What Materials Are Used in LSZH Compounds? A Practical Composition Guide

Quando ocorre um incêndio num túnel, num centro de dados ou num arranha-céu, o revestimento do cabo não protege apenas o condutor. Também faz parte do sistema de gerenciamento de fumaça. Os compostos com baixo teor de fumaça e zero halogênio (LSZH) existem por esse motivo: eles limitam a fumaça, evitam gases de haleto de hidrogênio e dão às pessoas mais tempo para deixar a área com segurança.

Os compostos LSZH são construídos a partir de três componentes principais : uma resina à base de poliolefina sem halogênio, uma alta carga de retardador de chama de hidróxido metálico e um pacote menor, mas essencial, de aditivos. A combinação exata desses ingredientes separa um material que simplesmente passa por uma folha de dados daquele que funciona de maneira confiável em uma linha de extrusão e em um incêndio real.

O que o nome LSZH realmente exige

O material LSZH é uma capa de cabo ou composto de isolamento que produz fumaça limitada e não libera halogênio quando exposto a altas temperaturas. Halogênios incluem flúor, cloro, bromo e iodo. Se um composto contém polímeros halogenados ou retardadores de chama halogenados, ele não pode ser chamado de halogênio zero, mesmo que sua emissão de fumaça seja baixa.

É por isso que o LSZH é um afastamento importante do PVC. O PVC retardador de chama padrão contém cloro, portanto, em condições de incêndio, pode liberar gás cloreto de hidrogênio, que se combina com a umidade para formar ácido corrosivo. LSZH remove totalmente o halogênio da formulação. A intenção do projeto é simples: reduzir a fumaça, reduzir a toxicidade e proteger as rotas de evacuação e os equipamentos eletrônicos.

A base do polímero: poliolefinas

Cada composto LSZH é construído sobre uma estrutura de polímero que não contém halogênio. As resinas básicas mais comuns são polietileno (PE), etileno-acetato de vinil (EVA), polipropileno (PP) e misturas de elastômeros de poliolefina. Essas resinas fornecem ao cabo propriedades de isolamento, flexibilidade, desempenho em baixas temperaturas e uma plataforma estável para extrusão.

A resina base por si só não é suficientemente retardadora de chama. É a combinação de resina base e cargas minerais que faz o LSZH funcionar. A matriz polimérica também determina quanta carga pode ser adicionada antes que o material se torne muito rígido ou muito difícil de processar.

Sistemas de poliolefinas termoplásticas

Os compostos termoplásticos LSZH não são reticulados. Eles amolecem quando aquecidos, podem ser reprocessados ​​e geralmente são a opção mais simples para linhas de cabos padrão. Eles são amplamente utilizados para cabos de comunicação, cabos de controle, cabos de fibra óptica e fios de construção de uso geral.

Para muitas instalações internas, um composto de bainha termoplástica LSZH para cabos de comunicação oferece um bom equilíbrio entre retardamento de chama, estabilidade de extrusão e economia. Essas classes normalmente fornecem bom acabamento superficial e resistência mecânica em temperaturas contínuas na faixa de 70 a 90 °C.

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Sistemas de poliolefinas reticuladas

Os sistemas LSZH reticulados também são baseados em poliolefinas livres de halogênio, mas as cadeias poliméricas são ligadas quimicamente em uma rede tridimensional. Isso altera o envelope de desempenho. Os graus reticulados podem suportar temperaturas operacionais contínuas mais altas, geralmente 90 °C, 105 °C, 125 °C ou mesmo 150 °C, e resistem melhor ao óleo, à deformação térmica e ao amolecimento termoplástico do que os compostos não reticulados.

Três rotas de reticulação são comuns na produção de LSZH: reticulação por umidade de silano, reticulação por irradiação e reticulação por peróxido. Cada um afeta o processo de extrusão e as propriedades finais do material. A reticulação de silano é conveniente porque pode ser executada em linhas de extrusão convencionais seguidas de cura por umidade. A reticulação por irradiação usa equipamento de feixe de elétrons e é frequentemente usada para fios automotivos de parede fina e fios de alta temperatura. A reticulação de peróxido normalmente ocorre durante linhas de vulcanização contínua.

Para projetos de construção de fios que necessitam de uma classificação térmica mais alta, material de cabo LSZH reticulável com silano para fio de construção é uma escolha prática porque combina desempenho ao fogo sem halogênio com melhor resistência ao calor e integridade mecânica após a cura.

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O sistema de enchimento retardador de chamas

Sem halogênios, os compostos LSZH usam retardadores de chama de hidróxido metálico como principal mecanismo de combate a incêndio. Essas cargas são geralmente adicionadas em altas proporções em peso, muitas vezes entre 50% e 65%, e influenciam diretamente o comportamento mecânico e de processamento do composto.

Trihidróxido de alumínio (ATH)

O ATH, também conhecido como tri-hidrato de alumina, é um dos retardadores de chama sem halogênio mais amplamente utilizados. Começa a decompor-se a cerca de 180–220 °C, libertando vapor de água e absorvendo calor do fogo circundante. A água liberada dilui gases inflamáveis ​​e reduz a temperatura da superfície do polímero.

O ATH é eficaz, relativamente econômico e funciona bem em formulações termoplásticas de LSZH. Sua principal limitação é a temperatura de decomposição. Como o ATH começa a se decompor abaixo de 230 °C, as formulações contendo ATH não são ideais para processamento em alta temperatura ou para compostos que necessitam de altas classificações contínuas.

