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

Wenn in einem Tunnel, einem Rechenzentrum oder einem Hochhaus ein Feuer ausbricht, schützt der Kabelmantel nicht nur den Leiter. Es ist auch Teil des Rauchmanagementsystems. Aus diesem Grund gibt es Low Smoke Zero Halogen (LSZH)-Verbindungen: Sie begrenzen die Rauchentwicklung, vermeiden Halogenwasserstoffgase und geben den Menschen mehr Zeit, den Bereich sicher zu verlassen.

LSZH-Compounds bestehen aus drei Hauptkomponenten : ein halogenfreies Polyolefin-Basisharz, eine hohe Menge an Metallhydroxid-Flammschutzmitteln und ein kleines, aber wesentliches Paket an Additiven. Die exakte Kombination dieser Inhaltsstoffe unterscheidet ein Material, das problemlos einem Datenblatt entspricht, von einem Material, das auf einer Extrusionslinie und im echten Feuer zuverlässig funktioniert.

Was der LSZH-Name eigentlich erfordert

LSZH-Material ist ein Kabelmantel oder eine Isoliermasse, die bei starker Hitzeeinwirkung nur begrenzt Rauch erzeugt und kein Halogen freisetzt. Zu den Halogenen gehören Fluor, Chlor, Brom und Jod. Wenn eine Verbindung halogenierte Polymere oder halogenierte Flammschutzmittel enthält, kann sie nicht als halogenfrei bezeichnet werden, selbst wenn ihre Rauchentwicklung gering ist.

Deshalb ist LSZH eine wichtige Abkehr von PVC. Standardmäßiges flammhemmendes PVC enthält Chlor und kann daher unter Brandbedingungen Chlorwasserstoffgas freisetzen, das sich mit Feuchtigkeit zu ätzender Säure verbindet. LSZH entfernt Halogen vollständig aus der Formulierung. Die Designabsicht ist einfach: Rauch reduzieren, Toxizität reduzieren und Evakuierungswege und elektronische Geräte schützen.

Die Polymerbasis: Polyolefine

Jede LSZH-Verbindung basiert auf einem Polymergerüst, das kein Halogen enthält. Die gebräuchlichsten Basisharze sind Polyethylen (PE), Ethylen-Vinylacetat (EVA), Polypropylen (PP) und Polyolefin-Elastomermischungen. Diese Harze verleihen dem Kabel Isolationseigenschaften, Flexibilität, Leistung bei niedrigen Temperaturen und eine stabile Plattform für die Extrusion.

Das Basisharz allein ist nicht ausreichend flammhemmend. Es ist die Kombination aus Basisharz und mineralischen Füllstoffen, die LSZH ausmacht. Die Polymermatrix bestimmt auch, wie viel Füllstoff hinzugefügt werden kann, bevor das Material zu steif oder zu schwer zu verarbeiten ist.

Thermoplastische Polyolefinsysteme

Thermoplastische LSZH-Compounds sind unvernetzt. Sie erweichen beim Erhitzen, können wiederaufbereitet werden und sind in der Regel die einfachste Variante für Standardkabelleitungen. Sie werden häufig für Kommunikationskabel, Steuerkabel, Glasfaserkabel und allgemeine Gebäudekabel verwendet.

Für viele Inneninstallationen ist a thermoplastische LSZH-Mantelmischung für Kommunikationskabel bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Flammschutz, Extrusionsstabilität und Kosteneffizienz. Diese Sorten bieten typischerweise eine gute Oberflächengüte und mechanische Festigkeit bei Dauertemperaturen im Bereich von 70–90 °C.

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Vernetzte Polyolefinsysteme

Vernetzte LSZH-Systeme basieren ebenfalls auf halogenfreien Polyolefinen, allerdings sind die Polymerketten chemisch zu einem dreidimensionalen Netzwerk verbunden. Dadurch ändert sich der Leistungsumfang. Vernetzte Typen können höhere Dauerbetriebstemperaturen aushalten, normalerweise 90 °C, 105 °C, 125 °C oder sogar 150 °C, und sie widerstehen Öl, Hitzeverformung und thermoplastischer Erweichung besser als unvernetzte Verbindungen.

