LSZH コンパウンドの配合と製造プロセス: ケーブル メーカーのための実践ガイド

スプール上では完璧に見える LSZH ジャケットでも、ケーブル メーカーのラインでの引張試験に合格しなかったり、金型の調整では修正できないと思われる表面の気泡が発生したりする可能性があります。原因がエクストルーダーにあることはまれです。原料粉末をペレットに変える配合と製造プロセスのさらに上流に位置します。

まず結論として、LSZH コンパウンドの耐火性能、機械的特性、および加工性は、ケーブル押出機ではなく、配合ベンチと配合ラインで決定されます。 LSZH 材料を選択または調達している場合、これらの手順を理解すると、現実的な押出ウィンドウを設定し、受け取った検査結果を解釈し、サプライヤーが一貫したバッチを提供できるかどうかを判断するのに役立ちます。

LSZHは低煙、ゼロハロゲンの略です。これらの化合物はポリオレフィンベースであり、塩素、臭素、その他のハロゲンを含みません。ケーブルが燃焼しても煙はほとんど発生せず、腐食性のハロゲンガスも発生しないため、トンネル、建物、船舶、データセンター内の人や機器を保護します。その安全性にはトレードオフが伴います。配合物は PVC よりも加工条件の影響を受けやすく、フィラーの品質、水分、混合のわずかな変動が機械的性能を直接低下させる可能性があります。

レシピと同じくらいプロセスが重要な理由

データシートには、LSZH 化合物が何をもたらすべきかが記載されていますが、バッチがどのように作られたかについては記載されていません。同じ密度と同じ限界酸素指数を持つ 2 つのバッチでも、一方のバッチに充填剤の分散が不十分で配合されていたり、包装中に水分を吸収したりすると、押出機上で異なる動作をする可能性があります。レシピとプロセスは 1 つのシステムの半分であり、最終的なケーブルのパフォーマンスは両方に依存します。

これが、経験豊富なケーブルメーカーがグレード名以外にも目を向ける理由です。彼らは、配合ラインの種類、溶融温度プロファイル、乾燥手順、各ロットの背後にある品質管理テストについて尋ねます。以下のセクションでは、LSZH 配合の主要コンポーネント、製造シーケンス、バッチ間の一貫性を決定するプロセス変数について説明します。

LSZH 製剤のコアコンポーネント

ベースポリマーシステム

ほとんどの LSZH 配合物は、酢酸ビニル含有量が 15 ～ 28 パーセントのエチレン酢酸ビニル (EVA) と、低密度または直鎖状低密度ポリエチレンを組み合わせたもので始まります。 EVA は柔軟性と極性を提供し、マトリックスが難燃性に必要な非常に高い充填量を受け入れるのに役立ちます。低温での柔軟性を向上させるために、ポリオレフィン エラストマーが添加されることがあります。これは、屋外またはエネルギー貯蔵用途で使用される耐寒ケーブル グレードにとって重要です。

難燃性充填剤

LSZH 化合物の耐火性能は、主に無機水酸化物充填剤に依存します。三水酸化アルミニウム (ATH) は、約 200 ～ 220°C で吸熱分解し、可燃性ガスを希釈する水蒸気を放出します。二水酸化マグネシウム (MDH) は 330°C を超えると分解するため、より高温の架橋グレードに役立ちます。通常、フィラーの総充填量は重量で 50 ～ 65 パーセントに達するため、フィラーの選択は加工と最終特性に大きな影響を与えます。

機能性添加剤

カップリング剤（通常はシランまたはマレイン化ポリオレフィン）は、フィラー表面をポリマーマトリックスに結合し、破断点伸びを保護します。酸化防止剤と金属不活性化剤は、熱老化中に材料を保護します。潤滑剤は粘度を下げ、押出時の表面品質を向上させます。架橋可能な LSZH グレードの場合は、代わりにシラン架橋システムまたは放射線増感パッケージが追加されます。