Hidróxido de magnésio (MDH)

O hidróxido de magnésio se decompõe a cerca de 330–340 °C, o que é significativamente mais alto que o ATH. Isso torna o MDH a melhor escolha para sistemas LSZH reticulados e para compostos de cabos que devem tolerar temperaturas de processamento mais altas ou atingir classificações contínuas de 105 °C, 125 °C ou 150 °C.

Na prática, os formuladores podem combinar ATH e MDH para equilibrar custo, processamento, resistência ao calor e propriedades mecânicas. Algumas formulações de LSZH também incluem pequenas quantidades de sinergistas, como borato de zinco, estanato de zinco ou promotores de carvão à base de silicone para reduzir a fumaça, apoiar a formação de carvão e manter a estrutura do cabo em chamas mais estável.

Aditivos funcionais: o pacote pequeno com grande efeito

A resina base e os enchimentos retardadores de chama são os ingredientes principais, mas não são suficientes por si só. Um composto LSZH acabado contém um pacote de aditivos cuidadosamente balanceado que inclui antioxidantes, lubrificantes de processamento, compatibilizantes, agentes de acoplamento, desativadores de metal, negro de fumo, corantes e eliminadores de umidade.

Esses aditivos fazem mais do que facilitar a extrusão do material. Os agentes de acoplamento melhoram a ligação entre a matriz polimérica e a carga mineral, o que preserva a resistência à tração e o alongamento quando a carga da carga é alta. Antioxidantes e desativadores de metal protegem o cabo do envelhecimento térmico e do contato prolongado com condutores de cobre. Sem este pacote, um composto LSZH pode passar no teste de incêndio de material novo, mas falhar após anos em serviço.

Como os materiais apoiam o desempenho mecânico e de incêndio mensurável

O composto LSZH final deve satisfazer critérios de desempenho que vão além de um simples teste de chama. Os padrões de avaliação comuns incluem IEC 60332-3 para propagação de chamas, IEC 60754-1 e IEC 60754-2 para conteúdo de halogênio e acidez de gás, e IEC 61034 para densidade de fumaça. O material também precisa de resistência à tração aceitável, alongamento na ruptura, resistência à abrasão e flexibilidade em baixas temperaturas.

Os sistemas termoplásticos e reticulados atendem aos requisitos de zero halogênio e baixa emissão de fumaça, mas o desempenho mecânico e térmico difere. A tabela abaixo resume a diferença prática.

O que verificar ao avaliar um composto LSZH

Como o LSZH abrange diversas famílias de materiais, a primeira coisa a fazer é confirmar exatamente o que está sendo oferecido. Três perguntas úteis a serem feitas são:

• A classe é termoplástica ou reticulada? A resposta determina a classificação de temperatura, o processo de extrusão e as condições de instalação.
• Qual sistema de enchimento é usado? ATH e MDH têm diferentes temperaturas de decomposição e limites de processamento.
• Quais padrões mecânicos e de incêndio estão documentados? Procure métodos de teste específicos e critérios de aprovação ou reprovação, não apenas as palavras “LSZH” ou “livre de halogênio”.

Também é importante observar a capacidade do fornecedor. Os compostos LSZH são materiais altamente carregados, portanto a consistência entre lotes depende muito do controle de mistura, da seleção da matéria-prima e da disciplina de produção. É mais fácil confiar em um fabricante que pode mostrar seu ambiente de produção e capacidade de testes de laboratório interno do que aquele que apenas fornece uma ficha técnica. Para uma visão mais ampla de como a temperatura afeta a confiabilidade do material, o desempenho mecânico do LSZH em diferentes temperaturas é uma referência útil antes de finalizar uma especificação.

Para projetos de cabos de energia em edifícios, a classificação é tão importante quanto a química. Um Composto de bainha LSZH de grau B1 para cabos de alimentação vale a pena considerar quando o projeto exige uma contribuição definida para a propagação de chamas, produção de fumaça e comportamento de gotículas de combustão sob o Regulamento Europeu de Produtos de Construção. A classificação B1 não é uma propriedade única; é o resultado do trabalho conjunto de todo o sistema material.

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Antes de comprar Compostos LSZH para arame de construção , verifique se a classe selecionada corresponde ao padrão de cabo e ao método de processamento exigidos. Um grau otimizado para serviço termoplástico a 90 °C não é automaticamente adequado para uma construção de cabos automotivos reticulados a 125 °C, mesmo que ambos tenham tecnicamente baixo teor de fumaça e zero halogênio.

O material certo começa com a base certa

Os compostos LSZH não são uma fórmula única. Os materiais neles utilizados são escolhidos para atender a uma classe de temperatura, padrão de incêndio, carga mecânica e processo de fabricação específicos. A resina base confere ao material seu caráter elétrico e físico fundamental. O sistema de enchimento de hidróxido metálico fornece a resposta ao fogo. O pacote de aditivos protege o desempenho durante a composição, extrusão, instalação e anos de serviço.

Quando um fabricante de cabos especifica LSZH, a questão relevante não é apenas “ele não contém halogênio?” É também “este composto específico pode atender às demandas mecânicas e térmicas da aplicação?” A resposta geralmente começa com uma distinção: termoplástico ou reticulado.