Memilih Pelumas dengan Dampak Minimal pada Kemudahan Terbakar dalam Formulasi Senyawa Kabel

Memilih Pelumas dengan Dampak Minimal pada Mudah Terbakarnya dalam Formulasi Senyawa Kabel

Pendahuluan

Pemilihan pelumas dalam formulasi senyawa kabel memerlukan pertimbangan yang cermat terhadap dampaknya pada ketahanan api. Pelumas yang optimal harus memberikan bantuan pemrosesan yang sangat baik tanpa mengorbankan ketahanan api material. Artikel ini menguraikan rekomendasi berdasarkan struktur kimia, stabilitas termal, dan efek sinergis dengan sistem penahan api, yang diambil dari praktik industri dan data penelitian.

1. Jenis dan Mekanisme Pelumas yang Direkomendasikan

1.1. Pelumas Berbasis Silikon (Serbuk/Oli Silikon)

• Keuntungan Utama: Energi ikatan Si-O dalam silikon (452 kJ/mol) secara signifikan lebih tinggi daripada ikatan C-C (348 kJ/mol). Pada suhu tinggi, mereka membentuk lapisan pelindung silika padat yang menghambat penyebaran api. Misalnya, penambahan 0,5-3% seri Javachem® GT (Zhejiang Jiahua) ke senyawa kabel poliolefin tahan api bebas halogen dapat meningkatkan Indeks Oksigen (OI) menjadi lebih dari 37%, mengurangi penumpukan die, dan meningkatkan kecepatan jalur sebesar 20%.

• Aplikasi: Cocok untuk senyawa kabel berbasis EVA/PE, terutama dalam sistem yang sangat terisi (>60% pengisi). Sifat hidrofobiknya mengurangi penyerapan kelembaban dan meningkatkan ketahanan cuaca.

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

1.2. Sabun Logam (Kalsium/Zinc Stearat)

• Mekanisme Penahanan Api: Kalsium stearat terurai pada suhu 200-250°C, menghasilkan CaO dan CO₂. CaO dapat bereaksi dengan Aluminium Trihidroksida (ATH) untuk membentuk kalsium aluminat, meningkatkan kepadatan lapisan arang. Studi menunjukkan bahwa 2-3% kalsium stearat dapat mengurangi Laju Pelepasan Panas Puncak (PHRR) sebesar 15% dan meningkatkan dispersi pengisi.

• Kompatibilitas Proses: Menunjukkan sinergi yang signifikan dengan penahan api fosfor-nitrogen (misalnya, MPP). Dapat menggantikan sebagian pelumas tradisional dalam formulasi bebas halogen tanpa memengaruhi peringkat UL94 V-0 bila digunakan pada 1-2%.

• Catatan: Penggunaan berlebihan dapat menyebabkan blooming; direkomendasikan untuk digunakan dalam kombinasi dengan pelumas internal (misalnya, Pentaerythritol stearat).

1.3. Lilin Polietilena Teroksidasi (Lilin OPE)

• Karakteristik: Kandungan karbonil (1,5-3%) meningkatkan kompatibilitas dengan penahan api polar seperti Magnesium Hidroksida (MDH). Lapisan teroksidasi yang terbentuk pada suhu tinggi dapat menekan pembakaran. Pengujian menunjukkan senyawa kabel dengan 1,5% lilin OPE mempertahankan OI sebesar 32%, 5 poin lebih tinggi daripada yang menggunakan lilin PE standar.

• Saran Aplikasi: Lebih memilih grade titik leleh tinggi (Titik Jatuh: 105-115°C) dengan berat molekul antara 8000-15000, cocok untuk proses ekstrusi pada suhu 180-220°C.

• Grade Khas: Honeywell A-C 629, Clariant Licowax OP.

1.4. Mikropowder Polytetrafluoroethylene (PTFE)

• Fitur Penahanan Api: PTFE memiliki suhu dekomposisi yang tinggi (~500°C), hanya menghasilkan sedikit CO₂ dan HF saat terbakar. Lapisan arang yang terbentuk mencegah tetesan leleh. Penambahan 0,5-1% mikropowder PTFE ke PP tahan api dapat mengurangi kejadian tetesan leleh dari 70% menjadi di bawah 10%.

• Nilai Spesifik: Cocok untuk kabel rendah asap (misalnya, transit kereta api), di mana koefisien gesekannya yang sangat rendah (0,05-0,1) mengurangi panas gesekan antarmuka selama ekstrusi berkecepatan tinggi.

• Grade Khas: DuPont Teflon® MP100, Daikin Polyflon® L-15.

2. Jenis Pelumas yang Membutuhkan Perhatian

2.1. Asam Lemak (Asam Stearat/Asam Oleat)

• Analisis Risiko: Asam stearat (C18H36O2) memiliki panas pembakaran yang tinggi (42 MJ/kg, ~10% lebih tinggi dari PE). Dekomposisinya menghasilkan hidrokarbon rantai panjang yang dapat memicu penyebaran api. Penambahan lebih dari 0,5% dapat menyebabkan peringkat UL94 turun dari V-0 menjadi V-2.

• Alternatif: Ganti sepenuhnya dengan kalsium stearat atau gunakan asam hidroksistearat berat molekul rendah (misalnya, asam 12-hidroksistearat), yang memiliki panas pembakaran 18% lebih rendah.

2.2. Amida Standar (EBS)

• Keterbatasan: EBS terurai di atas 300°C, menghasilkan gas amonia dan nitril, yang dapat mengganggu mekanisme pembentukan arang dari penahan api berbasis fosfor. Eksperimen menunjukkan 1% EBS dapat meningkatkan waktu pembakaran vertikal sebesar 2-3 detik.

