En referenceformulering af flammehæmmende materiale til SK Polyester ES500 (UL94 V0-klassificering).
I. Formuleringsdesignmetode
- Substratkompatibilitet
- SK Polyester ES500: En termoplastisk polyester med en typisk forarbejdningstemperatur på 220-260 °C. Flammehæmmeren skal kunne modstå dette temperaturområde.
- Nøglekrav: Balance mellem flammehæmning (V0), mekaniske egenskaber (trækstyrke/slagstyrke) og procesfluiditet.
- Synergistisk flammehæmmende system
- Ultrafin aluminiumhydroxid (ATH): Primær flammehæmmer, endotermisk dehydrering. Belastningen skal afbalancere flammehæmning og mekaniske egenskaber.
- Aluminiumhypophosphit: Forkulningsdannende synergist, der virker sammen med ATH for at skabe en fosfor-aluminium synergistisk effekt, der forbedrer forkulningskvaliteten.
- Zinkborat: Forkulningsforstærker, undertrykker røg og danner en tæt barriere med ATH.
- MCA (melamincyanurat): Gasfaseflammehæmmende, fortynder ilt og hæmmer drypning af smelte.
II. Anbefalet formulering (vægtprocent)
| Komponent | Forhold | Behandlingsnoter |
|---|---|---|
| SK Polyester ES500 | 45–50% | Basisharpiks; vælg en højflydeevnekvalitet for at kompensere for fillerens viskositet. |
| Ultrafin ATH | 25–30% | Overflademodificeret med silankoblingsmiddel (KH-550), D50 < 3 μm. |
| Aluminiumhypophosphit | 10–12% | Varmebestandig (>300°C), forblandet med ATH og tilsat i etaper. |
| Zinkborat | 6–8% | Tilsat MCA for at undgå strukturelle skader forårsaget af høj forskydning. |
| MCA | 4–5% | Procestemperatur < 250°C, lavhastighedsdispersion. |
| Dispergeringsmiddel | 2–3% | Polyesterkompatibelt dispergeringsmiddel (f.eks. BYK-161) + polyethylenvokskomposit. |
| Koblingsmiddel (KH-550) | 1% | Forbehandler ATH og aluminiumhypophosphit; ethanolimmersion efterfulgt af tørring. |
| Anti-drypmiddel | 0,5–1% | PTFE-mikropulver til at undertrykke smelteantændelse. |
| Forarbejdningshjælpemiddel | 0,5% | Zinkstearat (smørende og anti-klæbende). |
III. Vigtige proceskontroller
- Dispersionsoptimering
- Forbehandling: Læg ATH og aluminiumhypophosphit i blød i 1% KH-550 ethanolopløsning i 2 timer, og tør derefter ved 80°C.
- Blandingssekvens:
- Basisharpiks + dispergeringsmiddel + koblingsmiddel → Lavhastighedsblanding (500 o/min, 5 min).
- Tilsæt modificeret ATH/aluminiumhypophosphit → Højhastighedsforskydning (2500 rpm, 20 min).
- Tilsæt zinkborat/MCA/PTFE → Bland ved lav hastighed (800 o/min, 10 min).
- Udstyr: Dobbeltskrueekstruder (temperaturzoner: fødezone 200°C, smeltezone 230°C, dyse 220°C).
- Forarbejdningstemperaturkontrol
- Sørg for en smeltetemperatur < 250 °C for at forhindre MCA-nedbrydning (MCA nedbrydes ved 250-300 °C).
- Vandkølede pellets efter ekstrudering for at forhindre migration af flammehæmmende stoffer.
IV. Synergistisk mekanisme for flammehæmmende midler
- ATH + Aluminiumhypophosphit
- ATH absorberer varme og frigiver vanddamp, hvilket fortynder brandfarlige gasser.
- Aluminiumhypophosphit katalyserer dannelse af tæt forkulning (AlPO₄) og blokerer dermed varmeoverførsel.
- Zinkborat + MCA
- Zinkborat danner en glasagtig barriere over forkullede revner.
- MCA nedbrydes og frigiver NH₃, hvilket fortynder ilt og hæmmer reaktioner med frie radikaler.
- PTFE drypfri
- PTFE-mikropulver danner et fiberholdigt netværk, hvilket reducerer risikoen for drypantændelse.
V. Ydelsesjustering og fejlfinding
| Almindeligt problem | Løsning |
|---|---|
| Flammehæmning under V0 (V1/V2) | Øg aluminiumhypophosphit til 12% + MCA til 5%, eller tilsæt 2% indkapslet rødt fosfor (synergistisk med aluminiumhypophosphit). |
| Reducerede mekaniske egenskaber | Reducer ATH til 25%, tilsæt 5% glasfiber (forstærkning) eller 3% maleinsyreanhydrid-podet POE (hærdning). |
| Dårlig procesfluiditet | Øg dispergeringsmidlet til 3%, eller tilsæt 0,5% polyethylenvoks med lav molekulærvægt (smøring). |
| Overfladeblomstring | Optimer doseringen af koblingsmidlet, eller skift til titanatkoblingsmidlet (NDZ-201) for bedre binding til grænsefladen. |
VI. Valideringsmålinger
- UL94 V0-test:
- Prøver på 1,6 mm og 3,2 mm, samlet brændetid < 50 sekunder efter to antændelser, ingen dryppende antændelse.
- LOI: Mål ≥30% (faktisk ≥28%).
- Mekaniske egenskaber:
- Trækstyrke > 40 MPa, slagstyrke > 5 kJ/m² (ASTM-standard).
- Termisk stabilitet (TGA):
- Kulrest ved 800°C > 20%, initial nedbrydningstemperatur > 300°C.
VII. Eksempel på referenceformulering
| Komponent | Indhold (%) |
|---|---|
| SK Polyester ES500 | 48% |
| Ultrafin ATH (modificeret) | 28% |
| Aluminiumhypophosphit | 11% |
| Zinkborat | 7% |
| MCA | 4% |
| BYK-161 Dispergeringsmiddel | 2,5% |
| KH-550 Koblingsmiddel | 1% |
| PTFE drypfri middel | 0,8% |
| Zinkstearat | 0,5% |
Denne formulering og procesdesign opnår effektivt UL94 V0 flammehæmning for SK Polyester ES500, samtidig med at forarbejdningsevne og mekaniske egenskaber balanceres. Forsøg i mindre skala anbefales for at verificere dispersion før finjustering af forhold (f.eks. balancering af aluminiumhypophosphit og MCA). For yderligere forbedring af flammehæmningen kan det overvejes at tilsætte 2% bornitrid-nanoplader (BNNS) som et dobbeltfunktionelt termisk ledende/flammehæmmende fyldstof.
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Opslagstidspunkt: 1. juli 2025
