ПП/ПС/ПЭ/ПВХ огнестойкие технологии и советы по применению

ПП/ПС/ПЭ/ПВХ огнестойкие технологии и советы по применению

Пластмассы общего назначения имеют чрезвычайно широкий спектр применения, охватывая такие ключевые материалы, как полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), полистирол (ПС) и поливинилхлорид (ПВХ), которые играют важную роль в широком спектре отраслей, включая упаковку, автомобильную промышленность, предметы первой необходимости, электронные и электрические компоненты, системы трубопроводов, а также провода и кабели.

Учитывая важность огнезащитной безопасности во всех типах сред, полимерные материалы чрезвычайно пожароопасны при высоких температурах, сопровождающихся выделением большого количества токсичных газов, что не только представляет серьезную угрозу для окружающей среды, но и серьезно угрожает жизни людей. жизнь, здоровье и качество жизни. Поэтому решение проблемы огнезащитной безопасности полимерных материалов стало ключевым вопросом, требующим срочного решения.

Для профессионала в области материаловедения изучение тайны огнезащитного механизма и участие в исследованиях, разработке и применении новых огнезащитных материалов не только важны для содействия социальному научно-техническому прогрессу, но и необходимы для защита экономической безопасности страны и улучшение качества жизни населения.

Общие характеристики горения и идентификация пластмасс:

Полипропиленовые (ПП) материалы, независимо от того, образовались ли они в результате полимеризации одного мономера пропилена с образованием гомополимера ПП или сополимеризации пропилена и небольшого количества этилена с образованием сополимера ПП, демонстрируют очень регулярную структуру и значительные кристаллические свойства. Имея температуру плавления около 167°C и низкую плотность, ПП является одним из самых легких пластиков общего назначения и широко используется при производстве корпусов бытовой техники, внутренних и наружных декоративных деталей автомобилей, а также электрических и электронных компонентов из-за его превосходная поверхностная жесткость и сопротивление усталости при изгибе.

О характеристиках горения ПП, это легковоспламеняющийся материал с низким кислородным индексом около 17%, а значит, для его горения не требуется высокая концентрация кислорода. При горении ПП выделяет большое количество тепловой энергии, пламя быстро распространяется, а CH-компонент в его химической структуре с трудом превращается в древесный уголь, в результате чего материал плавится и капает во время горения. Пламя имеет уникальный внешний вид: желтый цвет на верхнем конце и синий цвет на нижнем, и почти не дает черного дыма, сопровождаемого слабым запахом горящей нефти. Особо примечательно, что ПП продолжает гореть даже после того, как его удаляют от источника возгорания, оставляя в конечном итоге черный желеобразный осадок.

Полиэтилен (ПЭ) представляет собой типичный кристаллический полимер, образующийся в результате полимеризации мономеров этилена, с различиями в кристалличности, что приводит к появлению широкого спектра полиэтиленов низкой плотности (LDPE), полиэтилена высокой плотности (HDPE) и линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE), содержащих небольшие количество альфа-олефинов и т. д. Полиэтилен хорошо известен своей превосходной устойчивостью к низким температурам и стабилен даже при экстремально низких температурах ниже -70°C, демонстрируя при этом хорошую стойкость. Полиэтилен известен своей превосходной устойчивостью к низким температурам, даже при экстремально низких температурах ниже -70°C, а также демонстрирует хорошую химическую стабильность и электроизоляционные свойства, а также отличные эксплуатационные характеристики. Поэтому полиэтилен широко используется во многих областях, таких как пластиковые упаковочные пакеты, сельскохозяйственная мульча, выдувное формование и изделия для литья под давлением.

Что касается характеристик горения, полиэтилен также легко воспламеняется., с кислородным индексом около 17%. При высоких температурах полиэтилен очень быстро трескается и горит. Подобно полипропилену, CH-структура полиэтилена затрудняет образование углеродного слоя, в результате чего материал плавится и капает во время горения. Пламя имеет характерную форму: желтое вверху и синее внизу, производит небольшое количество черного дыма и характерный запах горящего парафина. Примечательно, что ПЭ продолжает гореть даже после того, как его удаляют от источника возгорания, оставляя в итоге черный горящий осадок.

Полистирол (ПС) представляет собой композиционный материал, полученный в результате сополимеризации бутадиена и стирола, который внутри представляет собой двухфазную сосуществующую систему с содержанием полибутадиена обычно от 5% до 15%. PS предлагает ценовые преимущества по сравнению с материалами ABS, демонстрируя при этом высокую прочность, отличную жесткость и хорошую стабильность размеров. Эти свойства привели к использованию PS в широком спектре применений в потребительских упаковочных материалах, а также в деталях, отлитых под давлением, таких как корпуса бытовой техники.

