Un gain LSZH qui semble impeccable sur la bobine peut toujours échouer à un test de traction sur la ligne du fabricant de câbles ou développer des bulles de surface qu'aucun ajustement de la matrice ne semble correct. La cause est rarement l’extrudeuse. Elle se situe plus en amont, dans la formulation des composés et dans le processus de production qui transforme les poudres brutes en pellets.
Conclusion d'abord : les performances au feu, les propriétés mécaniques et l'aptitude à la transformation d'un composé LSZH sont décidées au banc de formulation et sur la ligne de mélange, et non au niveau de l'extrudeuse de câbles. Si vous sélectionnez ou achetez des matériaux LSZH, la compréhension de ces étapes vous aide à définir des fenêtres d'extrusion réalistes, à interpréter les résultats d'inspection entrants et à juger si un fournisseur peut livrer des lots cohérents.
LSZH signifie faible fumée, zéro halogène. Ces composés sont à base de polyoléfine et ne contiennent pas de chlore, de brome et d'autres halogènes. Lorsqu'un câble brûle, il émet peu de fumée et aucun gaz halogène corrosif, ce qui protège les personnes et les équipements dans les tunnels, les bâtiments, les navires et les centres de données. Cette sécurité s'accompagne d'un compromis : la formulation est plus sensible aux conditions de traitement que le PVC, et de petites variations dans la qualité de la charge, l'humidité ou le mélange peuvent directement dégrader les performances mécaniques.
Pourquoi le processus compte autant que la recette
Une fiche technique vous indique ce qu’un composé LSZH doit fournir, mais elle ne vous indique pas comment le lot a été fabriqué. Deux lots ayant la même densité et le même indice limite d'oxygène peuvent toujours se comporter différemment sur l'extrudeuse si l'un d'eux a été mélangé avec une mauvaise dispersion de charge ou a absorbé de l'humidité pendant l'emballage. La recette et le processus sont les deux moitiés d'un même système, et les performances finales du câble dépendent des deux.
C'est pourquoi les fabricants de câbles expérimentés regardent au-delà du nom de la qualité. Ils posent des questions sur le type de ligne de mélange, le profil de température de fusion, la procédure de séchage et les tests de contrôle qualité derrière chaque lot. Dans les sections ci-dessous, nous passons en revue les principaux composants d'une formulation LSZH, la séquence de production et les variables de processus qui déterminent la cohérence d'un lot à l'autre.
Composants de base d'une formulation LSZH
Système polymère de base
La plupart des formulations LSZH commencent par de l'éthylène-acétate de vinyle (EVA) avec une teneur en acétate de vinyle comprise entre 15 et 28 pour cent, combinée avec du polyéthylène basse densité ou linéaire basse densité. L'EVA offre flexibilité et polarité, ce qui aide la matrice à accepter les charges de charge très élevées requises pour l'ignifugation. Des élastomères polyoléfiniques sont parfois ajoutés pour améliorer la flexibilité à basse température, ce qui est important pour les qualités de câbles résistants au froid utilisés dans les applications extérieures ou de stockage d'énergie.
Des accusations ingnifuges
La performance au feu d'un composé LSZH dépend principalement des charges d'hydroxyde inorganiques. Le trihydroxyde d'aluminium (ATH) se décompose de manière endothermique à environ 200-220°C, libérant de la vapeur d'eau qui dilue les gaz inflammables. Le dihydroxyde de magnésium (MDH) se décompose au-dessus de 330°C, ce qui le rend utile pour les qualités réticulées et à haute température. La charge totale en charge atteint généralement 50 à 65 pour cent en poids, de sorte que la sélection des charges a un impact majeur sur le traitement et les propriétés finales.
| Propriété | ATH (trihydroxyde d'aluminium) | MDH (dihydroxyde de magnésium) |
|---|---|---|
| Plage de décomposition typique | 200-220°C | 330°C et plus |
| Limite de température de traitement | Inférieur; maintenir la fusion en dessous d'environ 220°C | Plus haut ; permet des fusions au-dessus de 220°C |
| Utilisation typique | Qualités thermoplastiques 90-105°C | 125-150°C et grades réticulés |
| Coût | Inférieur | Plus haut |
Additifs fonctionnels
Les agents de couplage, généralement des silanes ou des polyoléfines maléées, lient la surface de la charge à la matrice polymère et protègent l'allongement à la rupture. Les antioxydants et les désactivateurs de métaux protègent le matériau lors du vieillissement thermique. Les lubrifiants réduisent la viscosité et améliorent la qualité de la surface pendant l'extrusion. Pour les qualités LSZH réticulables, un système de réticulation au silane ou un ensemble de sensibilisation à l'irradiation est ajouté à la place.
