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引言：解决高负载ATH/MDH阻燃聚烯烃化合物加工难题

在电缆行业，严格的阻燃要求对于确保火灾发生时人员和设备的安全至关重要。氢氧化铝 (ATH) 和氢氧化镁 (MDH) 作为无卤阻燃剂，因其环境友好、低烟排放且不释放腐蚀性气体等优点，被广泛应用于聚烯烃电缆化合物中。然而，要达到所需的阻燃性能，通常需要在聚烯烃基体中添加高含量的 ATH 和 MDH——通常为 50-70 wt% 或更高。

虽然高填料含量能显著提高阻燃性，但也带来了严重的加工难题，包括熔体粘度增加、流动性降低、机械性能受损以及表面质量差。这些问题会极大地限制生产效率和产品质量。

本文旨在系统地探讨高填充量ATH/MDH阻燃聚烯烃化合物在电缆应用中面临的加工挑战。基于市场反馈和实践经验，识别 有效的加工添加剂为了应对这些挑战。本文提供的见解旨在帮助电线电缆制造商在使用高含量ATH/MDH阻燃聚烯烃化合物时优化配方并改进生产工艺。

了解ATH和MDH阻燃剂

氢氧化铝（ATH）和甲基二氢呋喃（MDH）是两种主要的无机无卤阻燃剂，广泛应用于聚合物材料，尤其是在对安全性和环保要求较高的电缆应用中。它们通过吸热分解和释放水来发挥作用，稀释可燃气体并在材料表面形成保护性氧化层，从而抑制燃烧并减少烟雾。ATH的分解温度约为200–220°C，而MDH的分解温度更高，为330–340°C，因此MDH更适用于高温加工的聚合物。

1. ATH 和 MDH 的阻燃机理包括：

1.1. 吸热分解：

加热时，ATH (Al(OH)₃) 和 MDH (Mg(OH)₂) 发生吸热分解，吸收大量热量，降低聚合物温度，从而延缓热降解。

ATH：2Al(OH)₃ → Al2O₃ + 3H2O，ΔH ≈ 1051 J/g

MDH：Mg(OH)₂ → MgO + H₂O，ΔH ≈ 1316 J/g

1.2. 水蒸气释放：

释放出的水蒸气稀释了聚合物周围的可燃气体，限制了氧气的进入，从而抑制了燃烧。

1.3. 保护层的形成：

生成的金属氧化物（Al₂O₃ 和 MgO）与聚合物炭层结合，形成致密的保护层，该保护层可阻挡热量和氧气渗透，并阻止可燃气体的释放。

1.4. 烟雾抑制：

该保护层还能吸附烟雾颗粒，降低烟雾的整体浓度。

尽管ATH/MDH具有优异的阻燃性能和环境效益，但要达到较高的阻燃等级，通常需要50-70 wt%或更多的ATH/MDH，这是后续加工挑战的主要原因。
2. 高负载ATH/MDH聚烯烃在电缆应用中的关键加工挑战

2.1. 流变性能恶化：

高填料含量会显著增加熔体黏度并降低流动性。这使得挤出过程中的塑化和流动更加困难，需要更高的加工温度和剪切力，从而增加能耗并加速设备磨损。熔体流动性降低还会限制挤出速度和生产效率。

2.2. 机械性能降低：

大量的无机填料会稀释聚合物基体，显著降低拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度。例如，添加50%或以上的ATH/MDH可能会使拉伸强度降低约40%或更多，这对柔性耐用电缆材料提出了挑战。

2.3. 分散问题：

ATH 和 MDH 颗粒经常在聚合物基质中聚集，导致应力集中点、机械性能降低以及挤出缺陷，如表面粗糙度或气泡。

2.4.表面质量差：

熔体粘度过高、分散性差以及填料与聚合物相容性有限会导致挤出物表面粗糙或不平整，从而产生“鲨鱼皮”或模头积垢。模头处的积垢（模头滴水）会影响外观和连续生产。

2.5. 电气性能影响：

高填料含量和分散不均匀会影响介电性能，例如体积电阻率。此外，ATH/MDH 的吸湿性相对较高，这可能会影响其在潮湿环境中的电性能和长期稳定性。

2.6. 较窄的处理窗口：

高含量阻燃聚烯烃的加工温度范围较窄。氢氧化铝（ATH）在200℃左右开始分解，而甲基二氢氢氧化铝（MDH）在330℃左右开始分解。需要精确的温度控制，以防止过早分解，并确保阻燃性能和材料完整性。

这些挑战使得高负载 ATH/MDH 聚烯烃的加工变得复杂，并凸显了有效加工助剂的必要性。

为了应对这些挑战，电缆行业开发并应用了多种加工助剂。这些助剂能够改善聚合物与填料的界面相容性，降低熔体粘度，并增强填料分散性，从而优化加工性能和最终的机械性能。

在电缆行业应用中，哪些加工助剂最能有效解决高负载ATH/MDH阻燃聚烯烃化合物的加工和表面质量问题？

硅基添加剂和生产助剂：

SILIKE 提供多种用途聚硅氧烷基加工助剂适用于标准热塑性塑料和工程塑料，有助于优化加工工艺并提升成品性能。我们的解决方案涵盖了从值得信赖的硅酮母料 LYSI-401 到创新型添加剂 SC920——后者专为提高高负载、无卤低烟无卤 (LSZH) 和高氟阻燃低烟无卤 (HFFR LSZH) 电缆挤出的效率和可靠性而设计。

具体来说，SILIKE 超高分子量硅基润滑剂加工添加剂已证实对电缆中的ATH/MDH阻燃聚烯烃化合物有益。主要效果包括：

1. 降低熔体粘度：聚硅氧烷在加工过程中迁移到熔体表面，形成润滑膜，从而减少与设备的摩擦并改善流动性。

2. 增强分散性：硅基添加剂促进 ATH/MDH 在聚合物基质中的均匀分布，最大限度地减少颗粒聚集。

3. 表面质量改善：LYSI-401 硅酮母料减少模具积垢和熔体破裂，从而产生更光滑、缺陷更少的挤出物表面。

4. 更快的生产线速度：硅油加工助剂 SC920适用于电缆高速挤出。可防止线径不稳定和螺杆打滑，提高生产效率。在相同能耗下，挤出量提高10%。

5. 改善机械性能：通过增强填料分散性和界面粘合性，硅酮母料可改善复合材料的耐磨性和机械性能，如冲击性能和断裂伸长率。

6.阻燃协同作用和抑烟作用：硅氧烷添加剂可以略微增强阻燃性能（例如，提高极限氧指数），并减少烟雾排放。

SILIKE是亚太地区领先的硅基添加剂、加工助剂和热塑性硅弹性体生产商。

我们的硅加工助剂广泛应用于热塑性塑料和电缆行业，以优化加工、改善填料分散、降低熔体粘度，并以更高的效率获得更光滑的表面。

其中，硅酮母料LYSI-401和创新型硅酮加工助剂SC920是ATH/MDH阻燃聚烯烃配方（尤其是LSZH和HFFR电缆挤出）的成熟解决方案。通过整合SILIKE的硅酮基添加剂和生产助剂，制造商可以实现稳定的生产和一致的产品质量。

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