecchiature elettroniche.

La Base Polimerica: Poliolefine

Ogni composto LSZH è costruito su una struttura polimerica che non contiene alogeni. Le resine di base più comuni sono polietilene (PE), etilene-vinilacetato (EVA), polipropilene (PP) e miscele di elastomeri poliolefinici. Queste resine forniscono al cavo proprietà isolanti, flessibilità, prestazioni a bassa temperatura e una piattaforma stabile per l'estrusione.

La resina base da sola non è sufficientemente ignifuga. È la combinazione di resina di base e riempitivi minerali che fa funzionare LSZH. La matrice polimerica determina anche la quantità di riempitivo che può essere aggiunta prima che il materiale diventi troppo rigido o troppo difficile da lavorare.

Sistemi di Poliolefine Termoplastiche

I composti termoplastici LSZH non sono reticolati. Si ammorbidiscono quando riscaldati, possono essere riprocessati e solitamente rappresentano l'opzione più semplice per le linee via cavo standard. Sono ampiamente utilizzati per cavi di comunicazione, cavi di controllo, cavi in ​​fibra ottica e cavi edili per uso generale.

Per molte installazioni interne, a Guaina termoplastica LSZH per cavi di comunicazione offre un buon equilibrio tra proprietà ignifughe, stabilità all'estrusione e rapporto costo-efficacia. Questi gradi forniscono generalmente una buona finitura superficiale e resistenza meccanica a temperature continue comprese tra 70 e 90 °C.

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Sistemi Poliolefinici Reticolati

Anche i sistemi LSZH reticolati si basano su poliolefine prive di alogeni, ma le catene polimeriche sono legate chimicamente in una rete tridimensionale. Ciò modifica l'inviluppo delle prestazioni. I gradi reticolati possono supportare temperature operative continue più elevate, solitamente 90 °C, 105 °C, 125 °C o anche 150 °C, e resistono all'olio, alla deformazione termica e al rammollimento termoplastico meglio dei composti non reticolati.

Tre percorsi di reticolazione sono comuni nella produzione di LSZH: reticolazione con umidità del silano, reticolazione per irradiazione e reticolazione con perossido. Ciascuno influisce sul processo di estrusione e sulle proprietà del materiale finale. La reticolazione del silano è conveniente perché può essere eseguita su linee di estrusione convenzionali seguite da una polimerizzazione con umidità. La reticolazione per irradiazione utilizza apparecchiature a fascio di elettroni ed è spesso utilizzata per cavi automobilistici a parete sottile e per cavi ad alta temperatura. La reticolazione del perossido avviene tipicamente durante le linee di vulcanizzazione continue.

Per la costruzione di progetti di cavi che richiedono una valutazione termica più elevata, Materiale del cavo LSZH reticolabile con silano per cavi da costruzione è una scelta pratica perché combina prestazioni antincendio prive di alogeni con una migliore resistenza al calore e integrità meccanica dopo la polimerizzazione.

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Il sistema di riempimento ritardante di fiamma

Senza alogeni, i composti LSZH utilizzano ritardanti di fiamma a base di idrossido metallico come principale meccanismo antincendio. Questi riempitivi vengono solitamente aggiunti in proporzioni elevate in peso, spesso tra il 50% e il 65%, e influenzano direttamente il comportamento meccanico e di lavorazione del composto.

Triidrossido di alluminio (ATH)

L'ATH, noto anche come triidrato di allumina, è uno dei ritardanti di fiamma privi di alogeni più utilizzati. Inizia a decomporsi a circa 180–220 °C, rilasciando vapore acqueo e assorbendo calore dal fuoco circostante. L'acqua rilasciata diluisce i gas infiammabili e riduce la temperatura della superficie del polimero.

L'ATH è efficace, relativamente economico e funziona bene nelle formulazioni termoplastiche LSZH. La sua limitazione principale è la temperatura di decomposizione. Poiché l'ATH inizia a degradarsi al di sotto dei 230 °C, le formulazioni contenenti ATH non sono ideali per la lavorazione ad alta temperatura o per composti che necessitano di elevate prestazioni continue.

Idrossido di magnesio (MDH)

L'idrossido di magnesio si decompone a circa 330–340 °C, una temperatura significativamente superiore all'ATH. Ciò rende MDH la scelta migliore per i sistemi LSZH reticolati e per i composti di cavi che devono tollerare temperature di lavorazione più elevate o raggiungere valori nominali continui di 105 °C, 125 °C o 150 °C.

In pratica, i formulatori possono combinare ATH e MDH per bilanciare costi, lavorazione, resistenza al calore e proprietà meccaniche. Alcune formulazioni LSZH includono anche piccole quantità di sinergizzanti come borato di zinco, stannato di zinco o promotori di carbonizzazione a base di silicone per ridurre il fumo, supportare la formazione di carbonizzazione e mantenere più stabile la struttura del cavo in combustione.

