Dans le domaine des matériaux de câbles ignifuges sans halogène,hydroxyde de magnésium (MDH)ethydroxyde d'aluminium (ATH)sont les deux retardateurs de flamme de remplissage courants, et leur sélection affecte directement la qualité ignifuge, les performances de traitement, la fiabilité à long terme et le coût du câble. Cet article est basé sur le mécanisme de décomposition thermique, la morphologie des cristaux et les caractéristiques de surface. Il compare systématiquement les principales différences entre les deux en termes de température de décomposition, d'efficacité ignifuge, d'effets mécaniques, d'isolation électrique et de résistance environnementale, ainsi que de scénarios d'application spécifiques. Il fournit un cadre décisionnel en matière de sélection scientifique et des stratégies d’optimisation des composés.
·Hydroxyde d'aluminium (ATH, Al(OH)₃) :
·Température de décomposition : basse, autour de 180-220 ℃, commence la décomposition endothermique, avec un pic à environ 205 ℃.
·Valeur d'absorption thermique : relativement élevée, environ 1050 J/g.
·Équation de réaction : 2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑ (libérant environ 34,6 % en poids d'eau liée).
·Impact : Les effets importants d'absorption de chaleur, de refroidissement et de libération de dilution de vapeur d'eau limitent son application dans les systèmes de traitement à haute température, tels que la réticulation au peroxyde.
·Hydroxyde de magnésium (MDH, Mg(OH)₂) :
·Température de décomposition : relativement élevée, autour de 300-340 ℃, commence la décomposition endothermique, avec un pic vers 330 ℃.
·Valeur d'absorption thermique : environ 1300 J/g.
·Formule de réaction : Mg(OH)₂ → MgO + H₂O↑ (libérant environ 31,0 % en poids d'eau liée).
·Impact : Une stabilité thermique plus élevée le rend adapté aux systèmes de matériaux de câbles avec des températures de traitement plus élevées.
· Morphologie cristalline : l'ATH est généralement en forme de plaque irrégulière ou en forme de diamant ; Le MDH est principalement constitué de cristaux en forme de plaques hexagonales. Le MDH a une dureté cristalline plus élevée et une usure relativement plus importante des équipements de traitement.
·Énergie de surface : les deux sont hydrophiles et ont une mauvaise compatibilité avec les polymères hydrophobes. Une modification de surface (revêtement avec de l'acide stéarique, du silane, du titanate, etc.) est nécessaire et l'effet de modification est la clé pour déterminer la quantité de remplissage et les performances finales.
|
Dimension performance |
Hydroxyde d'aluminium (ATH) |
Hydroxyde de magnésium (MDH) |
Inspiration pour les applications de câbles |
|
Adaptabilité du traitement |
Faible température de décomposition, convient uniquement aux systèmes avec une température de traitement ≤ 200 ℃, tels que la réticulation au silane, la réticulation par irradiation ou les matériaux de gaine partiellement thermoplastiques. |
Haute stabilité thermique, adaptée aux systèmes avec des températures de traitement de 180 à 300 ℃, tels que le polyéthylène réticulé au peroxyde (XLPE) et les gaines extrudées à haute température. |
Critères de sélection principaux : Sélectionnez à l'avance en fonction du processus de production du câble (température, force de cisaillement). |
|
Efficacité ignifuge |
Valeur d'absorption thermique élevée, excellent effet de suppression de fumée. Mais pour atteindre le même niveau de retardateur de flamme (tel que UL94 V-0), il faut généralement une quantité de remplissage plus élevée (60 à 65 %). |
L'absorption de chaleur par unité de masse est plus élevée et le résidu de décomposition MgO est plus stable à haute température, ce qui entraîne un meilleur effet protecteur de la couche de carbone formée. Habituellement, la quantité de remplissage est légèrement inférieure à celle de l'ATH (55 à 65 % peuvent obtenir le même effet). |
MDH présente de légers avantages en matière d'anti-goutte et de suppression de post-combustion, particulièrement adapté aux exigences élevées en matière de retardateur de flamme (telles que la norme CEI 60332-3 Cat A). |
|
Influence sur les propriétés mécaniques |
La dureté est faible et l'effet de raidissement sur la matrice polymère est faible, mais un remplissage élevé endommage encore considérablement la ténacité (avec une diminution de l'allongement à la rupture). |