配合設計: トレードオフが本当に意味するもの

フィラーの配合量を増やすと、限界酸素指数が向上し、煙の発生が減少しますが、引張強度、伸び、柔軟性も低下します。これは、LSZH 配合の中心となるトレードオフです。適切に設計されたグレードは、信頼性の高いケーブルの設置と屈曲に必要な伸びを維持しながら、規格で要求されるレベルの難燃性能を維持します。

温度定格は 2 番目に重要な要素です。 90℃ グレード、105℃ グレード、125℃ グレード、および 150℃ グレードは、それぞれ異なるポリマー比率、充填剤の選択、および酸化防止剤システムを使用しています。たとえば、125°C 定格のコンパウンドには、MDH または混合フィラー システムと高温スタビライザー パッケージが使用されます。同じアプリケーションロジックが絶縁体とシース化合物の違いにも当てはまります。絶縁グレードは体積抵抗率と絶縁耐力を重視し、シースグレードは耐摩耗性、耐油性、機械的ストレス下での柔軟性を重視します。

熱可塑性 LSZH は最も一般的なタイプで、保管時に安定しており、リサイクルが容易です。代表的な製品としては、 熱可塑性 LSZH 難燃性シースコンパウンド 従来の単軸押出機で直接加工されます。高温耐性、耐油性、熱変形に対する耐性が要求される用途には、架橋バージョンが推奨されます。アン 照射架橋LSZH断熱材 たとえば、高温に長時間さらされてもその形状と誘電特性が維持されるため、架橋 LSZH が自動車や建築用ワイヤー用途で一般的になっています。

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LSZH の製造プロセスを段階的に説明

LSZH コンパウンドの製造は、ほとんどの充填ポリオレフィン コンパウンドに使用されるのと同じ一般的なルートに従いますが、フィラーの充填量が高く、無機フィラーの感度が高いため、各ステップが重要になります。

原料の検査と乾燥

入荷したフィラーは、粒度分布、純度、水分含量がチェックされます。 1 ～ 2 マイクロメートルの ATH 粒子はより均一に分散し、粗いグレードよりも優れた機械的特性をもたらします。 ATH は空気中の湿気を吸収するため、サイロと包装を保護する必要があり、多くの場合、混合前に乾燥が必要です。

予混合とカップリング

ポリマー、充填剤、添加剤は計量され、高速ミキサーで混合されます。これは通常、カップリング剤が添加され、充填剤の表面をシランまたはマレエートの薄い層でコーティングする段階です。混合時間と吐出温度はカップリング剤がどの程度均一に分散されるかに影響し、予混合が不十分だとフィラー粒子が最終ペレットに残る凝集を引き起こす可能性があります。

配合とペレット化

プレミックスは、共回転二軸押出機内で溶解および均質化され、その後冷却されてペレットに切断されます。溶融温度はポリマーの可塑化点より高く、かつ充填剤の分解温度より十分低い温度に保つ必要があります。 ATH ベースのシステムの場合、溶融温度が約 220°C を超えると、マイクロボイドと表面粗さが生成され始め、後に伸びの低下として現れます。配合パラメータと最終的なケーブルの挙動との関係については、フィラーの分散が押出成形された LSZH の完全性にどのような影響を与えるかについての記事で詳しく調査されています。

ペレット化後、ペレットは乾燥され、すぐに包装されます。ペレットに吸収された水分は、特に壁が薄く誘電要件が厳しい絶縁用途において、ケーブルの押し出し中に気泡やボイドの原因となります。

バッチ追跡

各バッチにはグレード、製造日、ロット番号がラベル付けされているため、品質管理ラボの結果を特定の原材料ロットとプロセス条件にまで遡ることができます。このトレーサビリティは、調査が必要な特性の逸脱を顧客から報告された場合に不可欠です。