Bei der LSZH-Produktion sind drei Vernetzungswege üblich: Silan-Feuchtigkeitsvernetzung, Strahlungsvernetzung und Peroxidvernetzung. Jedes wirkt sich auf den Extrusionsprozess und die endgültigen Materialeigenschaften aus. Die Silanvernetzung ist praktisch, da sie auf herkömmlichen Extrusionsanlagen durchgeführt werden kann, gefolgt von einer Feuchtigkeitshärtung. Die Strahlungsvernetzung erfolgt mithilfe von Elektronenstrahlgeräten und wird häufig für dünnwandige Automobil- und Hochtemperaturdrähte eingesetzt. Die Peroxidvernetzung findet typischerweise in kontinuierlichen Vulkanisationslinien statt.

Für den Bau von Drahtprojekten, die eine höhere Wärmeleistung erfordern, Silanvernetzbares LSZH-Kabelmaterial für den Aufbau von Drähten ist eine praktische Wahl, da es halogenfreies Brandverhalten mit besserer Hitzebeständigkeit und mechanischer Integrität nach dem Aushärten kombiniert.

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Das flammhemmende Füllstoffsystem

Ohne Halogene verwenden LSZH-Verbindungen Metallhydroxid-Flammschutzmittel als Hauptmechanismus zur Brandbekämpfung. Diese Füllstoffe werden meist in hohen Gewichtsanteilen, oft zwischen 50 und 65 %, zugesetzt und beeinflussen direkt das mechanische und Verarbeitungsverhalten des Compounds.

Aluminiumtrihydroxid (ATH)

ATH, auch bekannt als Aluminiumoxid-Trihydrat, ist eines der am häufigsten verwendeten halogenfreien Flammschutzmittel. Bei etwa 180–220 °C beginnt es sich zu zersetzen, wobei Wasserdampf freigesetzt wird und die Wärme des umgebenden Feuers absorbiert wird. Das freigesetzte Wasser verdünnt brennbare Gase und senkt die Temperatur der Polymeroberfläche.

ATH ist effektiv, relativ wirtschaftlich und eignet sich gut für thermoplastische LSZH-Formulierungen. Seine Hauptbeschränkung ist die Zersetzungstemperatur. Da sich ATH unter 230 °C zu zersetzen beginnt, sind ATH-haltige Formulierungen nicht ideal für die Verarbeitung bei hohen Temperaturen oder für Verbindungen, die hohe Dauerleistungen erfordern.

Magnesiumhydroxid (MDH)

Magnesiumhydroxid zersetzt sich bei etwa 330–340 °C, was deutlich höher als ATH ist. Damit ist MDH die bessere Wahl für vernetzte LSZH-Systeme und für Kabelverbindungen, die höhere Verarbeitungstemperaturen vertragen oder Dauertemperaturen von 105 °C, 125 °C oder 150 °C erreichen müssen.

In der Praxis können Formulierer ATH und MDH kombinieren, um Kosten, Verarbeitung, Hitzebeständigkeit und mechanische Eigenschaften auszugleichen. Einige LSZH-Formulierungen enthalten auch kleine Mengen Synergisten wie Zinkborat, Zinkstannat oder Verkohlungsförderer auf Silikonbasis, um Rauch zu reduzieren, die Verkohlungsbildung zu unterstützen und die brennende Kabelstruktur stabiler zu halten.

Funktionelle Additive: Das kleine Paket mit großer Wirkung

Das Grundharz und die flammhemmenden Füllstoffe sind die Hauptbestandteile, sie allein reichen jedoch nicht aus. Ein fertiges LSZH-Compound enthält ein sorgfältig ausgewogenes Additivpaket, das Antioxidantien, Verarbeitungsschmiermittel, Verträglichkeitsvermittler, Haftvermittler, Metalldesaktivatoren, Ruß, Farbstoffe und Feuchtigkeitsfänger umfasst.

Diese Zusatzstoffe erleichtern nicht nur die Extrusion des Materials. Haftvermittler verbessern die Bindung zwischen der Polymermatrix und dem mineralischen Füllstoff, wodurch Zugfestigkeit und Dehnung bei hoher Füllstoffbeladung erhalten bleiben. Antioxidantien und Metalldesaktivatoren schützen das Kabel vor thermischer Alterung und langfristigem Kontakt mit Kupferleitern. Ohne dieses Paket kann eine LSZH-Verbindung einen Brandtest mit frischem Material bestehen, aber nach Jahren im Einsatz versagen.

