Все инженеры, работающие с огнестойкими волокнами PET, сталкивались с такой ситуацией: после добавления антипирена LOI соответствует стандарту и достигается класс V-0, но в процессе прядения волокна часто рвутся, фильеры засоряются, давление фильтрации резко возрастает, а прочность волокна значительно падает. После прохождения цикла изменения рецептуры, корректировки процесса и замены сырья — при сохранении огнестойкости — прядимость теряется.
В чем проблема?
Основной конфликт при прядении огнестойкой нити PET заключается в «несовместимости» между антипиренами и процессом прядения. Процесс прядения предъявляет чрезвычайно высокие требования к чистоте материала, термической стабильности и реологическим свойствам, тогда как добавление антипиренов часто ухудшает прядимость следующим образом:
Плохая дисперсия приводит к засорению фильер. Если частицы антипирена распределены неравномерно, они могут агломерироваться в большие скопления, блокируя фильтры и фильеры во время процесса прядения. В лучшем случае это приводит к частым разрывам волокон; в худшем случае придется остановить всю производственную линию для очистки.
Недостаточная термическая стабильность приводит к газообразованию. Температура отжима PET варьируется от 280 до 290°C. Если антипирены разлагаются при этой температуре и выделяют газ, в расплаве образуются пузырьки, в результате чего в пряденных волокнах появляются пустоты и снижается прочность; в тяжелых случаях волокна сразу же рвутся.
Морфология частиц влияет на кристаллизацию. В процессе смешивания огнестойкий материал распределяется внутри волокна в гранулированном состоянии; такое гранулированное распределение напрямую влияет на кристалличность и однородность волокна, что приводит к снижению прочности волокна. Это объясняет, почему многие огнестойкие волокна PET страдают от «чрезмерной огнестойкости в ущерб прочности».
Плохая совместимость приводит к расслоению маточной смеси и стружки. При смешивании огнестойкой маточной смеси с стружкой PET может произойти расслоение, если компоненты несовместимы, что приведет к нестабильному прядению и увеличению скорости разрушения волокна.
Как это можно решить? Начните с разработки рецептуры.
Шаг 1: Выберите подходящую огнезащитную систему
Антипирены для прядения должны соответствовать трем критериям: устойчивость к высокотемпературному разложению, хорошая совместимость с PET и мелкий размер частиц. В настоящее время основной рекомендацией являются безгалогенные системы на основе фосфора. Возьмем, к примеру, ZDP — органический гипофосфитный безгалогеновый антипирен расплавленного типа с высокой температурой термического разложения, который может плавиться и диспергироваться при температурах обработки PET, что снижает вероятность засорения фильер. По сравнению с ADP, ионы цинка в ZDP способствуют образованию более плотного слоя угля во время горения, что помогает улучшить устойчивость к капанию расплава и огнестойкость волокон. Его диспергируемость в расплаве обеспечивает более равномерную дисперсию в процессе прядения, уменьшая разрыв волокон и повышая давление фильтрации, вызванное агломерацией твердых частиц. Он подходит для применений при высокотемпературной обработке, таких как прядение PET и конструкционных пластмасс, которые требуют как прядимости, так и огнестойкости.
Хотя традиционные бромированные растворы (декабромдифенилэтан + триоксид сурьмы) очень эффективны, они могут влиять на цвет и подвергаться давлению со стороны экологических норм в некоторых отраслях.
Шаг 2: Выбор синергиста
Выбор синергистов напрямую влияет на сопротивление капанию расплава и прядимость. Синергизм фосфора и кремния может значительно улучшить устойчивость к капанию расплава; фосфорно-азотный синергизм образует при нагревании более плотный расширенный углеродный слой; неорганические наносинергисты (такие как наномонтмориллонит) катализируют карбонизацию при высоких температурах и используют свою слоистую структуру для образования физического барьера. Однако синергистами должны быть специально отобранные органически-модифицированные сорта; в противном случае они сами станут источником проблем дисперсии.
Шаг 3: Создание аддитивной системы
Диспергаторы предотвращают агломерацию антипирена и улучшают технологическую сыпучесть. Подходящими вариантами являются высокомолекулярные супердиспергаторы на основе полиэфиров, полиэтиленовый воск или EVA. Связующие вещества улучшают межфазную адгезию между антипиреном и смолой PET. Антиоксиданты предотвращают термоокислительную деградацию PET при высокотемпературной обработке; рекомендуется смешанная система затрудненных фенолов (например, 1010) и фосфитных эфиров (например, 168).
Шаг 4: Контролируйте количество добавок и температуру обработки
Во время последующего прядения 5–10% огнестойкой маточной смеси обычно смешивают с стружкой PET. Если температура формования чистого PET составляет примерно 280–290°С, рекомендуется после добавления антипирена снизить температуру на 5–10°С для сохранения стабильной вязкости расплава.
Три ключевых показателя, которые необходимо тщательно отслеживать во время производства:
Испытание на фильтрацию: оценивает содержание и дисперсию неплавких веществ в маточной смеси посредством испытания на фильтрацию расплава. Быстрое увеличение давления фильтрации обычно указывает на плохую дисперсию или термическую стабильность. Это первый важный шаг в определении того, подходит ли маточная смесь для прядильной линии.
Термогравиметрический анализ (ТГА): гарантирует, что маточная смесь демонстрирует чрезвычайно низкую скорость термической потери веса при температурах обработки прядения PET. Высокая термическая потеря веса указывает на то, что антипирен будет разлагаться во время обработки, что непосредственно приводит к разрыву волокон и образованию пустот.
Скорость сохранения прочности волокна. Степень, в которой снижается прочность волокна на разрыв после модификации огнезащитным составом , является ключом к определению успеха рецептуры. Хороший состав должен поддерживать LOI ≥30%, сохраняя при этом степень сохранения прочности в разумных пределах.
Огнестойкие накопительные растворы YinSu на огнестойкой прядильной площадке PET
Компания Yinsu Flame Retardants уже много лет специализируется на модификации огнезащитных материалов. Чтобы решить проблему разрыва волокна в прядильных машинах PET, мы предлагаем поддержку через следующие линейки продуктов:
WADP-10 : Модифицированный фосфорорганический антипирен с pH, близким к нейтральному, температурой термического разложения >350°C и степенью потери веса ≤1,8% при 350°C. Он пригоден для высокотемпературного прядения PET и после модификации демонстрирует значительно улучшенную дисперсию.
ZDP , органический гипофосфитный антипирен расплавленного типа , плавится и диспергируется при температуре обработки, снижая риск агломерации частиц и закупорки пор. Ионы цинка способствуют образованию плотного углеродного слоя, обеспечивая баланс между эффективностью огнестойкости и способностью к прядению.
К100 – наноорганический синергист карбонизации монтмориллонита с расстоянием между слоями 3,0 нм. Он работает синергетически с основным антипиреном, образуя плотный, барьерный углеродный слой, улучшая механические и технологические свойства, помогая сбалансировать огнестойкость и прядимость.
Для прядения огнестойкой нити PET огнестойкость и прядимость не являются взаимоисключающими. Путем выбора правильной огнезащитной системы, правильного подбора синергистов и добавок и контроля окна обработки можно решить проблемы поломки нити на этапе разработки.
Если вам нужны образцы или технические характеристики, пожалуйста, свяжитесь с командой YinSu по огнестойким технологиям.