配合ラインにおける重要なプロセス変数

4 つの変数は、ほとんどの LSZH 品質問題を説明するものであるため、特に注意する必要があります。

• 溶解温度。 ATH 充填 EVA システムの場合は通常 150 ～ 200°C の処理ウィンドウ内にとどまることで、機械的特性と表面品質の両方が維持されます。過熱するとフィラーが分解し、溶融物内部に水蒸気が放出されます。
• シャーとスクリューの設計。 高いせん断力はフィラーの分散に役立ちますが、溶融温度も上昇します。スクリューの要素と速度は配合に合わせなければなりません。過度に激しく混合するとポリマーが劣化する可能性があります。
• 湿気のコントロール。 未加工のフィラーと完成したペレットの両方が湿気を吸収しやすくなります。保管条件、乾燥温度、梱包はすべて最終製品に影響します。
• 架橋活性化。 シラン架橋可能な LSZH 化合物は、配合中に早期に架橋してはなりません。シラン添加の温度とタイミングは、ケーブルメーカーの押出ラインでのみ架橋が始まるように制御されます。

ケーブル メーカーも、自社のラインに対するこれらの変数の影響を認識しています。同じコンパウンドでも、バリアスクリューを備えた単軸スクリュー押出機と低圧縮スクリューを備えた単軸スクリュー押出機では異なる挙動を示す可能性があります。温度プロファイルとスクリュー速度に関する実際の経験は、通信ケーブルにおける一般的な LSZH 押出の課題に関する当社のレビューに文書化されています。

品質管理: 重要なテスト

信頼できる LSZH メーカーは、リリース前に、定義された一連の特性についてすべてのバッチをテストします。以下の表は、ケーブル メーカーが一般的なデータシートで期待すべきテストと、各テストで明らかになることを示しています。

火災関連のテストは機械的なテストと同じくらい重要です。限界酸素指数は基本的なスクリーニング ツールですが、実際の火災における燃えているケーブルの挙動を説明するものではありません。煙の密度、煙の毒性、燃焼ガスの腐食性によって、ケーブルをトンネル、病院、またはデータセンターで使用できるかどうかが決まります。 LSZH 化合物の煙毒性と腐食性を定量化する方法については、別のガイドで説明しています。

特定の市場をターゲットとするケーブル メーカーの場合、コンパウンドも関連規格を満たしている必要があります。建築用ワイヤーの用途には、B1、B2、または C などの火災反応分類がますます必要となります。 B1 グレード LSZH 難燃性シースコンパウンド はそのような分類に基づいて策定およびテストされるため、複合グレードとケーブル設計は最初から一致している必要があります。

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これが複合調達にとって何を意味するか

LSZH サプライヤーを評価するときは、データシート以上のことについて質問してください。原材料の管理、配合ラインの構成、高温での滞留時間、湿気の取り扱い、バッチ間の一貫性について質問してください。これらの変数を製造プロセスに組み込んでいるサプライヤーは、ライン上でスムーズに動作し、最初の試行でケーブル タイプのテストに合格するコンパウンドを出荷する可能性がはるかに高くなります。

たとえば、メイリン社は 3 つの工場で 31 の自動生産ラインを運用し、独自の実験室試験装置を維持しています。これはまさに充填剤の品質、水分、バッチの一貫性を制御するために必要なインフラストラクチャです。ケーブル材料における 30 年の経験は、熱可塑性および架橋 LSZH、B1/B2/C クラス、90°C ～ 150°C の温度定格、専用の絶縁体、シース、および内部シースのバリエーションなど、幅広いグレード ポートフォリオにも反映されています。

同じ論理が逆にも当てはまります。ケーブルが耐火試験または熱老化試験に合格しなかった場合、原因は多くの場合、押出機の設定ではなく配合とプロセスに遡ることができます。配合と製造プロセスが制御されている場合、コンパウンドは安定しており、押出成形量は予測可能であり、完成したケーブルは設計どおりに機能します。