Nuove formulazioni per cavi in PVC

A partire dagli anni '50, i cavi elettrici in PVC sono stati prodotti sul mercato con successo e utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni.
Ogni applicazione ha requisiti specifici che inducono il produttore a realizzare cavi con caratteristiche peculiari in relazione a ciò che devono trasmettere e a dove vengono utilizzati.
Oggi i cavi vengono prodotti anche combinando diversi polimeri per ottimizzarne le prestazioni desiderate.
Per quanto riguarda il PVC, si possono individuare almeno tre diversi impieghi:
- guaina esterna
▪ riempimento interno del cavo
▪ isolamento del cavo mono-conduttore

Ciascuno di questi impieghi comporta una formulazione specifica e dettagliata. Preparare un compound adatto all'uso finale non è né facile né semplice, per cui una formulazione dedicata a una guaina, riempitivo o isolante è composta in media da una dozzina di sostanze che vengono introdotte per soddisfare la facilità di produzione, le prestazioni richieste dall’utente finale e le caratteristiche che i riferimenti normativi impongono.
In edilizia e costruzioni, ad esempio, l'obiettivo primario è definire il comportamento ideale dei materiali per una corretta scelta dei componenti, e certamente le caratteristiche di sicurezza antincendio sono di primaria importanza. Infatti, oggi il comportamento al fuoco dei materiali è considerato uno degli aspetti più importanti legati alla sicurezza: una casa è sicura quando garantisce un basso rischio di incendio.
L’elettricità e il suo trasporto hanno sempre rappresentato fonti primarie di innesco di incendi, pertanto la realizzazione di cavi elettrici adatti alla prevenzione globale è parte integrante del processo produttivo: cavi elettrici sicuri significano una casa sicura.
Per questi motivi, il Parlamento e il Consiglio Europeo hanno emanato il Regolamento (UE) n. 305/2011 (Construction Product Regulation, o CPR) in cui la sicurezza antincendio è il requisito essenziale più importante, soddisfatto con il rilascio della marcatura CE che indica la classe di comportamento al fuoco dei cavi elettrici secondo le procedure previste dalle norme EN 13501-6 e EN 50575.
Sulla base di queste classificazioni, gli Stati membri dell'UE hanno inserito nelle loro legislazioni nazionali diversi requisiti di prestazione per prodotti da costruzione, a seconda del loro utilizzo finale.
Il sistema di classificazione per la reazione al fuoco dei cavi è definito dalla norma europea armonizzata EN 13501-6, che prevede un sistema a due livelli:
▪Classe di reazione: Aca, B1ca, B2ca, Cca, Dca, Eca, Fca (l’ultima della serie la peggiore)
▪Classi aggiuntive (le ultime della serie le peggiori):
− s1, s2, s3 per rilascio di fumi
− d0, d1, d2 per gocciolamento
− a1, a2, a3 per acidità dei fumi

Sicurezza e comportamento al fuoco dei cavi in PVC
Una recente analisi su rilascio di fumi e loro tossicità dovuto a materiali polimerici in caso di incendio, condotta da IPOOL, società di ricerca e sviluppo tecnologico spin-off del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) italiano, ha dimostrato che in eventi di incendio reali:
▪ Le concentrazioni di CO (monossido di carbonio) superano normalmente il limite di tossicità (LC50 – la concentrazione letale di una sostanza chimica in grado di uccidere il 50% dei campioni testati), mentre quelle di HCl (cloruro di idrogeno) e HCN (cianuro di idrogeno), provenienti dalla combustione di materiali contenenti cloro e azoto, e di acroleina (proveniente dalla combustione di composti HFFR – ritardante di fiamma privo di alogeni) raramente superano la loro LC50. In altre parole, in caso di incendio c'è così tanto CO rispetto a qualsiasi altro componente nell’aria che il CO è il principale elemento tossico nel fumo.
▪ La tossicità dei fumi di quasi tutti i materiali è pressoché identica, entro un margine di errore. Le plastiche moderne producono generalmente la stessa quantità di CO dopo il flashover, cioè circa il 20 % della massa del polimero. Dunque la tossicità dei fumi di tutti i compound polimerici è stata ampiamente studiata ed è risultata quantitativamente simile tra loro.
▪ L'acidità è del tutto inadeguata a rappresentare la tossicità del fumo. Sebbene la corrosività (o acidità) dei fumi possa avere una certa rilevanza per danni alle cose, non ha alcuna relazione con la sicurezza per la vita umana e nemmeno con la tossicità dei fumi. L'uso dell'acidità come base per valutare la tossicità degli effluenti di incendio può fornire un'illusione di salvaguardia per la vita umana che in realtà non è corretta poiché l’elemento tossico più comune, il CO, non è acido.
▪ Il PVC irradia solo una minima quantità di calore; ciò significa un contributo minimo alla diffusione del calore. Il PVC è autoestinguente e ha intrinsecamente un alto potenziale di resistenza alle fonti di innesco: non contribuisce, o contribuisce solo in minima parte, alla generazione e diffusione di un incendio (di solito NON gocciola durante la combustione a causa dell'elevata tendenza alla carbonizzazione).
▪ Il PVC è in grado di ottenere eccellenti risultati di reazione al fuoco: se opportunamente formulato, consente di produrre cavi conformi all'Euroclasse B2ca s1 d0 a3, la classe di reazione al fuoco più sicura della normativa europea in accordo al CPR e conformi allo standard NFPA 262 (Associazione Nazionale per la Protezione Antincendio 262, metodo di prova standard per la propagazione di fiamma e fumo di fili e cavi per l'uso in spazi di trattamento dell'aria) per cavi plenum negli USA.
▪ Come conseguenza delle conclusioni sopra riportate, un cavo HFFR classificato B2ca s1 d0 a1 e un cavo in PVC classificato B2ca s1 d0 a3 garantirebbero la stessa sicurezza in caso di incendio.