Conception de formulations : ce que signifie réellement les compromis
L'augmentation de la charge de charge améliore l'indice limite d'oxygène et réduit la génération de fumée, mais réduit également la résistance à la traction, l'allongement et la flexibilité. Il s’agit du compromis central de toute formulation LSZH. Une qualité bien conçue maintient les performances ignifuges au niveau requis par la norme tout en préservant un allongement suffisant pour une installation et une flexion fiable des câbles.
L’indice de température est la deuxième dimension majeure. Une qualité à 90°C, une qualité à 105°C, une qualité à 125°C et une qualité à 150°C utilisent chacune des ratios de polymères, des choix de charges et des systèmes antioxydants différents. Un composé évalué à 125°C, par exemple, utilise du MDH ou un système de charge mixte et un ensemble de stabilisateurs à température plus élevée. La même logique d'application s'applique à la différence entre les composés d'isolation et de gain : les qualités d'isolation mettent l'accent sur la résistivité volumique et la rigidité diélectrique, tandis que les qualités de gain mettent l'accent sur la résistance à l'abrasion, la résistance à l'huile et la flexibilité sous contrainte mécanique.
Le LSZH thermoplastique est le type le plus courant, il est stable au stockage et facile à recycler. Un produit typique tel qu'un composé de gaine thermoplastique LSZH ignifuge est traité directement sur des extrudeuses monovis conventionnelles. Pour les applications qui exigent une résistance aux températures élevées, à l’huile et à la déformation sous l’effet de la chaleur, les versions réticulées sont préférées. Un matériau isolant LSZH réticulé par irradiation , par exemple, conserver sa forme et ses propriétés diélectriques après une exposition prolongée à des températures élevées, c'est pourquoi le LSZH réticulé est courant dans les applications de fils automobiles et de construction.
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La production du composé LSZH suit la même voie générale que celle utilisée pour la plupart des composés polyoléfiniques chargés, mais la charge élevée en charges et la sensibilité des charges inorganiques rendent chaque étape critique.
Inspection et séchage des matières premières
Les charges entrantes sont vérifiées pour la distribution granulométrique, la pureté et la teneur en humidité. Les particules ATH de 1 à 2 micromètres se dispersent plus et produisent de meilleures propriétés mécaniques que les qualités plus grossières. Étant donné que l'ATH absorbe l'humidité de l'air, les silos et les emballages doivent être protégés, et un séchage est souvent nécessaire avant le mélange.
Prémélange et couplage
Les polymères, charges et additifs sont pesés et mélangés dans un mélangeur à grande vitesse. C'est l'étape où les agents de couplage sont généralement ajoutés, enduisant la surface de la charge d'une fine couche de silane ou de maléate. Le temps de mélange et la température de décharge influencent la manière dont l'agent de couplage est distribué simultanément, et un mauvais prémélange peut provoquer des particules de charge agglomérées qui survivent dans le granulé final.
Composition et pelletisation
Le prémix est fondu et homogénéisé dans une extrudeuse bi-vis co-rotative, puis refroidi et découpé en pellets. La température de fusion doit rester supérieure au point de plastification du polymère mais bien inférieure à la température de décomposition de la charge ; pour les systèmes fonctionnant sur l'ATH, une température de fusion supérieure à environ 220 °C commence à générer des microvides et une rugosité de surface qui se manifeste plus tard par un mauvais allongement. La relation entre les paramètres de composition et le comportement final du câble est examinée plus en détail dans notre article sur la façon dont la dispersion des charges affecte l'intégrité du LSZH extrudé.
Après granulation, les pellets sont séchés et emballés immédiatement. L'humidité absorbée par les pellets provoque des bulles et des vides lors de l'extrusion du câble, en particulier dans les applications d'isolation où la paroi est mince et les exigences diélectriques sont strictes.
Suivi des lots
Chaque lot est étiqueté avec la qualité, la date de production et le numéro de lot afin que les résultats du laboratoire de contrôle qualité puissent être retracés jusqu'à des lots de matières premières et des conditions de processus spécifiques. Cette traçabilité est essentielle lorsqu'un client signale un écart de propriété qui doit faire l'objet d'une enquête.
Variables de processus critiques sur la ligne de composition
Quatre variables méritent une attention particulière car elles expliquent la plupart des problèmes de qualité LSZH.
- Température de fusion. Rester dans la fenêtre de traitement, généralement entre 150 et 200 °C pour les systèmes EVA remplis d'ATH, préserver à la fois les propriétés mécaniques et la qualité de la surface. La surchauffe décompose la charge et libère de la vapeur d'eau à l'intérieur de la masse à fondue.
