Referencyjna formuła środka zmniejszającego palność dla poliestru SK ES500 (klasyfikacja UL94 V0).
I. Podejście do projektowania formulacji
- Zgodność podłoża
- SK Polyester ES500: Poliester termoplastyczny o typowej temperaturze przetwarzania 220–260°C. Środek zmniejszający palność musi być odporny na ten zakres temperatur.
- Główne wymagania: Zrównoważenie ognioodporności (V0), właściwości mechanicznych (wytrzymałości na rozciąganie/udarności) i płynności przetwarzania.
- Synergistyczny system zmniejszający palność
- Ultradrobny wodorotlenek glinu (ATH): podstawowy środek zmniejszający palność, odwadnianie endotermiczne. Załadunek musi równoważyć właściwości zmniejszające palność i właściwości mechaniczne.
- Podfosforyn glinu: synergetyk tworzący węgiel drzewny, współpracuje z ATH, tworząc efekt synergii fosforu i glinu, poprawiając jakość węgla drzewnego.
- Boran cynku: Wzmacnia właściwości węglowe, ogranicza dymienie i tworzy gęstą barierę z ATH.
- MCA (cyjanuran melaminy): Środek zmniejszający palność w fazie gazowej, rozcieńcza tlen i zapobiega kapaniu stopionego metalu.
II. Zalecana formulacja (procent wagowy)
| Część | Stosunek | Notatki dotyczące przetwarzania |
|---|---|---|
| SK Poliester ES500 | 45–50% | Żywica bazowa; należy wybrać gatunek o wysokiej płynności, aby skompensować lepkość wypełniacza. |
| Ultrafine ATH | 25–30% | Powierzchnia modyfikowana środkiem sprzęgającym silanowym (KH-550), D50 < 3 μm. |
| Podfosforyn glinu | 10–12% | Odporny na wysokie temperatury (>300°C), wstępnie zmieszany z ATH i dodawany etapami. |
| Boran cynku | 6–8% | Dodano z dodatkiem MCA w celu uniknięcia uszkodzeń strukturalnych spowodowanych dużym ścinaniem. |
| MCA | 4–5% | Temperatura procesu < 250°C, dyspersja wolnoobrotowa. |
| Dyspergator | 2–3% | Dyspergator kompatybilny z poliestrem (np. BYK-161) + kompozyt wosku polietylenowego. |
| Środek sprzęgający (KH-550) | 1% | Wstępna obróbka ATH i podfosforynu glinu; zanurzenie w etanolu, a następnie suszenie. |
| Środek zapobiegający kapaniu | 0,5–1% | Mikroproszek PTFE zapobiegający zapłonowi stopu. |
| Środek wspomagający przetwarzanie | 0,5% | Stearynian cynku (właściwości smarujące i zapobiegające przywieraniu). |
III. Kluczowe kontrole procesów
- Optymalizacja dyspersji
- Wstępne przygotowanie: ATH i podfosforyn glinu namoczyć w 1% roztworze etanolu KH-550 przez 2 godziny, a następnie wysuszyć w temperaturze 80°C.
- Sekwencja mieszania:
- Żywica bazowa + dyspergator + środek sprzęgający → Mieszanie wolnoobrotowe (500 obr./min, 5 min).
- Dodaj zmodyfikowany ATH/podfosforyn glinu → Ścinanie z dużą prędkością (2500 obr./min, 20 min).
- Dodać boran cynku/MCA/PTFE → Mieszać na niskich obrotach (800 obr./min, 10 min).
- Wyposażenie: Ekstruder dwuślimakowy (strefy temperaturowe: strefa podawania 200°C, strefa topienia 230°C, matryca 220°C).
- Kontrola temperatury przetwarzania
- Zapewnij temperaturę topnienia < 250°C, aby zapobiec rozkładowi MCA (MCA rozkłada się w temperaturze 250–300°C).
- Po wytłoczeniu granulki są chłodzone wodą, aby zapobiec migracji środka zmniejszającego palność.
IV. Mechanizm synergistyczny zmniejszający palność
- ATH + Podfosforyn glinu
- ATH pochłania ciepło i uwalnia parę wodną, rozcieńczając gazy palne.
- Podfosforyn glinu katalizuje tworzenie się gęstego węgla drzewnego (AlPO₄), blokując przenoszenie ciepła.
- Boran cynku + MCA
- Boran cynku tworzy szklistą barierę na pęknięciach węglowych.
- MCA rozkłada się, uwalniając NH₃, który rozcieńcza tlen i hamuje reakcje wolnych rodników.
- PTFE zapobiegający kapaniu
- Mikroproszek PTFE tworzy włóknistą sieć, zmniejszając ryzyko zapłonu stopionego tworzywa.
V. Strojenie wydajności i rozwiązywanie problemów
| Częsty problem | Rozwiązanie |
|---|---|
| Ognioodporność poniżej V0 (V1/V2) | Zwiększyć stężenie podfosforynu glinu do 12% + MCA do 5% lub dodać 2% otoczonego czerwonego fosforu (działającego synergicznie z podfosforynem glinu). |
| Obniżone właściwości mechaniczne | Obniżyć ATH do 25%, dodać 5% włókna szklanego (wzmocnienie) lub 3% polietylenu (POE) szczepionego bezwodnikiem maleinowym (wzmocnienie). |
| Słaba płynność przetwarzania | Zwiększ ilość środka dyspergującego do 3% lub dodaj 0,5% wosku polietylenowego o niskiej masie cząsteczkowej (smar). |
| Zakwit powierzchniowy | Zoptymalizuj dawkę środka sprzęgającego lub przejdź na środek sprzęgający tytanian (NDZ-201) w celu uzyskania lepszego wiązania międzyfazowego. |
VI. Metryki walidacji
- Test UL94 V0:
- Próbki o średnicy 1,6 mm i 3,2 mm, całkowity czas palenia < 50 sekund po dwóch zapłonach, bez kapiącego zapłonu.
- LOI: Cel ≥30% (rzeczywisty ≥28%).
- Właściwości mechaniczne:
- Wytrzymałość na rozciąganie > 40 MPa, udarność > 5 kJ/m² (norma ASTM).
- Stabilność termiczna (TGA):
- Pozostałość po zwęgleniu w temp. 800°C > 20%, początkowa temperatura rozkładu > 300°C.
VII. Przykładowa formulacja odniesienia
| Część | Treść (%) |
|---|---|
| SK Poliester ES500 | 48% |
| Ultrafine ATH (modyfikowany) | 28% |
| Podfosforyn glinu | 11% |
| Boran cynku | 7% |
| MCA | 4% |
| BYK-161 Dyspergator | 2,5% |
| Środek sprzęgający KH-550 | 1% |
| Środek zapobiegający kapaniu PTFE | 0,8% |
| Stearynian cynku | 0,5% |
Ta formuła i proces skutecznie zapewniają trudnopalność UL94 V0 dla poliestru SK ES500, jednocześnie równoważąc przetwarzalność i właściwości mechaniczne. Zaleca się przeprowadzenie prób na małą skalę w celu weryfikacji dyspersji przed precyzyjnym dostrojeniem proporcji (np. równoważąc podfosforyn glinu i MCA). Aby dodatkowo zwiększyć trudnopalność, należy rozważyć dodanie 2% nanopłytek azotku boru (BNNS) jako wypełniacza o podwójnym działaniu termoprzewodzącym i zmniejszającym palność.
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Czas publikacji: 01-07-2025