Additivi funzionali: il piccolo pacchetto dal grande effetto

La resina di base e le cariche ignifughe sono gli ingredienti principali, ma da soli non bastano. Un composto LSZH finito contiene un pacchetto di additivi attentamente bilanciato che comprende antiossidanti, lubrificanti di lavorazione, compatibilizzanti, agenti di accoppiamento, disattivatori di metalli, nerofumo, coloranti e agenti antiumidità.

Questi additivi fanno molto di più che rendere il materiale più facile da estrudere. Gli agenti accoppianti migliorano il legame tra la matrice polimerica e il riempitivo minerale, preservando la resistenza alla trazione e l'allungamento quando il carico di riempitivo è elevato. Antiossidanti e disattivatori metallici proteggono il cavo dall'invecchiamento termico e dal contatto prolungato con conduttori in rame. Senza questo pacchetto, un composto LSZH può superare un test antincendio su materiale fresco ma fallire dopo anni di servizio.

Come i materiali supportano prestazioni antincendio e meccaniche misurabili

Il composto LSZH finale deve soddisfare criteri prestazionali che vanno oltre un semplice test alla fiamma. Gli standard di valutazione comuni includono IEC 60332-3 per la propagazione della fiamma, IEC 60754-1 e IEC 60754-2 per il contenuto di alogeni e l'acidità del gas e IEC 61034 per la densità del fumo. Il materiale necessita inoltre di resistenza alla trazione, allungamento alla rottura, resistenza all'abrasione e flessibilità alle basse temperature accettabili.

Entrambi i sistemi termoplastici e reticolati soddisfano i requisiti di assenza di alogeni e di bassi livelli di fumo, ma le prestazioni meccaniche e termiche differiscono. La tabella seguente riassume la differenza pratica.

Cosa controllare quando si valuta un composto LSZH

Poiché LSZH copre diverse famiglie di materiali, la prima cosa da fare è confermare esattamente ciò che viene offerto. Tre domande utili da porre sono:

• Il grado è termoplastico o reticolato? La risposta determina la temperatura nominale, il processo di estrusione e le condizioni di installazione.
• Quale sistema di riempimento viene utilizzato? ATH e MDH hanno temperature di decomposizione e limiti di lavorazione diversi.
• Quali standard antincendio e meccanici sono documentati? Cerca metodi di test specifici e criteri di superamento o di fallimento, non solo le parole "LSZH" o "senza alogeni".

È anche importante considerare la capacità dei fornitori. I composti LSZH sono materiali altamente riempiti, quindi la consistenza da lotto a lotto dipende fortemente dal controllo della miscelazione, dalla selezione delle materie prime e dalla disciplina di produzione. È più facile fidarsi di un produttore che può dimostrare il proprio ambiente di produzione e la capacità di effettuare test di laboratorio interni rispetto a uno che fornisce solo una scheda tecnica. Per una visione più ampia di come la temperatura influisce sull'affidabilità dei materiali, il prestazioni meccaniche di LSZH a diverse temperature è un riferimento utile prima di finalizzare una specifica.

Per i progetti di cavi elettrici negli edifici, la classificazione è importante tanto quanto la chimica. A Mescola guaina LSZH di grado B1 per cavi di alimentazione vale la pena considerare quando il progetto richiede un contributo definito alla propagazione della fiamma, alla produzione di fumo e al comportamento delle goccioline in fiamme ai sensi del regolamento europeo sui prodotti da costruzione. La classificazione B1 non è un singolo immobile; è il risultato dell’intero sistema materiale che lavora insieme.

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Prima dell'acquisto Composti LSZH per cavi da costruzione , verificare che il grado selezionato corrisponda allo standard del cavo e al metodo di lavorazione richiesti. Un grado ottimizzato per il servizio termoplastico a 90 °C non è automaticamente adatto per la costruzione di cavi automobilistici reticolati a 125 °C, anche se entrambi sono tecnicamente a basso contenuto di fumi e senza alogeni.

Il materiale giusto inizia con la base giusta

I composti LSZH non sono un'unica formula. I materiali utilizzati sono scelti per soddisfare una specifica classe di temperatura, standard antincendio, carico meccanico e processo di produzione. La resina di base conferisce al materiale il suo carattere elettrico e fisico fondamentale. Il sistema di riempimento con idrossido metallico fornisce la risposta al fuoco. Il pacchetto di additivi protegge le prestazioni durante la composizione, l'estrusione, l'installazione e gli anni di servizio.

Quando un produttore di cavi specifica LSZH, la domanda rilevante non è solo “non contiene alogeni?” È anche “può questo composto specifico soddisfare le esigenze meccaniche e termiche dell’applicazione?” La risposta di solito inizia con una distinzione: termoplastico o reticolato.