• Arah Peningkatan: Gunakan EBS yang dimodifikasi silana (misalnya, Clariant Licowax EBS-S), di mana siloksan yang dilepaskan selama pembakaran dapat sebagian menangkal efek negatif dari dekomposisi amida.

2.3. Lilin Parafin (Parafin Cair/Lilin Mikrokristalin)

• Risiko Pembakaran: Komponen volatil parafin cenderung bermigrasi ke permukaan, membentuk lapisan yang mudah terbakar. Dalam pengujian OI, penambahan 2% parafin dapat menurunkan nilai OI sebesar 3-5 poin.

• Alternatif: Gunakan lilin Fischer-Tropsch titik leleh tinggi (>90°C), yang memiliki distribusi berat molekul yang sempit, stabilitas termal yang lebih baik daripada parafin, dan residu arang yang lebih tinggi saat terbakar.

3. Strategi Pemilihan dan Optimasi Proses

3.1. Desain Sinergis dengan Penahan Api

• Sinergi Fosfor-Silikon: Ketika pelumas silikon dikombinasikan dengan aluminium fosfinat, siloksan dapat mempromosikan pengayaan permukaan penahan api berbasis fosfor, membentuk lapisan pelindung komposit "Si-P-arang", meningkatkan OI menjadi lebih dari 35%.

• Sinergi Sabun Logam-Hidroksida: Pada rasio massa 1:10 (kalsium stearat:ATH), kalsium aluminat yang terbentuk meningkatkan kekuatan arang, meningkatkan residu pada suhu 800°C dari 22% menjadi 28%.

3.2. Pencocokan Parameter Pemrosesan

• Kontrol Suhu: Suhu pemrosesan optimal untuk pelumas silikon adalah 180-200°C; hindari melebihi 220°C untuk mencegah kerusakan ikatan Si-O. Tambahkan sabun logam kemudian dalam siklus pencampuran (130-150°C) untuk mencegah dekomposisi prematur.

• Proses Dispersi: Untuk sistem yang sangat terisi, gunakan ekstruder ulir ganda dengan geser tinggi (kecepatan ulir 300-400 rpm) untuk dispersi pelumas dan penahan api yang seragam. Pra-pencampuran serbuk silikon dengan ATH dan penambahan dalam dua langkah dapat meningkatkan kekuatan tarik sebesar 12%.

3.3. Sertifikasi dan Validasi Pengujian

• Pengujian Dasar: Indeks Oksigen (GB/T 2406.2) ≥32%; Pembakaran Vertikal (UL94) V-0; Kepadatan Asap (GB/T 8323.2) Dm(4min) ≤75.

• Kinerja Jangka Panjang: Setelah penuaan termal (120°C×168j), perubahan kekuatan tarik harus ≤±10%, dan perubahan perpanjangan saat putus harus ≤±15%.

• Kepatuhan Lingkungan: Lebih memilih pelumas yang sesuai dengan RoHS dan REACH. Untuk kabel medis, patuhi standar seperti USP Kelas VI.

4. Contoh Formulasi Khas

4.1. Senyawa Kabel Poliolefin Tahan Api Bebas Halogen

• Formulasi (bagian berdasarkan berat): EVA (VA 18%) 100, Magnesium Hidroksida 120, Serbuk Silikon 2, Kalsium Stearat 1,5, Antioksidan 1010 0,5, Penstabil Cahaya 770 0,3.

• Properti: OI 37%, Kekuatan Tarik 11 MPa, Perpanjangan saat Putus 160%, Penyusutan Panas (120°C×24j) 0,8%.

4.2. Senyawa Kabel PVC Tahan Api Tinggi

• Formulasi (bagian berdasarkan berat): PVC 100, Antimon Trioksida 5, Penahan Api Ester Fosfat 20, Kalsium Stearat 1,2, Lilin OPE 1,0, Minyak Kedelai Epoksidasi 5.

• Properti: UL94 V-0, OI 34%, Resistivitas Permukaan >10^14 Ω·cm. Cocok untuk kabel kontrol industri.

5. Pengendalian Risiko dan Tren Industri

• Stabilitas Batch: Lakukan Analisis Termogravimetri (TGA) pada batch pelumas yang masuk untuk memastikan suhu dekomposisi awal >250°C dan volatil ≤0,5%.

• Validasi Alternatif: Gunakan "metode penggantian bertahap" untuk mengganti pelumas impor: mulai dengan 30% produk domestik, secara bertahap tingkatkan menjadi 100% setelah verifikasi kinerja. Misalnya, serbuk silikon Yanshan Petrochemical telah berhasil menggantikan Dow Corning DC-3200 dalam kabel fotovoltaik.

• Keberlanjutan: Pelumas berbasis bio (misalnya, amida berbasis minyak jarak) memiliki emisi karbon ~40% lebih rendah daripada yang tradisional, dan CO₂ yang dilepaskan selama pembakaran dapat diserap oleh tumbuhan, sejalan dengan peraturan seperti CBAM UE.

Kesimpulan

Pelumas berbasis silikon, sabun logam, lilin polietilena teroksidasi, dan mikropowder PTFE adalah pilihan ideal untuk senyawa kabel yang menyeimbangkan pelumasan dan ketahanan api. Aplikasi praktis memerlukan optimasi berdasarkan sistem penahan api tertentu, kondisi pemrosesan, dan persyaratan kinerja, yang divalidasi melalui uji coba skala kecil untuk kompatibilitas dan kinerja pembakaran.