En referanseformel for flammehemmende middel for SK Polyester ES500 (UL94 V0-klassifisering).
I. Tilnærming til formuleringsdesign
- Substratkompatibilitet
- SK Polyester ES500: En termoplastisk polyester med en typisk prosesseringstemperatur på 220–260 °C. Flammehemmeren må tåle dette temperaturområdet.
- Viktige krav: Balanse mellom flammehemming (V0), mekaniske egenskaper (strekk-/slagstyrke) og prosesseringsfluiditet.
- Synergistisk flammehemmende system
- Ultrafint aluminiumhydroksid (ATH): Primær flammehemmende middel, endotermisk dehydrering. Belastningen må balansere flammehemming og mekaniske egenskaper.
- Aluminiumhypofosfitt: Forkullingsdannende synergist, virker sammen med ATH for å skape en fosfor-aluminium synergistisk effekt, som forbedrer forkullingskvaliteten.
- Sinkborat: Forkullingsforsterker, undertrykker røyk og danner en tett barriere med ATH.
- MCA (melamincyanurat): Gassfaseflammehemmende middel, fortynner oksygen og hemmer drypping av smelte.
II. Anbefalt formulering (vektprosent)
| Komponent | Forhold | Behandlingsnotater |
|---|---|---|
| SK Polyester ES500 | 45–50 % | Basisharpiks; velg høyflytende kvalitet for å kompensere for fyllstoffets viskositet. |
| Ultrafin ATH | 25–30 % | Overflatemodifisert med silankoblingsmiddel (KH-550), D50 < 3 μm. |
| Aluminiumhypofosfitt | 10–12 % | Varmebestandig (>300 °C), forblandet med ATH og tilsatt i etapper. |
| Sinkborat | 6–8 % | Tilsatt MCA for å unngå strukturelle skader forårsaket av høy skjærkraft. |
| MCA | 4–5 % | Prosesstemperatur < 250 °C, lavhastighetsdispersjon. |
| Dispergeringsmiddel | 2–3 % | Polyesterkompatibelt dispergeringsmiddel (f.eks. BYK-161) + polyetylenvokskompositt. |
| Koblingsmiddel (KH-550) | 1% | Forbehandler ATH og aluminiumhypofosfitt; etanolindemming etterfulgt av tørking. |
| Anti-dryppmiddel | 0,5–1 % | PTFE-mikropulver for å undertrykke smelteantennelse. |
| Behandlingshjelpemiddel | 0,5 % | Sinkstearat (smørende og klebehemmende). |
III. Viktige prosesskontroller
- Dispersjonsoptimalisering
- Forbehandling: Bløtlegg ATH og aluminiumhypofosfitt i 1 % KH-550 etanolløsning i 2 timer, og tørk deretter ved 80 °C.
- Blandesekvens:
- Basisharpiks + dispergeringsmiddel + koblingsmiddel → Blanding ved lav hastighet (500 o/min, 5 min).
- Tilsett modifisert ATH/aluminiumhypofosfitt → Høyhastighetsskjæring (2500 o/min, 20 min).
- Tilsett sinkborat/MCA/PTFE → Bland på lav hastighet (800 o/min, 10 min).
- Utstyr: Dobbeltskrueekstruder (temperatursoner: matesone 200 °C, smeltesone 230 °C, dyse 220 °C).
- Kontroll av prosesseringstemperatur
- Sørg for at smeltetemperaturen er < 250 °C for å forhindre MCA-nedbrytning (MCA spaltes ved 250–300 °C).
- Vannkjøl pellets etter ekstrudering for å forhindre migrering av flammehemmende stoffer.
IV. Synergistisk mekanisme for flammehemmende midler
- ATH + aluminiumhypofosfitt
- ATH absorberer varme og frigjør vanndamp, og fortynner brennbare gasser.
- Aluminiumhypofosfitt katalyserer dannelse av tett forkulling (AlPO₄), og blokkerer varmeoverføring.
- Sinkborat + MCA
- Sinkborat danner en glassaktig barriere over forkullede sprekker.
- MCA dekomponerer og frigjør NH₃, som fortynner oksygen og hemmer reaksjoner med frie radikaler.
- PTFE dryppbestandig
- PTFE-mikropulver danner et fibernettverk, noe som reduserer risikoen for antennelse ved smeltedrypp.
V. Ytelsesjustering og feilsøking
| Vanlig problem | Løsning |
|---|---|
| Flammehemming under V0 (V1/V2) | Øk aluminiumhypofosfitt til 12 % + MCA til 5 %, eller tilsett 2 % innkapslet rødt fosfor (synergistisk med aluminiumhypofosfitt). |
| Reduserte mekaniske egenskaper | Reduser ATH til 25 %, tilsett 5 % glassfiber (forsterkning) eller 3 % maleinsyreanhydrid-podet POE (herding). |
| Dårlig prosesseringsflyt | Øk dispergeringsmiddelet til 3 %, eller tilsett 0,5 % polyetylenvoks med lav molekylvekt (smøring). |
| Overflateblomstring | Optimaliser doseringen av koblingsmiddel eller bytt til titanatkoblingsmiddel (NDZ-201) for bedre binding i grenseflaten. |
VI. Valideringsmålinger
- UL94 V0-test:
- Prøver på 1,6 mm og 3,2 mm, total brenntid < 50 sekunder etter to tenninger, ingen dryppende tenning.
- LOI: Mål ≥30 % (faktisk ≥28 %).
- Mekaniske egenskaper:
- Strekkfasthet > 40 MPa, slagfasthet > 5 kJ/m² (ASTM-standard).
- Termisk stabilitet (TGA):
- Forkullingsrester ved 800 °C > 20 %, initial dekomponeringstemperatur > 300 °C.
VII. Eksempel på referanseformulering
| Komponent | Innhold (%) |
|---|---|
| SK Polyester ES500 | 48 % |
| Ultrafin ATH (modifisert) | 28 % |
| Aluminiumhypofosfitt | 11 % |
| Sinkborat | 7% |
| MCA | 4% |
| BYK-161 Dispergeringsmiddel | 2,5 % |
| KH-550 Koblingsmiddel | 1% |
| PTFE dryppbeskyttende middel | 0,8 % |
| Sinkstearat | 0,5 % |
Denne formuleringen og prosessdesignet oppnår effektivt UL94 V0 flammehemming for SK Polyester ES500, samtidig som prosesserbarhet og mekaniske egenskaper balanseres. Småskalaforsøk anbefales for å verifisere dispersjon før finjustering av forholdstall (f.eks. balansering av aluminiumhypofosfitt og MCA). For ytterligere forbedring av flammehemmingen, bør du vurdere å tilsette 2 % bornitrid-nanoplater (BNNS) som et dobbeltfunksjonelt termisk ledende/flammehemmende fyllstoff.
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Publisert: 01.07.2025
