Kablo Bileşimi Formülasyonlarında Alevlenebilirlik Üzerinde Minimum Etkili Yağlayıcıların Seçimi

Kablo Bileşimlerinde Alevlenebilirliğe Etkisi Minimum Olan Yağlayıcıların Seçimi

Giriş

Kablo bileşimlerinde yağlayıcıların seçimi, bunların alev geciktiricilik üzerindeki etkilerinin dikkatle değerlendirilmesini gerektirir. Optimal bir yağlayıcı, malzemenin yangına dayanıklılığından ödün vermeden mükemmel bir işleme yardımı sağlamalıdır. Bu makale, endüstri uygulamaları ve araştırma verilerinden yola çıkarak, kimyasal yapı, termal kararlılık ve alev geciktirici sistemlerle sinerjik etkileşimlere dayalı öneriler sunmaktadır.

1. Önerilen Yağlayıcı Tipleri ve Mekanizmaları

1.1. Silikon Bazlı Yağlayıcılar (Silikon Tozu/Yağı)

• Temel Avantajları: Silikonlardaki Si-O bağ enerjisi (452 kJ/mol), C-C bağlarından (348 kJ/mol) önemli ölçüde daha yüksektir. Yüksek sıcaklıklarda, alev yayılmasını engelleyen yoğun bir silika koruyucu tabaka oluştururlar. Örneğin, halojensiz alev geciktirici poliolefin kablo bileşimlerine %0,5-3 oranında Javachem® GT serisi (Zhejiang Jiahua) eklemek, Oksijen İndeksini (OI) %37'nin üzerine çıkarabilir, kalıp birikimini azaltabilir ve hat hızını %20 artırabilir.

• Uygulama: Özellikle yüksek dolgulu sistemlerde (%60'ın üzerinde dolgu) EVA/PE bazlı kablo bileşimleri için uygundur. Hidrofobik yapıları nem emilimini azaltır ve hava koşullarına dayanıklılığı artırır.

• Tipik Kaliteler: Dow Corning DC-3200, Shin-Etsu KF-96, Zhejiang Jiahua GT-300.

1.2. Metalik Sabunlar (Kalsiyum/Çinko Stearat)

• Alev Geciktiricilik Mekanizması: Kalsiyum stearat 200-250°C'de ayrışarak CaO ve CO₂ üretir. CaO, kalsiyum alüminat oluşturmak için Alüminyum Trihidroksit (ATH) ile reaksiyona girebilir ve bu da kömür tabakası yoğunluğunu artırır. Çalışmalar, %2-3 kalsiyum stearatın Zirve Isı Salınım Oranını (PHRR) %15 oranında azaltabildiğini ve dolgu dağılımını iyileştirdiğini göstermektedir.

• Proses Uyumluluğu: Fosfor-nitrojen alev geciktiricilerle (örneğin, MPP) önemli sinerji gösterir. UL94 V-0 derecesini etkilemeden, halojensiz formülasyonlarda geleneksel yağlayıcıların bir kısmının yerine %1-2 oranında kullanılabilir.

• Not: Aşırı kullanım çiçeklenmeye neden olabilir; iç yağlayıcılarla (örneğin, Pentaeritritol stearat) birlikte kullanılması önerilir.

1.3. Oksitlenmiş Polietilen Balmumu (OPE Balmumu)

• Özellikleri: Karbonil içeriği (%1,5-3), Magnezyum Hidroksit (MDH) gibi polar alev geciktiricilerle uyumluluğu artırır. Yüksek sıcaklıklarda oluşan oksitlenmiş tabaka yanmayı bastırabilir. Testler, %1,5 OPE balmumu içeren kablo bileşimlerinin, standart PE balmumu içerenlere göre 5 puan daha yüksek olan %32'lik bir OI'yi koruduğunu göstermektedir.

• Uygulama Tavsiyesi: 180-220°C'deki ekstrüzyon işlemleri için uygun, 8000-15000 arasında molekül ağırlığına sahip yüksek erime noktalı kaliteler (Damla Noktası: 105-115°C) tercih edin.

