Dalam bidang bahan kabel kalis api bebas halogen,magnesium hidroksida (MDH)danaluminium hidroksida (ATH)adalah dua kalis api pengisian arus perdana, dan pemilihannya secara langsung mempengaruhi gred kalis api, prestasi pemprosesan, kebolehpercayaan jangka panjang dan kos kabel. Artikel ini adalah berdasarkan mekanisme penguraian terma, morfologi kristal, dan ciri permukaan. Ia secara sistematik membandingkan perbezaan teras antara kedua-duanya dari segi suhu penguraian, kecekapan kalis api, kesan mekanikal, penebat elektrik, dan rintangan alam sekitar, serta senario aplikasi tertentu. Ia menyediakan rangka kerja membuat keputusan pemilihan saintifik dan strategi pengoptimuman kompaun.
·Aluminium Hidroksida (ATH, Al(OH)₃):
·Suhu penguraian: Rendah, sekitar 180-220 ℃, memulakan penguraian endotermik, dengan kemuncaknya sekitar 205 ℃.
·Nilai penyerapan haba: agak tinggi, kira-kira 1050 J/g.
·Persamaan tindak balas: 2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑ (melepaskan lebih kurang 34.6wt% air terikat).
·Kesan: Kesan ketara penyerapan haba, penyejukan dan pembebasan pencairan wap air mengehadkan penggunaannya dalam sistem pemprosesan suhu tinggi, seperti peroksida silang silang.
·Magnesium Hidroksida (MDH, Mg (OH) ₂):
·Suhu penguraian: agak tinggi, sekitar 300-340 ℃, memulakan penguraian endotermik, dengan kemuncaknya sekitar 330 ℃.
·Nilai penyerapan haba: kira-kira 1300 J/g.
·Formula tindak balas: Mg(OH)₂ → MgO + H₂O↑ (melepaskan lebih kurang 31.0% berat air terikat).
·Kesan: Kestabilan terma yang lebih tinggi menjadikannya sesuai untuk sistem bahan kabel dengan suhu pemprosesan yang lebih tinggi.
· Morfologi kristal: ATH biasanya tidak sekata seperti plat atau berbentuk berlian; MDH kebanyakannya adalah kristal seperti plat heksagon. MDH mempunyai kekerasan kristal yang lebih tinggi dan haus yang agak lebih besar pada peralatan pemprosesan.
·Tenaga permukaan: Kedua-duanya adalah hidrofilik dan mempunyai keserasian yang lemah dengan polimer hidrofobik. Pengubahsuaian permukaan (salutan dengan asid stearik, silane, titanat, dll.) adalah perlu, dan kesan pengubahsuaian adalah kunci untuk menentukan jumlah pengisian dan prestasi akhir.
|
Dimensi prestasi |
Aluminium hidroksida（ATH） |
Magnesium hidroksida（MDH） |
Inspirasi untuk Aplikasi Kabel |
|
Kebolehsuaian pemprosesan |
Suhu penguraian yang rendah, hanya sesuai untuk sistem dengan suhu pemprosesan ≤ 200 ℃, seperti silane crosslinking, penyinaran silang silang, atau bahan sarung separa termoplastik. |
Kestabilan haba yang tinggi, sesuai untuk sistem dengan suhu pemprosesan 180-300 ℃, seperti polietilena silang silang peroksida (XLPE) dan sarung tersemperit suhu tinggi. |
Kriteria pemilihan utama: Pilih berdasarkan proses pengeluaran kabel (suhu, daya ricih) terlebih dahulu. |
|
Kecekapan kalis api |
Nilai penyerapan haba yang tinggi, kesan penindasan asap yang sangat baik. Tetapi untuk mencapai tahap kalis api yang sama (seperti UL94 V-0) biasanya memerlukan jumlah pengisian yang lebih tinggi (60-65%). |
Penyerapan haba per unit jisim lebih tinggi, dan sisa penguraian MgO lebih stabil pada suhu tinggi, menghasilkan kesan perlindungan yang lebih baik bagi lapisan karbon yang terbentuk. Biasanya, jumlah pengisian adalah lebih rendah sedikit daripada ATH (55-65% boleh mencapai kesan yang sama). |
MDH mempunyai sedikit kelebihan dalam anti menitis dan menyekat pasca pembakaran, terutamanya sesuai untuk keperluan kalis api yang tinggi (seperti IEC 60332-3 Cat A). |
|
Pengaruh pada sifat mekanikal |
Kekerasan adalah rendah, dan kesan kekakuan pada matriks polimer adalah lemah, tetapi pengisian yang tinggi masih merosakkan keliatan dengan ketara (dengan penurunan dalam pemanjangan patah). |
