Образец, предоставленный заказчиком, проходит испытания, но при повторном испытании на вашем заводе он терпит неудачу. После тщательного исследования, обнаружившего, что огнезащитный состав , наполнитель и параметры процесса остались неизменными, вы, наконец, обнаруживаете, что единственная разница состоит в том, что эталонный образец был изготовлен из жесткого ПВХ, а в вашем производстве используется пластифицированный ПВХ. Это не вопрос формулировки; это вопрос понимания.
Чистый ПВХ действительно обладает присущей ему огнестойкостью: предельный кислородный индекс (LOI) ПВХ-смолы, обработанной суспензией, составляет примерно 45%. Однако инженеры по производству кабельных компаундов никогда не используют чистый ПВХ — вместо этого они используют гибкий ПВХ, содержащий от 30 до 50 частей пластификатора. В этой системе показатель LOI снижается до 22–24 %, что сопоставимо с показателем полиэтилена без добавления антипиренов. Содержание хлора не означает огнестойкость.
Как пластификаторы «нейтрализуют» антипирены?
DOP, DOTP и тримеллитат, обычно используемые в гибких кабельных компаундах из ПВХ, представляют собой легковоспламеняющиеся жидкие органические сложные эфиры. Во время сгорания они делают три вещи:
Во-первых, они на самом деле «усугубляют ситуацию». Пластификаторы — это органические соединения с относительно высокой теплотворной способностью. Добавление их 40 частей в рецептуру эквивалентно заливке в «топливный бак» дополнительных 40 частей топлива.
Во-вторых, они ослабляют огнезащитное действие хлора. Огнестойкость ПВХ зависит от выделения HCl во время сгорания, который образует газообразный огнезащитный слой. Пластификаторы сильно улетучиваются при высоких температурах, разбавляя концентрацию HCl и значительно снижая ее способность блокировать кислород.
В-третьих, он разрушает слой угля. Структура сопряженного полиена, образованная чистым ПВХ после высвобождения HCl, может сшиваться с образованием слоя угля. Продукты разложения пластификаторов создают «дыры» в этом слое угля, позволяя теплу и кислороду проникать через них, заставляя внутреннюю подложку продолжать пиролиз.
В результате действия этих трех факторов первоначальные огнезащитные преимущества полностью сводятся на нет.
Каковы ограничения традиционных решений?
У инженеров обычно есть три варианта восполнить этот пробел:
Во-первых, синергия сурьмы и галогенов. Он очень эффективен и дает отличные результаты. Однако Sb₂O₃ был отмечен как приоритетное вещество в соответствии с регламентом ЕС REACH. Если ваш товар предназначен для экспорта в Европу, этот маршрут со временем будет заблокирован.
Во-вторых, гидроксид алюминия. Он не содержит галогенов , экологически безопасен и недорог. Однако для соответствия требованиям UL-94 V-0 его обычно необходимо добавлять в концентрации 40–60 частей. Такая высокая концентрация увеличивает крутящий момент экструдера и вызывает износ шнека; это также снижает гибкость кабельного компаунда, а его сохранение физических свойств при высоких температурах уступает другим решениям.
В-третьих, пластификаторы на основе эфиров фосфорной кислоты. Они обладают присущей им огнестойкостью, но демонстрируют высокую миграцию. После нескольких месяцев использования поверхностная миграция приводит к залипанию, сбоям и жалобам клиентов.
Все три варианта жизнеспособны, но у каждого есть свои подводные камни. Как выбрать? Это зависит от того, какой риск вы считаете наиболее неприемлемым: риск соответствия, потеря физических свойств или долгосрочная надежность.
Основная логика решения проблемы красного фосфора
Красный фосфор основан на огнестойкости в конденсированной фазе — при высоких температурах он генерирует фосфорную кислоту и полифосфорную кислоту, которые катализируют дегидратацию ПВХ в углерод, образуя плотный сшитый фосфорно-углеродный слой, который блокирует тепло и кислород.
Мы провели обширные проверочные испытания. В рецептуре, состоящей из 100 частей ПВХ, 45 частей DOTP и 6 частей стабилизатора Ca/Zn, добавление 10 частей маточной смеси с красным фосфором с покрытием увеличивает LOI с 23% до 31%, а испытательный образец толщиной 1,6 мм проходит испытание UL-94 V-0. Конкретные значения зависят от рецептурной системы и условий обработки; мы рекомендуем экспериментальную проверку.
Преимущество красного фосфора в том, что к нему требуется добавление всего около 10 частей, что приводит к минимальному влиянию на ключевые свойства кабельных смесей:
Гибкость сохраняется: потеря удлинения при разрыве сохраняется в разумных пределах.
Электрические свойства сохраняются: объемное сопротивление может поддерживаться на высоком уровне, что делает его пригодным для кабелей среднего и высокого напряжения.
Сохраняется чистота поверхности: экструдированная поверхность практически не отличается от составов без антипиренов.
Другими словами, красный фосфор — единственный вариант, который обеспечивает «дополнительную огнестойкость» без ущерба для характеристик сердцевины кабельного компаунда.
Три практических совета для вашего первого пробного теста
1. Температурные пределы
Покрытие поверхности красным фосфором при температуре выше 180°C может привести к термическому повреждению. Контролируйте температуру на выходе внутреннего смесителя в пределах 165–175°C и следите за тем, чтобы температура валков открытой мельницы не превышала 170°C.
2. Предварительное рассеивание имеет решающее значение
Истинная плотность красного фосфора (около 2,3 г/см⊃3;) существенно отличается от плотности ПВХ-смолы. Сначала используйте пластификатор DOTP, чтобы смочить и предварительно диспергировать красный фосфор в суспензию. Рекомендуемое соотношение красный фосфор:DOTP = 1:1,2. Перед загрузкой во внутренний смеситель дайте ему постоять 2 часа, чтобы убедиться в отсутствии оседания.
3. Тестовая последовательность
Сначала проверьте испытания на вертикальное горение LOI и UL-94, чтобы определить эффективность огнестойкости; затем проверьте степень сохранения LOI после термического старения при 100°C × 168 ч; наконец, проверьте объемное сопротивление и удлинение при разрыве. Не проверяйте сначала физические свойства: если физические свойства соответствуют требованиям, но огнестойкость не соответствует требованиям, все ваши усилия будут напрасны.
Заключение
Огнестойкость гибкого ПВХ зависит не только от наличия или отсутствия хлора, но и от того, какая часть огнезащитных свойств, обеспечиваемых хлором, компенсируется пластификаторами. Только используя правильный антипирен, можно восстановить этот баланс.
Если содержание пластификатора в рецептуре уже превышает 30 частей, то вместо того, чтобы мучиться над выбором между Sb₂O₃ и ATH, лучше сначала протестировать базовый показатель LOI. Если оно уже ниже 25%, красный фосфор может быть единственным способом заставить цифры работать.
Yinsu Flame Retardant предлагает серию маточных продуктов с покрытием из красного фосфора, специально разработанных для гибких кабельных компаундов из ПВХ, отличающихся низким уровнем нагрузки, превосходной дисперсией и минимальным воздействием на физические свойства. Мы приглашаем вас запросить образцы для проверки и принять решение на основе фактических данных испытаний.
