Практический пример: почему модифицированный огнестойкий материал желтеет?
Вчера клиент упомянул мне, что их недавно разработанный огнестойкий нейлоновый стекловолоконный материал часто желтеет во время производства, и он не был уверен, почему.
Прежде чем они закончили говорить, мне сразу в голову пришли три возможные причины:
1. