Qu'est-ce qu'un composé LSZH et comment fonctionne-t-il ?

Qu'est-ce qu'un composé LSZH ?

LSZH signifie Low-Smoke Zero-Halogen et fait référence à une catégorie de composés polymères formulés sans retardateurs de flamme halogénés tels que le chlore ou le brome. Lorsque ces matériaux brûlent, ils libèrent beaucoup moins de fumée toxique et de gaz corrosifs par rapport aux composés conventionnels à base de PVC. Les composés LSZH sont généralement construits sur une base de polyoléfine, telle que du polyéthylène ou des copolymères d'éthylène, combinée à des ignifugeants d'hydroxyde métallique comme l'hydroxyde d'aluminium ou l'hydroxyde de magnésium. Cette composition permet au matériau de s'auto-éteindre et de supprimer la génération de fumée pendant la combustion, c'est pourquoi il est largement sélectionné pour l'isolation et le gainage des câbles dans les espaces clos ou densément peuplés.

La fonction principale d'un composé LSZH n'est pas simplement la résistance aux flammes au sens traditionnel du terme, mais plutôt le contrôle de ce qui se passe après l'inflammation. Étant donné que les formulations sans halogène évitent de libérer des gaz de chlorure d'hydrogène ou de bromure d'hydrogène, la visibilité en cas d'incendie reste plus élevée et le risque de dommages secondaires aux équipements électroniques dus à des résidus corrosifs est réduit.

Composition matérielle et structure chimique

Un composé LSZH typique se compose d'une matrice polymère, d'un système de charge ignifuge et de divers auxiliaires de traitement qui améliorent la flexibilité et la durabilité mécanique. Les polyoléfines telles que l'éthylène-acétate de vinyle (EVA) ou le polypropylène sont couramment choisies comme résine de base car elles ne contiennent pas d'atomes d'halogène dans leurs chaînes moléculaires. Le trihydrate d'aluminium (ATH) ou le dihydroxyde de magnésium (MDH) sont ensuite chargés dans le composé, parfois à des concentrations dépassant soixante pour cent en poids, pour obtenir une suppression adéquate des flammes grâce à une réaction de décomposition endothermique qui absorbe la chaleur et libère de la vapeur d'eau.

Rôle de la réticulation dans le réseau moléculaire

La réticulation transforme les chaînes polymères linéaires en une structure de réseau tridimensionnelle, ce qui améliore la résistance à la chaleur, la résistance mécanique et la résistance à la déformation sous contrainte thermique ou mécanique à long terme. Sans réticulation, de nombreux composés LSZH à base de polyoléfine se ramolliraient ou se déformeraient à des températures modérément élevées, limitant leur durée de vie dans des environnements exigeants.

Méthodes de réticulation : procédés chimiques et d'irradiation

Il existe deux approches courantes utilisées pour réticuler les composés LSZH lors de la fabrication : la réticulation chimique et la réticulation par irradiation. La réticulation chimique repose sur des additifs peroxydes qui se décomposent sous l'effet de la chaleur lors de l'extrusion, formant des réticulations entre les chaînes polymères. Cette méthode est utilisée depuis des décennies et reste rentable pour de nombreuses applications générales.

La réticulation par irradiation, en revanche, utilise un accélérateur d’électrons pour bombarder le composé extrudé avec des électrons de haute énergie une fois la couche de câble ou de gaine formée. Ce processus rompt les liaisons chimiques au sein du polymère et favorise la formation d'une structure de réseau stable sans recourir à des réactions chimiques activées par la chaleur. Étant donné que la réaction de réticulation est déclenchée de l'extérieur plutôt que par l'intermédiaire d'un agent activé thermiquement, la réticulation par irradiation a tendance à produire une densité de réticulation plus uniforme dans tout le matériau, ainsi que des vitesses de traitement plus rapides et aucun résidu chimique laissé par les peroxydes décomposés. Le composé résultant présente généralement une résistance à la température et un comportement ignifuge plus constants sur toute la longueur d'un câble, ce qui est considérablement important dans les longues séries de production.

Pourquoi la réticulation par irradiation convient aux environnements exigeants

Parce que composés LSZH réticulés par irradiation permettent d'obtenir une structure moléculaire stable sans introduire de sous-produits, ils sont fréquemment spécifiés pour des projets où la sécurité incendie et la densité d'occupants créent des seuils de performance stricts. Les tunnels de métro, les centres de données, les installations nucléaires et les immeubles commerciaux de très grande hauteur nécessitent souvent cette méthode de traitement, car toute incohérence dans la réticulation pourrait se traduire par un point faible dans le comportement au feu du câble en cas d'urgence réelle.