С точки зрения характеристик горения полистирол имеет высокую теплотворную способность. и процесс горения очень бурный. При приближении к источнику возгорания PS быстро сжимается, и из-за особенностей его химической структуры трудно сформировать слой древесного угля. Во время горения поверхность PS размягчается и образует пузыри, а пламя приобретает ярко-оранжевый цвет, сопровождаемый густым черным дымом и летящей угольной золой, что указывает на большую плотность дыма. Кроме того, при горении выделяется особый запах мономера стирола. Даже при удалении от источника возгорания PS продолжает гореть и в конечном итоге оставляет черный горящий осадок.

Поливинилхлорид (ПВХ) представляет собой синтетический полимерный материал, тщательно созданный из мономера винилхлорида методом свободнорадикальной полимеризации. Молекулярная цепь состоит из непрерывного ряда звеньев винилхлорида, каждое из которых уникально и содержит атом углерода в качестве ядра, дополненный двумя атомами водорода и атомом хлора в качестве боковых сторон.

Эта уникальная химическая структура придает ПВХ ряд привлекательных физических и химических свойств, которые позволяют ему использоваться в самых разных областях. ПВХ не только демонстрирует превосходную механическую прочность и химическую стабильность, способен противостоять различным химическим веществам, но также, естественно, обладает определенной степенью огнестойкости, кислородный индекс чистого ПВХ достигает 45%, что демонстрирует хорошую склонность к самозатуханию. . Однако стоит отметить, что в процессе, чтобы улучшить его характеристики, часто добавляют большое количество пластификаторов, что в определенной степени происходит за счет его первоначальных огнезащитных преимуществ, что приводит к увеличению воспламеняемости.

Именно на этих преимуществах основано ПВХ в строительстве строительных материалов, упаковочных материалах, изоляции проводов и кабелей, а также в производстве искусственных кож и других отраслях промышленности занимают важнейшее место, становясь одним из незаменимых материалов.

Что касается характеристик горения ПВХ, его способность самозатухания и образования угля делает процесс горения одновременно сложным и уникальным. При горении ПВХ постепенно размягчается, пламя демонстрирует уникальное изменение цвета: верхний конец желтого и нижний конец зеленого, что сопровождается образованием черного дыма. Кроме того, при горении выделяется раздражающий газообразный хлористый водород, но после удаления из огня ПВХ имеет тенденцию самозатухать, оставляя черный остаток сгорания.

Советы по применению антипиренов для пластиков общего назначения:

галогенные антипирены, несмотря на проблемы охраны окружающей среды и более высокую плотность дыма, они по-прежнему находятся в авангарде мирового рынка антипиренов благодаря своим высокоэффективным огнезащитным свойствам, богатому разнообразию вариантов и широкой применимости. Бромированные антипирены, в частности, незаменимы по своей высокой эффективности и значимости как лидера в ряду галогенов.

Типичные представители бромированные антипирены включают декабромдифениловый эфир, декабромдифенилэтан, тетрабромбисфенол А, бромтриазины, бромированные эпоксидные смолы, бромированный стирол и т. д., которые играют решающую роль в огнезащитной технологии.

А из-за растущей важности защиты окружающей среды негалогенированные антипирены постепенно становятся новым фаворитом в отрасли. Они включают неорганические антипирены, такие как гидроксид магния и гидроксид алюминия. антипирены на основе фосфора (в виде красного фосфора, диэтилгипофосфита алюминия, неорганического гипофосфита и эфиров фосфорной кислоты), фосфорно-азотные синергетические антипирены (например, полифосфат аммония, полифосфат меламина) и азотные антипирены (например, меламин и его циануронат и др.).

Благодаря гибкому применению этих одиночных или составных составов антипиренов пластиковые материалы могут обеспечивать различные уровни огнезащиты и требования к производительности для соответствия стандартам безопасности в различных сценариях применения.

• Применение полипропилена в огнезащитных материалах

1. Огнестойкий ПП - класс стандарта UL V2, выбор программы следующий:

Октабромовый эфир (также известный как октабромсульфид) с системой, введение триоксида сурьмы в качестве синергетического антипирена, общее добавление двух соотношений, контролируемых между 6% и 8%, может эффективно реализовать функцию самозатухания материала. от огня, хотя в процессе горения будет наблюдаться явление капельного таяния, но механические свойства материала все равно сохраняются на относительно стабильном уровне.

В системе компаундирования фосфор-азот-бром для гомополимеризованного ПП количество добавляемого антипирена устанавливается в пределах от 1% до 2%, а для сополимеризованного ПП количество увеличивается до 4-6%. Эта система также реализует самозатухание материала от пожара, но необходимо обратить внимание на явление капания, сопровождающееся горением, и явление воспламенения снятого хлопка. Тем не менее, механические свойства материала в этой системе практически такие же, как у чистого ПП без антипиренов, при этом сохраняются хорошие физические свойства.