• Tipik Kaliteler: Honeywell A-C 629, Clariant Licowax OP.

1.4. Politetrafloroetilen (PTFE) Mikropowder

• Alev Geciktiricilik Özellikleri: PTFE, yüksek bir ayrışma sıcaklığına (~500°C) sahiptir ve yanma sırasında yalnızca eser miktarda CO₂ ve HF üretir. Oluşan kömür tabakası erime damlamasını önler. Alev geciktirici PP'ye %0,5-1 PTFE mikropowder eklemek, erime damlaması sıklığını %70'ten %10'un altına düşürebilir.

• Özel Değer: Çok düşük sürtünme katsayısı (0,05-0,1) sayesinde yüksek hızlı ekstrüzyon sırasında arayüzey sürtünme ısısını azalttığı için düşük dumanlı kablolar (örneğin, demiryolu geçişi) için uygundur.

• Tipik Kaliteler: DuPont Teflon® MP100, Daikin Polyflon® L-15.

2. Dikkat Gerektiren Yağlayıcı Tipleri

2.1. Yağ Asitleri (Stearik Asit/Oleik Asit)

• Risk Analizi: Stearik asit (C18H36O2), yüksek bir yanma ısısına (42 MJ/kg, PE'den ~%10 daha yüksek) sahiptir. Ayrışması, alev yayılmasını teşvik edebilen uzun zincirli hidrokarbonlar üretir. %0,5'in üzerinde eklemek, UL94 derecesinin V-0'dan V-2'ye düşmesine neden olabilir.

• Alternatifler: Tamamen kalsiyum stearat ile değiştirin veya daha düşük yanma ısısına sahip düşük molekül ağırlıklı hidroksistearik asit (örneğin, 12-hidroksistearik asit) kullanın.

2.2. Standart Amitler (EBS)

• Sınırlamalar: EBS, 300°C'nin üzerinde ayrışarak, fosfor bazlı alev geciktiricilerin kömür oluşturma mekanizmasına müdahale edebilen amonyak ve nitril gazları üretir. Deneyler, %1 EBS'nin dikey yanma süresini 2-3 saniye artırabileceğini göstermektedir.

• İyileştirme Yönü: Yanma sırasında salınan siloksanların amid ayrışmasının olumsuz etkilerini kısmen telafi edebildiği silan modifiye EBS (örneğin, Clariant Licowax EBS-S) kullanın.

2.3. Parafin Mumları (Sıvı Parafin/Mikrokristalin Mum)

• Yanma Riskleri: Parafinin uçucu bileşenleri yüzeye göç etme eğilimindedir ve yanıcı bir tabaka oluşturur. OI testlerinde, %2 parafin eklemek OI değerini 3-5 puan düşürebilir.

• Alternatifler: Parafinden daha iyi termal kararlılığa ve yanma sırasında daha yüksek kömür kalıntısına sahip, dar bir molekül ağırlığı dağılımına sahip yüksek erime noktalı (>90°C) Fischer-Tropsch mumları kullanın.

3. Seçim Stratejisi ve Proses Optimizasyonu

3.1. Alev Geciktiricilerle Sinerjik Tasarım

• Fosfor-Silikon Sinerjisi: Silikon yağlayıcılar alüminyum fosfinat ile birleştirildiğinde, siloksanlar fosfor bazlı alev geciktiricilerin yüzey zenginleşmesini teşvik edebilir ve %35'in üzerinde OI'yi artıran bir "Si-P-kömür" kompozit koruyucu tabaka oluşturabilir.

• Metalik Sabun-Hidroksit Sinerjisi: 1:10 kütle oranında (kalsiyum stearat:ATH), oluşan kalsiyum alüminat kömür dayanımını artırır ve 800°C'deki kalıntıyı %22'den %28'e çıkarır.