Caractéristiques de performance clés

Les exigences de performance pour les composés LSZH varient en fonction de l'application prévue, mais plusieurs propriétés sont généralement évaluées : température nominale, flexibilité à basse température, résistance à l'exposition aux ultraviolets, résistance à l'ozone et résistance chimique aux acides ou aux alcalis. À titre d’exemple, un matériau d’isolation et de gainage ignifuge LSZH réticulé par irradiation par accélérateur à 125 °C développé pour les applications photovoltaïques illustre comment ces propriétés sont réunies dans une seule formulation.

Cette combinaison de tolérance thermique, de flexibilité à basse température et de résistance aux intempéries permet à un composé de ce type de gérer les variations de température et l'exposition au soleil typiques des installations solaires montées sur les toits et au sol, tout en conservant un comportement au feu sans halogène et à faible fumée et une résistance mécanique adéquate pour la manipulation pendant l'installation.

Applications typiques des composés LSZH

Les composés LSZH apparaissent dans une large gamme de produits de câbles et de fils partout où la sécurité incendie, la densité d'occupants ou la sensibilité des équipements sont des préoccupations pertinentes. Dans les infrastructures de transport telles que les tunnels de métro et de chemin de fer, les câbles isolés avec des matériaux LSZH contribuent à limiter l'accumulation de fumée qui pourrait obstruer les voies d'évacuation lors d'un incident. Dans les centres de données, où des câbles denses se trouvent à proximité de matériel électronique sensible, les composés sans halogène réduisent le risque d'endommagement des serveurs et des équipements réseau par des gaz corrosifs, même en cas d'incendie mineur.

Les installations nucléaires appliquent un raisonnement similaire à un niveau encore plus strict, car une défaillance des câbles dans ces contextes entraîne des conséquences qui s'étendent bien au-delà de la zone immédiate. Les immeubles commerciaux de très grande hauteur, avec leurs longues distances d'évacuation et leur nombre élevé d'occupants, nécessitent également couramment un câblage LSZH pour les circuits de sécurité des personnes et de distribution d'énergie. En dehors des infrastructures des bâtiments, les centrales photovoltaïques s'appuient sur une isolation et une gaine LSZH pour les câbles solaires qui doivent résister à des années d'exposition extérieure tout en conservant des performances ignifuges, comme l'illustre le matériau réticulé par irradiation à 125°C décrit précédemment.

LSZH comparé à l'isolation PVC conventionnelle

Le polychlorure de vinyle, ou PVC, a longtemps servi de matériau d'isolation standard pour les fils et câbles en raison de son prix abordable et de sa commodité de traitement. Cependant, le PVC contient du chlore et lorsqu’il brûle, il libère du chlorure d’hydrogène gazeux ainsi qu’une épaisse fumée noire. Les composés LSZH ont été développés en partie pour remédier à ces lacunes dans des contextes où la sécurité incendie a un poids supplémentaire.

Considérations de fabrication et normes de l’industrie

La production d'un composé LSZH implique d'équilibrer la charge de charge ignifuge et les propriétés mécaniques, car une teneur plus élevée en charge améliore généralement les performances au feu mais peut réduire l'allongement et la flexibilité si elle n'est pas correctement formulée. Les préparateurs ajustent souvent les agents de couplage et les auxiliaires de traitement pour maintenir un comportement d'extrusion réalisable tout en maintenant la concentration de charge suffisamment élevée pour répondre aux exigences de flamme et de fumée.

Les tests pour les matériaux LSZH couvrent généralement la mesure de la densité de la fumée, les émissions de gaz acides, l'indice d'oxygène et le comportement de propagation des flammes, conformément à des normes telles que la CEI 60754 pour la teneur en halogène et la CEI 61034 pour la densité de la fumée, ainsi que leurs équivalents régionaux en fonction de l'emplacement du projet. Pour les produits réticulés par irradiation, une attention particulière est accordée aux tests de teneur en gel, qui mesurent le degré de réticulation atteint et servent d'indicateur de la cohérence avec laquelle le processus d'accélérateur d'électrons a transformé le réseau de polymères dans un lot de production donné.

Alors que les codes de construction et les projets d'infrastructure continuent de mettre de plus en plus l'accent sur la sécurité incendie dans les espaces confinés ou densément occupés, les composés LSZH, en particulier ceux produits par réticulation par irradiation, resteront probablement un choix de spécification courant pour un câblage qui doit fonctionner de manière fiable à la fois dans des conditions de service de routine et dans des scénarios d'incendie inattendus.