Компания YINSU специально разработала два антипирена для класса PPV2: белую маточную смесь для PPV2-6 и черную маточную смесь для огнестойкого материала PPV2-8H для переработанных материалов ПП. Эти два антипирена могут достигать уровня V2 при небольшом количестве добавок 3–10%.

2. Огнестойкий ПП — класс UL стандарта V0, варианты программы следующие:

Синергическая система бром-сурьма (DBDPE+Sb2O3) способна придать материалу огнестойкость уровня UL-94 V0 при общем добавлении около 25%. Однако такой высокий процент добавок не только увеличивает стоимость материала, но и неизбежно влияет на его механические свойства. Чтобы облегчить эту проблему, часто необходимо ввести добавки, улучшающие совместимость и упрочнители, для оптимизации физических свойств материала или найти экономически эффективный баланс путем добавления наполнителей, таких как тальк.

Для безгалогеновых систем IFR, т. е. фосфорно-азотных вспучивающихся огнезащитных систем, ПPAП-15, добавки в диапазоне от 25% до 30% также позволяют достичь огнестойкости UL 94 V0. Однако аналогичным образом высокие уровни добавок оказывают существенное влияние на механические свойства материала. Поэтому для улучшения общих характеристик материала и соответствия фактическим требованиям применения также необходимы упрочнители и другие вспомогательные добавки.

С другой стороны, хотя система неорганического гидроксида магния (MDH), как традиционный безгалогеновый метод антипирена, может быть добавлена ​​в больших количествах (не менее 50-60%), чтобы значительно повысить огнестойкость и кислородный индекс ПП. , такие высокие добавки, несомненно, серьезно ухудшат механические свойства материала. Чтобы смягчить этот побочный эффект, можно принять стратегию, заключающуюся в использовании его в сочетании с другими антипиренами для поддержания механических свойств материала в приемлемом диапазоне за счет уменьшения количества неорганических антипиренов.

• Применение полиэтиленовых огнезащитных материалов

Выбор огнезащитного раствора полиэтилена:

Огнезащитное решение на основе красного фосфора (RP): При огнезащитной обработке полиэтиленовых материалов система красного фосфора признана одним из наиболее эффективных антипиренов. Однако из соображений безопасности фактическое применение в основном осуществляется в виде модифицированной и покрытой маточной смеси красного фосфора, количество добавок которой составляет около 15%, что может привести к тому, что материал достигнет огнестойкости класса V0 при толщине 1,6 мм в соответствии с UL94. стандарт.

Компания YINSU Flame Retardant разработала различные огнезащитные составы на основе красного фосфора для полиэтилена, в том числе FRP-950X, микрокапсулированный огнезащитный состав на основе красного фосфора с добавкой 3–5 % для UL94-V0. ПЭГ-14, специально для ПЭ труб.

Синергетическая огнезащитная система на основе бромида сурьмы (DBDPE/Sb2O3): система, содержащая около 25% от общего количества добавок, также позволяет изготавливать материал, соответствующий стандарту UL-94, при толщине пламени V0 1,6 мм. требования к замедлителям. Для дальнейшей оптимизации затрат можно добавлять минеральные наполнители в соответствующих количествах. Кроме того, за счет добавления упрочняющего агента можно эффективно снизить отрицательную ударную вязкость материала, чтобы гарантировать, что материал в огнестойком состоянии в то же время сохраняет хорошую физическую прочность.

Безгалогенная огнезащитная система IFR: Для системы PE следует отметить, что следует избегать использования огнезащитных составов, содержащих APP, чтобы не оказать отрицательного влияния на огнезащитные свойства. Напротив, использование огнезащитного состава на основе фосфора и азота в общей концентрации 25–26% может обеспечить соответствие стандарту UL94 при толщине огнезащитного состава V0 1,6 мм. Стоит отметить, что в данную систему обычно не рекомендуется добавлять минеральный наполнитель, чтобы существенно не повлиять на огнезащитный эффект.

Огнезащитная система на основе неорганического гидроксида магния (MDH) и гидроксида алюминия (ATH): эти два неорганических антипирена при широком использовании (более 60%) могут значительно улучшить кислородный индекс материала до более чем 30 и дать Это характеристики с низкой плотностью дыма, подходящие для нужд в огнезащитных материалах с низким содержанием дыма, не содержащих галогенов. Чтобы еще больше усилить огнезащитный эффект, можно также рассмотреть возможность использования системы красного фосфора (RP) или IFR для компаундирования.

• Применение огнестойкого полистирола

Выбор огнезащитной программы:

Система бром-сурьма: Обычно соотношение брома и сурьмы составляет 3:1. Для полистирола подходят другие бромсодержащие антипирены, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, и в целом они могут соответствовать требованиям огнестойкости, поэтому необходимо выбирать огнезащитную систему в соответствии с характеристиками продукции.

