Как правильно выбрать огнезащитный состав? Вот факторы, которые следует учитывать...
В двух предыдущих частях мы систематически изучали основные характеристики, основные классификации и типичные сценарии применения антипиренов в модифицированных пластиках.
Огнезащитные решения для модифицированных пластиков (Часть 1): характеристики продукта + сценарии применения, объясненные в одной статье
Огнезащитные решения для модифицированных пластиков (Часть 2): основные категории безгалогенных материалов + новые нанотехнологии
После понимания этих основ выбор наиболее подходящего антипирена для конкретного продукта и процесса становится критически важным решением для инженеров и сотрудников исследований и разработок. В этом выпуске основное внимание будет уделено логике выбора антипиренов, предоставляя четкое и практическое руководство по отбору по нескольким параметрам, включая требования применения, баланс производительности, контроль затрат и адаптируемость обработки.
Выбор огнезащитного состава зависит от:
Тип сценария приложения.
Особые стандарты огнестойкости, которым необходимо соответствовать.
Соответствующие правила, которые необходимо соблюдать.
Многие другие вопросы также необходимо учитывать при выборе оптимальной огнезащитной системы для конкретного использования.
I. Критерии выбора бромированных антипиренов.
Факторы, влияющие на выбор бромированных антипиренов.
1. Тип и содержание брома
Чтобы выбранный бромированный антипирен был эффективным, он должен разлагаться при горении полимера, оставаясь при этом стабильным во время обработки полимера. Это требование определяет тип брома в антипирене. Кроме того, антипирен должен содержать достаточное количество брома для достижения требуемых огнезащитных характеристик, а уровень добавления не должен отрицательно влиять на физические свойства материала или стоимость системы.
2. Термическая стабильность
. Выбранный бромированный антипирен должен оставаться стабильным во время приготовления смеси и литья под давлением. Разложение во время этих процессов может привести к обесцвечиванию материала, деградации полимера и коррозии оборудования. Поэтому выбор подходящего замедлителя и сочетание его с необходимыми термостабилизаторами и синергистами имеет решающее значение.
3. Характеристики старения.
Возможно, системе смолы придется противостоять различным факторам, вызывающим преждевременное разрушение и обесцвечивание. При выборе наиболее подходящего антипирена и необходимых стабилизаторов для конкретной системы необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как устойчивость к ультрафиолетовому излучению, термическая стабильность и миграция.
4. Характеристики обработки.
В зависимости от температуры обработки некоторые антипирены смешиваются в расплаве, а другие используются в качестве наполнителей. Эта разница влияет на обработку и физические свойства конечного продукта.
5. Соблюдаемые стандарты
Выбор антипирена во многом зависит от выбранной системы смол и стандартов, которые необходимо соблюдать.
6. Стоимость использования
Необходимо учитывать общую стоимость всей огнезащитной системы. Это зависит не только от цены самого бромированного антипирена и его необходимой загрузки, но и от стоимости других добавок, необходимых наряду с ним для создания функциональной системы.
7. Экологические соображения.
Использование бромированных антипиренов сопряжено с особыми экологическими ограничениями. Основной проблемой является снижение токсичных опасностей на протяжении всего жизненного цикла, от производства и конечного использования до утилизации.
8. Устойчивость к выцветанию.
Выцветание – это явление, при котором антипирен медленно мигрирует на пластиковую поверхность, вызывая мутный вид, часто с бронзовым цветом. Это особенно нежелательно для компонентов, которые также выполняют эстетические функции, таких как корпуса и корпуса. Таким образом, устойчивость к цветению является ключевым фактором во многих приложениях.
Как правило, степень поседения зависит от совместимости антипирена с полимерной матрицей и молекулярной массы антипирена: лучшая совместимость и более высокая молекулярная масса приводят к меньшему поседению.
9. Устойчивость к ультрафиолетовому излучению.
Во многих случаях огнестойкие смолы должны выдерживать различные условия окружающей среды, которые могут легко привести к преждевременному разрушению и обесцвечиванию. Поэтому выбор подходящего бромированного антипирена имеет решающее значение для применений, требующих устойчивости к ультрафиолетовому излучению, например, при использовании на открытом воздухе.
II. Критерии выбора
гидроксида алюминия (ATH) и гидроксида магния (MDH)
При выборе продуктов на основе гидроксида алюминия (ATH) или гидроксида магния (MDH) для огнезащитного состава необходимо обратить внимание на следующие ключевые параметры материала:
Эти характеристики продукта (основных материалов) будут напрямую влиять на процесс смешивания и конечные свойства композита.