La dureté élevée du cristal entraîne un effet de rigidification plus important sur la matrice, et l'impact négatif sur la résistance aux chocs et l'allongement pour la même quantité de remplissage est généralement supérieur à celui de l'ATH. |
Pour les applications qui nécessitent une grande flexibilité (telles que les câbles de chaîne porte-câbles et les câbles de robot), le MDH à remplissage élevé doit être utilisé avec prudence, ou compensé par des substrats élastiques ou des modifications composites. |
|
Performances électriques |
Le produit de décomposition Al₂O₃ est un excellent isolant qui aide à maintenir la résistance d’isolation. Mais un remplissage élevé peut introduire des ions d'impuretés, affectant la résistivité volumique. |
Le produit de décomposition MgO présente également une bonne isolation et une absorption d'humidité inférieure à celle d'Al₂O₃, ce qui contribue à maintenir des propriétés diélectriques plus stables dans les environnements humides. |
Testez strictement les performances électriques des matériaux d'isolation moyenne et haute tension après avoir absorbé l'eau. Le MDH présente généralement une meilleure stabilité électrique à long terme. |
|
Résistance aux acides et résistance aux précipitations |
Le résidu d'Al₂O₃ est amphotère et peut réagir dans des environnements acides ou fortement alcalins. Une application à long terme dans un sol acide doit être envisagée. |
Les résidus de MgO sont alcalins et ont une faible résistance aux acides, mais ils peuvent neutraliser les gaz acides produits par la combustion (tels que HCl, SO₂), ce qui est avantageux pour les endroits où les besoins en gaz de combustion sont faibles. |
Évaluez l'acidité, l'alcalinité et l'humidité de l'environnement d'utilisation des câbles (produit chimique, tunnel, océan) et sélectionnez un système plus stable. |
|
Propriété de suppression de fumée |
Excellent. L'ATH est largement reconnu comme l'un des anti-fumée les plus efficaces, avec un dégagement de fumée bien inférieur à celui de la plupart des retardateurs de flamme. |
Excellent, mais avec la même quantité de remplissage, l'effet anti-fumée est généralement légèrement inférieur à celui de l'ATH. |
Pour les endroits soumis à des exigences strictes en matière de toxicité de la fumée, tels que les métros et les immeubles de grande hauteur, l'ATH ou les formulations à base d'ATH doivent être prioritaires. |
|
Densité |
environ 2,42 g/cm³ |
environ 2,38 g/cm³ |
La densité du câble de formule est légèrement inférieure, ce qui permet de réduire le poids et le coût unitaire en longueur. |
-Câbles de traitement basse température : gaine PVC, EVA souple, faible fumée et sans halogène moyenne basse température, câbles de commande
-Câblage général du bâtiment, câbles de décoration intérieure, câbles intérieurs à courant faible
-Sensible aux coûts, grandes quantités, exigences ignifuges V-1/V-2, classe ignifuge C/B
-Scénarios ignifuges faibles avec un faible remplissage, un allongement élevé et une flexibilité élevée
-Système de traitement à haute température : PP, XLPE, réticulation par irradiation, réticulation silane TPE/TPU
-Scénarios de sécurité haut de gamme : métro, train à grande vitesse, navires, énergie nucléaire, tunnels, hôpitaux, centres de données
-Nouveaux câbles d'énergie : photovoltaïque, stockage d'énergie, éolien, pieux de recharge, faisceaux de batteries de puissance
-Câbles haute tension/communication : nécessitent une isolation élevée, un faible diélectrique, une faible fumée et une faible toxicité
-Câbles résistants aux intempéries et à la chaleur à long terme : 105 ℃, 125 ℃, 150 ℃
Rapport recommandé : ATH : MDH=3:1~1:1
-Équilibrer la fenêtre de traitement et le coût
-Amélioration synergique du retardateur de flamme et de la suppression de la fumée
-Meilleure stabilité mécanique et d'extrusion
-Peut répondre à des normes strictes telles que la classe A ignifuge, la classe B1, UL VW-1, IEC 60332, etc.
Il n'y a pas de « supériorité ou d'infériorité » absolue entre l'hydroxyde de magnésium et l'hydroxyde d'aluminium dans les matériaux des câbles, seulement une « adaptation » basée sur des scénarios d'application spécifiques. La sélection passe de l’empirisme à une prise de décision précise basée sur des données et des mécanismes.
