Im Bereich der halogenfrei flammgeschützten KabelmaterialienMagnesiumhydroxid (MDH)UndAluminiumhydroxid (ATH)sind die beiden gängigsten Flammschutzmittel für Füllungen, und ihre Auswahl wirkt sich direkt auf den Flammschutzgrad, die Verarbeitungsleistung, die Langzeitzuverlässigkeit und die Kosten des Kabels aus. Dieser Artikel basiert auf dem thermischen Zersetzungsmechanismus, der Kristallmorphologie und den Oberflächeneigenschaften. Es vergleicht systematisch die Kernunterschiede zwischen den beiden in Bezug auf Zersetzungstemperatur, Flammschutzwirkung, mechanische Effekte, elektrische Isolierung und Umweltbeständigkeit sowie spezifische Anwendungsszenarien. Es bietet einen wissenschaftlichen Rahmen für die Auswahlentscheidung und Strategien zur Optimierung von Verbindungen.
·Aluminiumhydroxid (ATH, Al(OH)₃):
·Zersetzungstemperatur: Niedrig, etwa 180–220 °C, beginnt die endotherme Zersetzung mit einem Höhepunkt bei etwa 205 °C.
·Wärmeabsorptionswert: relativ hoch, etwa 1050 J/g.
·Reaktionsgleichung: 2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O ↑ (wobei etwa 34,6 Gew.-% gebundenes Wasser freigesetzt werden).
·Auswirkung: Die erheblichen Auswirkungen der Wärmeabsorption, Kühlung und Freisetzung von Wasserdampfverdünnung schränken seine Anwendung in Hochtemperatur-Verarbeitungssystemen, wie z. B. der Peroxidvernetzung, ein.
·Magnesiumhydroxid (MDH, Mg (OH) ₂):
·Zersetzungstemperatur: relativ hoch, etwa 300–340 °C, beginnt die endotherme Zersetzung mit einem Höhepunkt bei etwa 330 °C.
·Wärmeabsorptionswert: ca. 1300 J/g.
·Reaktionsformel: Mg(OH)₂ → MgO + H₂O ↑ (Freisetzung von etwa 31,0 Gew.-% gebundenem Wasser).
·Auswirkungen: Aufgrund der höheren thermischen Stabilität eignet es sich für Kabelmaterialsysteme mit höheren Verarbeitungstemperaturen.
·Kristallmorphologie: ATH ist normalerweise unregelmäßig plattenartig oder rautenförmig; Bei MDH handelt es sich meist um sechseckige, plattenförmige Kristalle. MDH weist eine höhere Kristallhärte und einen relativ höheren Verschleiß der Verarbeitungsausrüstung auf.
·Oberflächenenergie: Beide sind hydrophil und weisen eine schlechte Kompatibilität mit hydrophoben Polymeren auf. Eine Oberflächenmodifizierung (Beschichtung mit Stearinsäure, Silan, Titanat usw.) ist erforderlich, und der Modifikationseffekt ist der Schlüssel zur Bestimmung der Füllmenge und der endgültigen Leistung.
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Leistungsdimension |
Aluminiumhydroxid (ATH) |
Magnesiumhydroxid (MDH) |
Inspiration für Kabelanwendungen |
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Anpassungsfähigkeit der Verarbeitung |
Niedrige Zersetzungstemperatur, nur für Systeme mit Verarbeitungstemperatur ≤ 200 °C geeignet, wie z. B. Silanvernetzung, Strahlenvernetzung oder teilweise thermoplastische Mantelmaterialien. |
Hohe thermische Stabilität, geeignet für Systeme mit Verarbeitungstemperaturen von 180–300 °C, wie z. B. peroxidvernetztes Polyethylen (XLPE) und extrudierte Hochtemperaturhüllen. |
Hauptauswahlkriterien: Wählen Sie vorab anhand des Produktionsprozesses des Kabels (Temperatur, Scherkraft) aus. |
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Flammhemmende Effizienz |
Hoher Wärmeabsorptionswert, hervorragende Rauchunterdrückungswirkung. Um den gleichen Flammschutzgrad (z. B. UL94 V-0) zu erreichen, ist jedoch normalerweise eine höhere Füllmenge (60–65 %) erforderlich. |
Die Wärmeaufnahme pro Masseneinheit ist höher und der Zersetzungsrückstand MgO ist bei hohen Temperaturen stabiler, was zu einer besseren Schutzwirkung der gebildeten Kohlenstoffschicht führt. Normalerweise ist die Füllmenge etwas niedriger als ATH (55–65 % können den gleichen Effekt erzielen). |
MDH bietet leichte Vorteile beim Tropfschutz und bei der Unterdrückung der Nachverbrennung und eignet sich besonders für hohe Flammschutzanforderungen (z. B. IEC 60332-3 Kat. A). |
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Einfluss auf mechanische Eigenschaften |
Die Härte ist gering und die Versteifungswirkung auf die Polymermatrix ist schwach, aber eine hohe Füllung beeinträchtigt die Zähigkeit immer noch erheblich (mit einer Abnahme der Bruchdehnung). |