Nuove formulazioni per cavi di PVC in classe B2ca s1 d0 a3
Negli ultimi anni PVC4Cables, la piattaforma di ECVM che promuove l’innovazione nel settore dei cavi in PVC, ha lanciato un progetto di innovazione, a cui hanno partecipato un pool di compoundatori italiani, finalizzato all’ottimizzazione di formulazioni di PVC per cavi elettrici. Alla fine del programma di ricerca sono state selezionate le migliori formulazioni per produrre un cavo reale da sottoporre alla valutazione completa richiesta dalla norma per la sua classificazione.
Il cavo prodotto è identificato come: FG16OR16 5G1,5; diametro 12,3 mm – colore grigio.
Il cavo è realizzato con guaina e riempimento in PVC e isolamento G16 (gomma etilenpropilenica a bassa emissione di fumo). L'estrusione del cavo è avvenuta senza problemi, come quella dei cavi tradizionali. 3/3

Il test effettuato con una quantità di calore specifica per la classe B2ca o 20,5 KW ha mostrato che il cavo ha raggiunto la classificazione finale di B2ca s1 d0.
Naturalmente il progetto intendeva anche testare queste nuove formulazioni in modo che i cavi risultanti fossero classificati nella classe aggiuntiva più bassa per l'acidità prevista dalla norma EN 13501-6 che stabilisce limiti precisi di acidità suddividendo il valore in tre classi:
▪ a1 conduttività < 2,5 μs/mm
▪ a2 conduttività < 10 μs/mm e pH > 4,3
▪ a3 con valori peggiori di a2 e a1

La classificazione aggiuntiva relativa all'acidità dei fumi è stata analizzata utilizzando le due metodologie:
•    Standard EN 60754-2 incluso nella norma EN 13501-6 per la classificazione dell'acidità. Test effettuato a una temperatura fissa fra 935 °C e 965 °C.
•    Standard EN 60754-1 non incluso nella norma EN 13501-6 per la classificazione dell'acidità, ma utilizzato per determinare la presenza di alogeni in un composto plastico. Test eseguito con una rampa di incremento della temperatura per 40 minuti fino a 800 °C ed ulteriori 20 min a 800 °C

Il cavo, sottoposto a valutazione, ha riportato i seguenti valori di acidità, valutati sia con il metodo previsto dallo standard di classificazione (EN 60754-2) sia con il metodo della rampa di incremento della temperatura:
▪EN 60754-2: a3 pH = 3.80 conduttività 13,6
▪EN 60754-1: a2 pH = 4.44 conduttività 2,9

Concludendo, il cavo realizzato applicando in modo stretto la CPR, e quindi utilizzando la EN 60754-2 a temperature comprese fra 935 °C e 935°C, raggiunge la seguente classificazione: B2ca s1 d0 a3. Se si utilizza la rampa della norma EN 60754-1 si raggiungere la classe B2ca s1 d0 a2, migliore in quanto l'aumento graduale della temperatura permette agli additivi di funzionare come previsto permettendo la riduzione delle emissioni di acidità.
È intenzione di PVC4Cables approfondire questo aspetto, cioè se sia lo standard EN 60754-2 o lo standard EN 60754-1 a rappresentare meglio il comportamento dei cavi in PVC in caso di incendio.