はじめに：高荷重ATH/MDH難燃性ポリオレフィンコンパウンドの加工課題の解決
ケーブル業界では、火災発生時の人員と設備の安全を確保するために、難燃性に関する厳格な要件が不可欠です。ハロゲンフリー難燃剤として、水酸化アルミニウム（ATH）と水酸化マグネシウム（MDH）は、環境への配慮、低発煙性、非腐食性ガス放出性から、ポリオレフィン系ケーブルコンパウンドに広く使用されています。しかし、必要な難燃性能を達成するには、ポリオレフィンマトリックスにATHとMDHを高濃度（通常50～70重量%以上）で配合することが必要になることがよくあります。
充填剤含有量の増加は難燃性を大幅に向上させる一方で、溶融粘度の上昇、流動性の低下、機械特性の低下、表面品質の低下など、加工上の深刻な課題も生じます。これらの問題は、生産効率と製品品質を大きく損なう可能性があります。
本稿は、ケーブル用途における高荷重ATH/MDH難燃性ポリオレフィンコンパウンドの加工上の課題を体系的に検討することを目的としています。市場からのフィードバックと実務経験に基づき、識別する 効果的処理添加物のためにこれらの課題に対処するために、提供される知見は、電線・ケーブルメーカーが高荷重ATH/MDH難燃性ポリオレフィン化合物を扱う際に、配合を最適化し、生産プロセスを改善するのに役立つことを目的としています。
ATHおよびMDH難燃剤について
ATHとMDHは、ハロゲンフリーの無機難燃剤の中でも主要な2つであり、ポリマー材料、特に安全性と環境基準が高いケーブル用途で広く使用されています。吸熱分解と水分放出によって作用し、可燃性ガスを希釈し、材料表面に保護酸化物層を形成することで燃焼を抑制し、煙を低減します。ATHは約200～220℃で分解しますが、MDHは分解温度が330～340℃と高いため、高温で加工されるポリマーにはMDHの方が適しています。
1. ATH と MDH の難燃メカニズムは次のとおりです。
1.1. 吸熱分解：
加熱すると、ATH (Al(OH)₃) と MDH (Mg(OH)₂) は吸熱分解を起こし、大量の熱を吸収してポリマーの温度を下げ、熱分解を遅らせます。
ATH: 2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O、ΔH ≈ 1051 J/g
MDH: Mg(OH)₂ → MgO + H₂O, ΔH ≈ 1316 J/g
1.2. 水蒸気の放出:
放出された水蒸気はポリマーの周囲の可燃性ガスを希釈し、酸素のアクセスを制限して燃焼を抑制します。
1.3. 保護層の形成：
結果として生じる金属酸化物（Al₂O₃ および MgO）はポリマー炭化層と結合して高密度の保護層を形成し、熱と酸素の浸透を遮断し、可燃性ガスの放出を妨げます。
1.4. 煙の抑制：
保護層は煙の粒子も吸着し、全体的な煙の密度を低下させます。
優れた難燃性能と環境面でのメリットがあるにもかかわらず、高い難燃性を実現するには通常 50～70 wt% 以上の ATH/MDH が必要であり、これがその後の加工上の課題の主な原因となっています。
2. ケーブル用途における高荷重ATH/MDHポリオレフィンの主な加工上の課題
2.1. レオロジー特性の低下：
充填剤の配合量が多いと、溶融粘度が急激に上昇し、流動性が低下します。これにより、押出成形時の可塑化と流動が困難になり、より高い加工温度とせん断力が必要になります。その結果、エネルギー消費量が増加し、設備の摩耗が促進されます。また、溶融流動性の低下は、押出速度と生産効率の低下にもつながります。
2.2. 機械的性質の低下：
多量の無機充填剤はポリマーマトリックスを希釈し、引張強度、破断伸び、衝撃強度を著しく低下させます。例えば、ATH/MDHを50%以上配合すると、引張強度が約40%以上低下する可能性があり、柔軟性と耐久性に優れたケーブル材料の開発に課題をもたらします。
2.3. 分散の問題:
ATH 粒子と MDH 粒子はポリマー マトリックス内で凝集することが多く、応力集中点、機械的性能の低下、表面粗さや気泡などの押し出し欠陥につながります。
2.4. 表面品質が悪い:
溶融粘度が高い、分散性が悪い、フィラーとポリマーの適合性が限られているといった状況では、押出成形品の表面が粗くなったり不均一になったりし、「シャークスキン」現象やダイへの堆積が発生します。ダイへの堆積物（ダイドロール）は、外観と連続生産の両方に影響を及ぼします。
2.5. 電気特性への影響:
フィラー含有量が高く、分散が不均一な場合、体積抵抗率などの誘電特性に影響を及ぼす可能性があります。さらに、ATH/MDHは吸湿性が比較的高いため、高湿度環境における電気性能や長期安定性に影響を及ぼす可能性があります。
2.6. 処理ウィンドウが狭い:
高荷重難燃性ポリオレフィンの加工温度範囲は狭く、ATHは約200℃で分解が始まり、MDHは約330℃で分解します。早期分解を防ぎ、難燃性能と材料の完全性を確保するには、正確な温度制御が必要です。
これらの課題により、高負荷 ATH/MDH ポリオレフィンの加工が複雑になり、効果的な加工助剤の必要性が浮き彫りになります。
これらの課題に対処するため、ケーブル業界では様々な加工助剤が開発され、適用されてきました。これらの助剤は、ポリマーとフィラーの界面適合性を向上させ、溶融粘度を低下させ、フィラーの分散性を向上させることで、加工性能と最終的な機械特性の両方を最適化します。
ケーブル産業用途における高負荷 ATH/MDH 難燃性ポリオレフィン化合物の加工および表面品質の問題を解決するのに最も効果的な加工助剤は何ですか?
SILIKEは多用途なポリシロキサンベースの加工助剤標準的な熱可塑性プラスチックとエンジニアリングプラスチックの両方に対応し、加工工程の最適化と完成品の性能向上に貢献します。当社のソリューションは、信頼性の高いシリコーンマスターバッチLYSI-401から、革新的な添加剤SC920まで幅広く、高負荷、ハロゲンフリーのLSZHおよびHFFR LSZHケーブル押出成形において、より高い効率と信頼性を実現するように設計されています。
具体的には、SILIKE UHMWシリコーン系潤滑剤加工添加剤ケーブルにおけるATH/MDH難燃性ポリオレフィン化合物の有効性が実証されています。主な効果は以下のとおりです。
1. 溶融粘度の低下：ポリシロキサンは加工中に溶融物の表面に移動し、潤滑膜を形成して機器との摩擦を減らし、流動性を向上させます。
2. 分散性の強化: シリコンベースの添加剤は、ポリマーマトリックス内の ATH/MDH の均一な分散を促進し、粒子の凝集を最小限に抑えます。
3. 表面品質の向上：LYSI-401シリコーンマスターバッチダイの堆積とメルトフラクチャーを削減し、欠陥の少ないより滑らかな押し出し表面を生成します。
4. 回線速度の高速化：シリコーン加工助剤 SC920ケーブルの高速押出に適しています。線径の不安定化やスクリューの滑りを防ぎ、生産効率を向上させます。同じエネルギー消費量で、押出量が10%増加します。
5. 機械的特性の向上：フィラーの分散と界面接着を強化することにより、シリコーン マスターバッチは複合材料の耐摩耗性と、衝撃特性や破断伸びなどの機械的性能を向上させます。
6. 難燃性の相乗効果と煙の抑制：シロキサン添加剤は難燃性能をわずかに向上させ（例：LOI の増加）、煙の排出を減らすことができます。
SILIKE は、アジア太平洋地域におけるシリコン系添加剤、加工助剤、熱可塑性シリコンエラストマーの大手メーカーです。
私たちのシリコーン加工助剤熱可塑性プラスチックおよびケーブル業界では、処理の最適化、充填剤の分散性の向上、溶融粘度の低下、より高い効率でより滑らかな表面の実現のために、幅広く応用されています。
中でも、シリコーンマスターバッチLYSI-401と革新的なシリコーン加工助剤SC920は、ATH/MDH難燃性ポリオレフィン配合物、特にLSZHおよびHFFRケーブル押出成形において実績のあるソリューションです。SILIKEのシリコーン系添加剤と製造助剤を組み合わせることで、メーカーは安定した生産と一貫した品質を実現できます。
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投稿日時: 2025年9月25日