- Conception de cisaillement et de vis. Un cisaillement élevé aide à disperser les charges mais augmente également la température de fusion. Les éléments de vis et la vitesse doivent être adaptés à la formulation ; un mélange trop agressif peut dégrader le polymère.
- Contrôle de l'humidité. Les charges brutes et les granulés finis absorbent facilement l’humidité. Les conditions de stockage, la température de séchage et l’emballage sont propres à tout le produit final.
- Activation de la réticulation. Les composés LSZH réticulables au silane ne doivent pas être réticulaires prématurément pendant le mélange. La température et le moment de l'ajout du silane sont contrôlés de manière à ce que la réticulation démarre uniquement au niveau de la ligne d'extrusion du fabricant de câbles.
Les fabricants de câbles constatent également les effets de ces variables sur leurs propres lignes. Le même composé peut se comporter différemment dans une extrudeuse monovis avec vis barrière par rapport à une vis à faible compression. L'expérience pratique avec les profils de température et les vitesses de vis est documentée dans notre examen des défis courants d'extrusion LSZH dans les câbles de communication.
Contrôle qualité : des tests qui comptent
Les fabricants LSZH réputés testent chaque lot pour un ensemble défini de propriétés avant de le publier. Le tableau ci-dessous répertorie les tests effectués par les fabricants de câbles doivent s'attendre sur une fiche technique typique et ce que révèle chaque test.
| Testeur | Ce qu'il vérifie | Cible typique (Guide) |
|---|---|---|
| Résistance à la traction | Intégrité mécanique de la gaine ou de l'isolation | Min. 9 MPa avant et après vieillissement |
| Allongement à la rupture | Flexibilité et résistance à la fissuration lors de l'installation | Min. 125-150%, selon le niveau |
| Indice limite d'oxygène | Retardateur de flamme relatif du composé | 28-32 % ou plus, selon le niveau |
| Densité | Cohérence du chargement des charges entre les lots | Dans des limites de spécifications strictes |
| Vieillissement thermique | Propriétés conservées après une exposition thermique à long terme | Faible changement après 7 à 10 jours à température nominale |
Les tests liés au feu sont tout aussi importants que les tests mécaniques. L'indice limite d'oxygène constitue l'outil de détection de base, mais il ne décrit pas le comportement d'un câble en feu lors d'un incendie réel. La densité de la fumée, sa légèreté et la corrosivité des gaz de combustion déterminent si un câble peut être utilisé dans un tunnel, un hôpital ou un centre de données. Nous avons décrit comment quantifier la dépendance à la fumée et la corrosivité des composés LSZH dans un guide séparé.
Pour les fabricants de câbles ciblant des marchés spécifiques, le composé doit également répondre à la norme pertinente. Les applications de câbles de construction doivent être de plus en plus une classification de réaction au feu telle que B1, B2 ou C. A. Composé de gaine ignifuge LSZH de qualité B1 est formulé et testé par rapport à une telle classification, de sorte que la qualité du composé et la conception du câble doivent être alignées dès le départ.
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Lorsque vous évaluez un fournisseur LSZH, demandez plus que la fiche technique. Renseignez-vous sur le contrôle des matières premières, la configuration de la ligne de mélange, le temps de séjour à haute température, la gestion de l'humidité et la cohérence d'un lot à l'autre. Un fournisseur qui a intégré ces variables dans son processus de production est beaucoup plus susceptible d'expédier un composé qui fonctionne sans problème sur votre ligne et qui réussit les tests de type de câble dès la première tentative.
Meilin, par exemple, exploite 31 lignes de production automatisées réparties dans trois usines et dispose de son propre équipement de test en laboratoire, ce qui correspond exactement au type d'infrastructure nécessaire pour contrôler la qualité des charges, l'humidité et la cohérence des lots. Trente années d'expérience dans les matériaux de câbles se procurent également dans l'étendue de la gamme de qualités : LSZH thermoplastique et réticulé, classes B1/B2/C, températures nominales de 90 °C à 150 °C et variantes dédiées d'isolation, de gaine et de gaine intérieure.
La même logique s'applique à l'envers : si votre câble a échoué à un test d'incendie ou à un test de vieillissement thermique, la cause peut souvent être attribuée à la formulation et au processus, et non aux paramètres de l'extrudeuse. Lorsque la formulation et le processus de production sont contrôlés, le composé est stable, le résultat d'extrusion est visible et le câble fini fonctionne comme prévu.