Wie die Materialien messbare Brand- und mechanische Leistung unterstützen

Die endgültige LSZH-Verbindung muss Leistungskriterien erfüllen, die über einen einfachen Flammentest hinausgehen. Zu den gängigen Bewertungsstandards gehören IEC 60332-3 für die Flammenausbreitung, IEC 60754-1 und IEC 60754-2 für den Halogengehalt und den Säuregehalt des Gases sowie IEC 61034 für die Rauchdichte. Das Material muss außerdem eine akzeptable Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Abriebfestigkeit und Kälteflexibilität aufweisen.

Thermoplastische und vernetzte Systeme erfüllen beide die Anforderungen an Halogenfreiheit und geringe Rauchentwicklung, die mechanische und thermische Leistung ist jedoch unterschiedlich. Die folgende Tabelle fasst den praktischen Unterschied zusammen.

Was Sie bei der Bewertung eines LSZH-Compounds beachten sollten

Da LSZH mehrere Materialfamilien abdeckt, müssen Sie zunächst genau bestätigen, was angeboten wird. Drei nützliche Fragen sind:

• Ist der Typ thermoplastisch oder vernetzt? Die Antwort bestimmt die Temperaturbewertung, den Extrusionsprozess und die Installationsbedingungen.
• Welches Füllsystem wird verwendet? ATH und MDH haben unterschiedliche Zersetzungstemperaturen und Verarbeitungsgrenzen.
• Welche Brand- und Mechaniknormen sind dokumentiert? Suchen Sie nach spezifischen Testmethoden und Kriterien für das Bestehen oder Nichtbestehen, nicht nur nach den Worten „LSZH“ oder „halogenfrei“.

Es ist auch wichtig, die Leistungsfähigkeit der Lieferanten zu prüfen. LSZH-Compounds sind hochgefüllte Materialien, daher hängt die Chargenkonsistenz stark von der Mischungskontrolle, der Rohstoffauswahl und der Produktionsdisziplin ab. Einem Hersteller, der seine Produktionsumgebung und die Fähigkeit zu hauseigenen Labortests nachweisen kann, ist es leichter zu vertrauen, als einem, der nur ein technisches Datenblatt liefert. Für einen umfassenderen Überblick darüber, wie sich die Temperatur auf die Materialzuverlässigkeit auswirkt, finden Sie hier: mechanische Leistung von LSZH bei verschiedenen Temperaturen ist eine nützliche Referenz vor der Fertigstellung einer Spezifikation.

Bei Stromkabelprojekten in Gebäuden ist die Klassifizierung ebenso wichtig wie die Chemie. A LSZH-Mantelmischung der Güteklasse B1 für Stromkabel ist eine Überlegung wert, wenn das Projekt einen definierten Beitrag zur Flammenausbreitung, Rauchentwicklung und zum brennenden Tropfenverhalten gemäß der europäischen Bauproduktenverordnung erfordert. Bei der B1-Klassifizierung handelt es sich nicht um eine einzelne Eigenschaft; es ist das Ergebnis der Zusammenarbeit des gesamten materiellen Systems.

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Vor dem Kauf LSZH-Verbindungen für den Bau von Drähten Überprüfen Sie, ob die ausgewählte Sorte mit der erforderlichen Kabelnorm und Verarbeitungsmethode übereinstimmt. Eine für den thermoplastischen Einsatz bei 90 °C optimierte Sorte ist nicht automatisch für eine bei 125 °C vernetzte Fahrzeugkabelkonstruktion geeignet, selbst wenn beide technisch gesehen raucharm und halogenfrei sind.

Das richtige Material beginnt mit der richtigen Basis

LSZH-Verbindungen sind keine einheitliche Formel. Die darin verwendeten Materialien werden entsprechend einer bestimmten Temperaturklasse, Brandnorm, mechanischen Belastung und einem Herstellungsverfahren ausgewählt. Das Basisharz verleiht dem Material seinen grundlegenden elektrischen und physikalischen Charakter. Das Metallhydroxid-Füllsystem sorgt für die Brandreaktion. Das Additivpaket schützt die Leistung während der Compoundierung, Extrusion, Installation und im jahrelangen Einsatz.

Wenn ein Kabelhersteller LSZH spezifiziert, lautet die relevante Frage nicht nur: „Enthält es kein Halogen?“ Es stellt sich auch die Frage: „Kann diese spezielle Verbindung die mechanischen und thermischen Anforderungen der Anwendung erfüllen?“ Die Antwort beginnt normalerweise mit einer Unterscheidung: thermoplastisch oder vernetzt.