Synergistically ceramization of rubber system for fire safety cable by sepiolite functionalized with boron-based nanoparticles

In this research, a novel ethylene propylene diene monomer rubber (EPDM) formulation for cable with high ceramization efficiency was prepared by the addition of functionalized sepiolite with boron fluxing compound nanoparticles (SEPTB) obtained by precipitation route. Non-functionalized sepiolite (SEP) has been incorporated to the system for reference. EPDM materials were characterized by standardized tests measuring their behavior against fire and important improvements were observed, especially in terms of smoke production (25% reduction of the smoke production compared with the formulation using SEP) presenting a remarkable behaviour against dripping and self-extinction when a flame is directly applied. The mechanism of ceramization under fire conditions was discussed. It was found that EPDM system with SEPTB additive transformed into a rigid ceramic after treating at 1000 °C. In this particular case, the ceramization was more efficient due to the sepiolite transformation to enstatite at lower temperatures (∼750 vs ∼850 °C) combined with the “in situ” formation of a glassy phase which notably enhances the reinforcement of the char layer by forming a reinforcing 3D enstatite fibers net structure that reduces smoke production and even totally avoids the dripping of melted polymer by the action of the heat in a fire event. This work provides new insights for the preparation of high-performance synergist additive based on sepiolite for the enhancement of fire retardance of EPDM system for cable applications. En esta investigación, se ha preparado una nueva formulación de caucho etileno-propileno-dieno (EPDM) para cable con un efecto de ceramificación más eficiente mediante la adición de sepiolita funcionalizada con nanopartículas de un compuesto fundente de boro (SEPTB) obtenidas por vía de precipitación. La sepiolita no funcionalizada (SEP) se incorporó al sistema del cable como referencia. Los materiales de EPDM fueron caracterizados mediante ensayos estandarizados midiendo su comportamiento frente al fuego y se observaron importantes mejoras, especialmente en términos de producción de humos (reducción del 25% de la producción de humos respecto a la formulación utilizando SEP) presentando un notable comportamiento frente al goteo y autoextinción cuando se aplica directamente una llama. Se propone el mecanismo de ceramificación en condiciones de fuego. Se comprobó que el sistema EPDM con aditivo SEPTB se transformaba en una cerámica rígida tras tratarlo a 1.000 °C. En este caso, la ceramificación fue más eficiente debido a la transformación de sepiolita en enstatita a temperaturas más bajas (∼750 vs ∼850 °C) combinada con la formación in situ de una fase vítrea que mejora notablemente el refuerzo de la capa de carbonilla mediante la formación de una estructura de red 3D de fibras de enstatita que actuaba como refuerzo reduciendo la producción de humo e incluso evitando totalmente el goteo de polímero fundido por la acción del calor en un evento de incendio. Este trabajo aporta nuevos conocimientos para la preparación de aditivos sinérgicos de alto rendimiento basados en sepiolita para la mejora de la retardancia al fuego del EPDM.