Kekerasan hablur yang tinggi menghasilkan kesan pengerasan yang lebih ketara pada matriks, dan kesan negatif ke atas kekuatan hentaman dan pemanjangan pada jumlah isian yang sama biasanya lebih besar daripada ATH. |
Untuk aplikasi yang memerlukan fleksibiliti tinggi (seperti kabel rantai seret dan kabel robot), MDH pengisian tinggi harus digunakan dengan berhati-hati, atau diberi pampasan dengan substrat elastik atau pengubahsuaian komposit. |
|
Prestasi elektrik |
Hasil penguraian Al₂O₃ ialah penebat yang sangat baik yang membantu mengekalkan rintangan penebat. Tetapi pengisian yang tinggi boleh menyebabkan ion kekotoran, menjejaskan kerintangan isipadu. |
Produk penguraian MgO juga mempunyai penebat yang baik dan penyerapan lembapan yang lebih rendah daripada Al₂O₃, yang membantu mengekalkan sifat dielektrik yang lebih stabil dalam persekitaran lembap. |
Uji dengan ketat prestasi elektrik bahan penebat voltan sederhana dan tinggi selepas menyerap air. MDH biasanya mempamerkan kestabilan elektrik jangka panjang yang lebih baik. |
|
Rintangan asid dan rintangan pemendakan |
Sisa Al₂O₃ adalah amfoterik dan boleh bertindak balas dalam persekitaran berasid atau beralkali kuat. Penggunaan jangka panjang dalam tanah berasid harus dipertimbangkan. |
Sisa MgO adalah beralkali dan mempunyai rintangan asid yang lemah, tetapi ia boleh meneutralkan gas berasid yang dihasilkan oleh pembakaran (seperti HCl, SO₂), yang berfaedah untuk tempat yang mempunyai keperluan gas serombong menghakis yang rendah. |
Nilaikan keasidan, kealkalian dan kelembapan persekitaran penggunaan kabel (kimia, terowong, lautan) dan pilih sistem yang lebih stabil. |
|
Harta penindasan asap |
Cemerlang. ATH diiktiraf secara meluas sebagai salah satu penahan asap yang paling cekap, dengan pengeluaran asap yang jauh lebih rendah daripada kebanyakan kalis api. |
Cemerlang, tetapi dengan jumlah pengisian yang sama, kesan penindasan asap biasanya lebih rendah sedikit daripada ATH. |
Bagi tempat yang mempunyai keperluan ketat untuk ketoksikan asap seperti kereta bawah tanah dan bangunan bertingkat tinggi, formulasi berasaskan ATH atau ATH harus diberi keutamaan. |
|
Ketumpatan |
kira-kira 2.42 g/cm³ |
kira-kira 2.38 g/cm³ |
Ketumpatan kabel bagi kabel formula adalah lebih rendah sedikit, yang bermanfaat untuk mengurangkan berat dan kos panjang unit. |
-Kabel pemprosesan suhu rendah: PVC, EVA lembut, asap rendah dan sarung suhu sederhana rendah bebas halogen, kabel kawalan
-Pendawaian bangunan am, kabel hiasan rumah, kabel arus lemah dalaman
-Sensitif kos, kuantiti yang banyak, keperluan kalis api V-1/V-2, kalis api Kelas C/B
-Senario kalis api yang lemah dengan isian rendah, pemanjangan tinggi dan fleksibiliti tinggi
-Sistem pemprosesan suhu tinggi: PP, XLPE, penyinaran silang silang, silane silang TPE/TPU
-Senario keselamatan mewah: kereta api bawah tanah, kereta api berkelajuan tinggi, kapal, kuasa nuklear, terowong, hospital, pusat data
-Kabel tenaga baharu: fotovoltaik, storan tenaga, kuasa angin, longgokan pengecasan, abah-abah bateri kuasa
-Kabel voltan tinggi/komunikasi: memerlukan penebat tinggi, dielektrik rendah, asap rendah dan ketoksikan rendah
-Kabel tahan cuaca/haba jangka panjang: gred 105 ℃, 125 ℃, 150 ℃
Nisbah yang disyorkan: ATH: MDH=3:1~1:1
-Mengimbangi tetingkap pemprosesan dan kos
-Peningkatan sinergistik bagi kalis api dan penindasan asap
-Kestabilan mekanikal dan penyemperitan yang lebih baik
-Boleh memenuhi piawaian yang ketat seperti kalis api Kelas A, Kelas B1, UL VW-1, IEC 60332, dll
Tiada "keunggulan atau rendah diri" mutlak antara magnesium hidroksida dan aluminium hidroksida dalam bahan kabel, hanya "penyesuaian" berdasarkan senario aplikasi tertentu. Pemilihan bergerak daripada empirisme kepada membuat keputusan yang tepat berdasarkan data dan mekanisme.