Система IFR/расширяемый графит: Слоистая структура расширяемого графита может образовывать особый тип интеркаляционного соединения. Некоторые исследования показывают, что расширяемый графит, а также антипирены на основе фосфора и азота могут обеспечить лучший огнезащитный эффект при их совместном использовании.

В компании YINSU огнезащитные средства IFR PPAP-15, и расширяемый графит EG, с долгосрочным развитием и инновациями. Оба предмета могут достичь высокой производительности.

Система IFR+PPO: IFR и полифениленовый эфир выбраны в качестве композитной огнезащитной системы для составления огнезащитного полистирола, что может эффективно улучшить огнезащитные характеристики полистирола. PPO обладает очень хорошими показателями углеобразования и имеет хороший синергетический антипиреновый эффект с IFR. Однако из-за плохой устойчивости ППО к УФ-излучению подвижность относительно низкая, поэтому применение продуктов ограничено.

Неорганическая огнезащитная система гидроксида магния: путем добавления большого количества неорганического антипирена гидроксида магния можно добиться огнезащитного эффекта, также можно смешать с огнезащитным составом из красного фосфора, чтобы получить материалы с более высокой огнезащитной способностью. Однако из-за добавления большого количества гидроксида магния прочность материала влияет на необходимость повышения ударной прочности и модификации совместимости для получения желаемых механических свойств.

l Применение антипиренов на основе поливинилхлорида

Программа выбора огнезащитного состава:

Оксиды металлов используются в качестве синергетических усилителей огнестойкости ПВХ. Учитывая, что материалы ПВХ богаты хлором, их огнестойкость можно значительно повысить, добавив в матрицу ПВХ в соответствующих количествах ХПЭ (хлорированный полиэтилен) и оксиды определенных металлов. Из оксидов металлов станнат цинка показывает наилучшие характеристики с точки зрения способности улучшать кислородный индекс материала, за ним следуют Sb2O3 (триоксид сурьмы), октамолибдат аммония и борат цинка, каждый из которых демонстрирует различный градиент огнестойкости.

Замена триоксида сурьмы в компании YINSU, серия T, может полностью заменить сурьму. Не только снизить стоимость, но и сохранить первоначальную производительность.

Неорганические системы гидроксида алюминия и гидроксида магния:

Гидроксид магния и гидроксид алюминия, как неорганические антипирены, не только эффективно снижают количество дыма, выделяющегося из ПВХ-материалов при горении, но и значительно усиливают их огнезащитные свойства и позволяют сократить количество используемых других антипиренов. Эти неорганические минеральные антипирены оказывают глубокое влияние на физическую и механическую прочность, уровень огнестойкости и дымозащитные свойства жесткого ПВХ.

Результаты экспериментов показывают, что твердый гипсовый порошок в качестве армирующего наполнителя значительно улучшает кислородный индекс ПВХ-материалов по сравнению с обычным тяжелым карбонатом кальция, демонстрируя при этом лучшие экологические характеристики. Кроме того, когда порошок твердого гипса взаимодействует с синергистами огнезащитных средств гидроксида магния и оксидов металлов, можно получить огнестойкие материалы с более высоким кислородным индексом и более экологически безопасными свойствами.

Для дальнейшей оптимизации огнезащитных свойств ПВХ эффективной стратегией является частичная замена горючих пластификаторов огнестойкими пластификаторами TCPP или эфиром тетрабромфталевого ангидрида (B45-Z), который особенно эффективен из-за высокого содержания брома. хотя это соответственно повысит твердость и плотность материала и принесет определенное бремя затрат. Напротив, TCPP, хотя и дешевле, но немного менее эффективен в огнестойкости. Следовательно, при выборе альтернативных пластификаторов соотношение между стоимостью и производительностью должно быть сбалансировано в соответствии с конкретными потребностями.

Заключение

Пластмассы общего назначения, из-за их широкого спектра применения, особенно занимая важное место во многих критически важных для безопасности областях, оптимизация их огнезащитных свойств стала ключевой проблемой, которую необходимо решить. В этом процессе изучение и применение наиболее подходящей стратегии огнезащитных технологий имеет решающее значение для обеспечения безопасности материалов в широком спектре применений.

Например, YINSU Flame Retardant может предложить серию огнестойких продуктов. Их огнезащитные средства из ПП, такие как ППВ2-8Х и PPAP-15, наряду с антипиренами на основе красного фосфора, такими как FRP-950X и ПЭГ-14 для полиэтилена, а также серия T, заменяющая сурьму, эффективно способствуют улучшению огнезащитных свойств соответствующих материалов, предоставляя надежные варианты для удовлетворения различных требований применения и обеспечения безопасности в различных отраслях промышленности.