1. Сравнение физических свойств.
2. Сравнение термической стабильности
На рисунке ниже сравниваются характеристики термического разложения гидроксида алюминия (ATH) и гидроксида магния (MDH):
Таким образом, гидроксид магния обладает более высокой термической стабильностью, обеспечивая более широкий температурный диапазон для компаундирования. Гидроксид алюминия подходит для термореактивных материалов, которые обычно обрабатываются при температуре ниже 200°C, а также для некоторых пластиков на основе ПВХ и полиолефинов.
Гидроксид магния предпочтителен при создании пластиковых композитов, которые необходимо обрабатывать при температуре выше 220°C (428°F) или около нее, например, полипропилена и технических термопластов. Использование гидроксида магния для термопластов или эластомеров с низкой температурой плавления также может обеспечить более высокие температуры обработки и более высокую производительность компаундирования.
И гидроксид алюминия, и гидроксид магния при нагревании и разложении выделяют кристаллизационную воду: с одной стороны, охлаждая полимерную матрицу, а с другой — разжижая дым, образующийся при горении (АТН выделяет около 35% своей массы в виде воды, МДГ — около 31%). Одновременно процессы их эндотермического разложения отнимают значительное количество тепла, дополнительно подавляя реакцию горения. В пересчете на единицу веса гидроксид магния поглощает больше тепла (328 кал/г), чем гидроксид алюминия (280 кал/г), что делает его более эффективным в условиях высоких температур.
3. Загрузка наполнителя.
Для достижения ожидаемого огнезащитного эффекта загрузка гидроксида алюминия (ATH) и гидроксида магния (MDH) обычно должна достигать примерно 150 частей на час (60% по массе). Однако высокие уровни нагрузки могут легко привести к снижению технологичности и ухудшению механических свойств (таких как прочность на разрыв, ударная вязкость) и физических свойств (таких как ударная вязкость, устойчивость к атмосферным воздействиям).
Хотя гидроксидные наполнители дешевле за единицу, чем большинство других типов антипиренов, совокупное преимущество в стоимости не является значительным из-за требуемой высокой загрузки. Для решения этой проблемы в отрасли обычно применяются следующие решения:
Использование синергических добавок. Добавление синергических добавок к наполнителям на основе гидратов гидроксидов металлов может снизить содержание наполнителя без ущерба для огнезащитных характеристик, смягчая ухудшение технологичности и механических свойств.
Обработка поверхности для модификации: обработка поверхности гидроксидных наполнителей органосиланами, цирконатами или титанатами может улучшить их совместимость с полимерной матрицей, тем самым повышая эффективность их использования.
Совместное использование: существует синергетический эффект между гидроксидом алюминия и гидроксидом магния. Когда общая загрузка остается неизменной, их объединение может улучшить огнезащитные характеристики, а когда огнезащитные характеристики остаются неизменными, это может снизить общую нагрузку. Кроме того, сочетание комплексных гидроксидов металлов с ATH/MDH также может еще больше улучшить огнезащитный эффект.
Преимущества применения сложных гидроксидов металлов.
В ходе экструзионных испытаний замена чистого МДГ на смеси МДГ/АТН в различных соотношениях позволила добиться следующих оптимизаций обработки:
Использование смесей гидроксида алюминия и гидроксида магния и синергических минеральных антипиренов может снизить затраты. Ценовой рейтинг различных сопутствующих добавок от высоких до низких: Полипропилен > МДГ > АТН > Обычные белые наполнители.
Использование этой разницы в цене и синергетического эффекта комбинации позволяет обеспечить хороший баланс между огнезащитными характеристиками, физико-механическими свойствами и стоимостью, обычно достигая 25–30% экономии затрат.
Как конкретно показано на рисунке ниже: легенда означает контрольную группу MDH, смесь MDH/ATH, смесь MDH/ATH/каолина, смесь MDH/ATH/карбоната кальция. Горизонтальная ось — индекс стоимости в диапазоне 0–150.
На этом этапе можно предварительно определить тип антипирена исходя из сценария применения. Однако по-прежнему необходима дальнейшая проверка совместимости этого антипирена с пластиковой матрицей в вашем составе. Окончательный выбор должен одновременно соответствовать технологическим характеристикам полимера, эксплуатационным характеристикам и требованиям к огнестойкости.