3.2. İşleme Parametresi Eşleşmesi

• Sıcaklık Kontrolü: Silikon yağlayıcılar için optimum işleme sıcaklığı 180-200°C'dir; Si-O bağının kırılmasını önlemek için 220°C'yi aşmaktan kaçının. Erken ayrışmayı önlemek için metalik sabunları karıştırma döngüsünde daha sonra (130-150°C) ekleyin.

• Dispersiyon İşlemi: Yüksek dolgulu sistemler için, yağlayıcıların ve alev geciktiricilerin homojen bir şekilde dağılması için yüksek kesme (vida hızı 300-400 rpm) ile çift vidalı ekstrüderler kullanın. Silikon tozunu ATH ile önceden karıştırmak ve iki adımda eklemek, çekme dayanımını %12 artırabilir.

3.3. Sertifikasyon ve Test Doğrulaması

• Temel Testler: Oksijen İndeksi (GB/T 2406.2) ≥32%; Dikey Yanma (UL94) V-0; Duman Yoğunluğu (GB/T 8323.2) Dm(4min) ≤75.

• Uzun Süreli Performans: Termal yaşlanmadan sonra (120°C×168s), çekme dayanımındaki değişim ≤±%10 olmalı ve kopmadaki uzamadaki değişim ≤±%15 olmalıdır.

• Çevresel Uygunluk: RoHS ve REACH ile uyumlu yağlayıcıları tercih edin. Tıbbi kablolar için USP Sınıf VI gibi standartlara uyun.

4. Tipik Formülasyon Örnekleri

4.1. Halojensiz Alev Geciktirici Poliolefin Kablo Bileşimi

• Formülasyon (ağırlıkça parça): EVA (VA %18) 100, Magnezyum Hidroksit 120, Silikon Tozu 2, Kalsiyum Stearat 1,5, Antioksidan 1010 0,5, Işık Stabilizatörü 770 0,3.

• Özellikler: OI %37, Çekme Dayanımı 11 MPa, Kopmadaki Uzama %160, Isı Büzülme (120°C×24s) %0,8.

4.2. Yüksek Alev Geciktiricili PVC Kablo Bileşimi

• Formülasyon (ağırlıkça parça): PVC 100, Antimon Trioksit 5, Fosfat Ester Alev Geciktirici 20, Kalsiyum Stearat 1,2, OPE Balmumu 1,0, Epoksitlenmiş Soya Yağı 5.

• Özellikler: UL94 V-0, OI %34, Yüzey Direnci >10^14 Ω·cm. Endüstriyel kontrol kabloları için uygundur.

5. Risk Kontrolü ve Endüstri Trendleri

• Parti Kararlılığı: Gelen yağlayıcı partileri üzerinde, başlangıç ayrışma sıcaklığının >250°C ve uçucu maddelerin ≤%0,5 olduğundan emin olmak için Termogravimetrik Analiz (TGA) yapın.

• Alternatif Doğrulama: İthal yağlayıcıları değiştirmek için bir "kademeli değiştirme yöntemi" kullanın: Performans doğrulamadan sonra %30 yerli ürünle başlayın, kademeli olarak %100'e çıkarın. Örneğin, Yanshan Petrochemical'in silikon tozu, fotovoltaik kablolarda Dow Corning DC-3200'ün yerini başarıyla almıştır.

• Sürdürülebilirlik: Biyo bazlı yağlayıcılar (örneğin, hint yağı bazlı amitler), geleneksel yağlayıcılara göre ~%40 daha düşük karbon emisyonlarına sahiptir ve yanma sırasında salınan CO₂, AB'nin CBAM gibi düzenlemeleriyle uyumlu olarak bitkiler tarafından emilebilir.

Sonuç

Silikon bazlı yağlayıcılar, metalik sabunlar, oksitlenmiş polietilen balmumu ve PTFE mikropowder, yağlama ve alev geciktiriciliği dengeleyen kablo bileşimleri için ideal seçimlerdir. Pratik uygulama, belirli alev geciktirici sistemine, işleme koşullarına ve performans gereksinimlerine göre optimizasyon gerektirir ve uyumluluk ve yanma performansı için küçük ölçekli denemelerle doğrulanır.