Die hohe Härte des Kristalls führt zu einem deutlicheren Versteifungseffekt der Matrix und die negativen Auswirkungen auf Schlagzähigkeit und Dehnung sind bei gleicher Füllmenge in der Regel größer als bei ATH. |
Bei Anwendungen, die eine hohe Flexibilität erfordern (z. B. Schleppkettenkabel und Roboterkabel), sollte MDH mit hoher Füllung mit Vorsicht verwendet oder durch elastische Substrate oder Verbundwerkstoffmodifikationen ausgeglichen werden. |
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Elektrische Leistung |
Das Zersetzungsprodukt Al₂O₃ ist ein ausgezeichneter Isolator, der zur Aufrechterhaltung des Isolationswiderstands beiträgt. Bei einer hohen Füllung können jedoch Verunreinigungen eingebracht werden, die sich auf den Volumenwiderstand auswirken. |
Das Zersetzungsprodukt MgO hat außerdem eine gute Isolierung und eine geringere Feuchtigkeitsaufnahme als Al₂O₃, was dazu beiträgt, stabilere dielektrische Eigenschaften in feuchten Umgebungen aufrechtzuerhalten. |
Testen Sie die elektrische Leistung von Mittel- und Hochspannungsisoliermaterialien streng, nachdem Sie Wasser aufgenommen haben. MDH weist typischerweise eine bessere elektrische Langzeitstabilität auf. |
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Säurebeständigkeit und Niederschlagsbeständigkeit |
Der Rest von Al₂O₃ ist amphoter und kann in sauren oder stark alkalischen Umgebungen reagieren. Eine Langzeitanwendung in sauren Böden sollte in Betracht gezogen werden. |
MgO-Rückstände sind alkalisch und weisen eine geringe Säurebeständigkeit auf, können jedoch saure Gase, die bei der Verbrennung entstehen (wie HCl, SO₂), neutralisieren, was für Orte mit geringen Anforderungen an korrosive Rauchgase von Vorteil ist. |
Bewerten Sie den Säuregehalt, die Alkalität und die Luftfeuchtigkeit der Kabelnutzungsumgebung (Chemie, Tunnel, Meer) und wählen Sie ein stabileres System. |
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Rauchunterdrückungseigenschaft |
Exzellent. ATH gilt weithin als eines der wirksamsten Rauchunterdrückungsmittel, mit einer viel geringeren Rauchentwicklung als die meisten Flammschutzmittel. |
Hervorragend, aber bei gleicher Füllmenge ist die Rauchunterdrückungswirkung meist etwas schlechter als bei ATH. |
Für Orte mit strengen Anforderungen an die Rauchtoxizität, wie U-Bahnen und Hochhäuser, sollten ATH oder ATH-basierte Formulierungen vorrangig in Betracht gezogen werden. |
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Dichte |
etwa 2,42 g/cm³ |
etwa 2,38 g/cm³ |
Die Kabeldichte des Formula-Kabels ist etwas geringer, was sich positiv auf die Reduzierung des Gewichts und der Stücklängenkosten auswirkt. |
-Kabel für die Verarbeitung bei niedrigen Temperaturen: PVC, weiches EVA, raucharmer und halogenfreier Mantel für mittlere und niedrige Temperaturen, Steuerkabel
-Allgemeine Gebäudeverkabelung, Heimdekorationskabel, Schwachstromkabel für den Innenbereich
- Kostenempfindlich, große Mengen, Flammschutzanforderungen V-1/V-2, Flammschutzklasse C/B
-Schwach flammhemmende Szenarien mit geringer Füllung, hoher Dehnung und hoher Flexibilität
-Hochtemperatur-Verarbeitungssystem: PP, XLPE, Strahlenvernetzung, Silanvernetzung TPE/TPU
-High-End-Sicherheitsszenarien: U-Bahn, Hochgeschwindigkeitszug, Schiffe, Kernkraft, Tunnel, Krankenhäuser, Rechenzentren
-Neue Energiekabel: Photovoltaik, Energiespeicherung, Windkraft, Ladesäulen, Strombatteriekabelbäume
-Hochspannungs-/Kommunikationskabel: erfordern eine hohe Isolierung, geringe Dielektrizität, geringe Rauchentwicklung und geringe Toxizität
-Langfristige wetter-/hitzebeständige Kabel: 105 ℃, 125 ℃, 150 ℃ Klassen
Empfohlenes Verhältnis: ATH: MDH=3:1~1:1
-Abgleich von Verarbeitungsfenster und Kosten
-Synergistische Verbesserung der Flammhemmung und Rauchunterdrückung
-Bessere mechanische Stabilität und Extrusionsstabilität
-Kann strenge Standards wie Flammschutzmittel der Klasse A, Klasse B1, UL VW-1, IEC 60332 usw. erfüllen
Es gibt keine absolute „Überlegenheit oder Unterlegenheit“ zwischen Magnesiumhydroxid und Aluminiumhydroxid bei Kabelmaterialien, sondern nur eine „Anpassung“ basierend auf spezifischen Anwendungsszenarien. Die Auswahl bewegt sich vom Empirismus hin zur präzisen Entscheidungsfindung auf der Grundlage von Daten und Mechanismen.
