Development of a new oil resistant polymer blend for halogen-free flame retardancy applications in wire and cable

For various applications – i.e. offshore platforms, nuclear power plants, windmills, high speed trains, and different industrial environments – heavy duty cable jackets are needed in order to provide oil and heat resistance, as well as flexibility at ambient and low temperatures. Ideally, these properties are present in a ready-to-use polymer blend for halogen-free flame retardant (HFFR) cable compounds by the addition of hydrated mineral fillers. Current solutions are either lagging oil resistance or are inferior in low temperature flexibility, or they are not available as pellets due to the rubbery nature of the polymer. This thesis documents the development of a new oil resistant polymer blend based on mid VA EVAs and acrylic resins of two different particle structures: core-shell and non core-shell. The experimental work includes a screening of two core-shell grades that differ in particle size and shell content, a study on the intrinsic properties of each of the polymer blend components in terms of oil and heat resistance and mechanical properties. Finally, it encompasses a design of experiments using statistical modeling for the optimization of the polymer blend formulation for HFFR full compound. It also includes a discussion around the morphology of the different polyacrylate grades as well as their presence in an EVA matrix and in a full HFFR compound with flame retardancy fillers. The work is concluded with a set of design recommendations based on the model, as well as an outlook for the next steps and improvement possibilities.

Per varie applicazioni, ad es. piattaforme offshore, centrali nucleari, mulini a vento, treni ad alta velocità e diversi ambienti industriali - per fornire resistenza a olio e calore, nonché flessibilità a temperatura ambiente e bassa, sono necessarie guaine per cavi per impieghi gravosi. Idealmente, queste proprietà sono presenti in una miscela polimerica pronta all'uso per composti di cavi ritardanti di fiamma senza alogeni (HFFR) mediante l'aggiunta di cariche minerali idrate. Le soluzioni attuali sono in ritardo di resistenza agli oli o sono inferiori nella flessibilità alle basse temperature, oppure non sono disponibili come pellet a causa della natura gommosa del polimero. Questa tesi documenta lo sviluppo di una nuova miscela polimerica resistente all'olio basata su EVA a metà VA e resine acriliche di due diverse strutture di particelle: nucleo-guscio e non nucleo-guscio. Il lavoro sperimentale include uno screening di due gradi di nucleo-guscio che differiscono per dimensione delle particelle e contenuto di guscio, uno studio sulle proprietà intrinseche di ciascuno dei componenti della miscela polimerica in termini di resistenza all'olio e proprietà meccaniche. Infine, comprende un Design of Experiments che utilizza la modellistica statistica per l'ottimizzazione della formulazione della miscela polimerica per il composto completo HFFR. Include anche una discussione sulla morfologia dei diversi gradi di poliacrilato e sulla loro presenza in una matrice EVA e in un composto HFFR completo con riempitivi ritardanti di fiamma. Il lavoro si conclude con una serie di raccomandazioni progettuali basate sul modello, nonché prospettive per i prossimi sviluppi e possibilità di miglioramento.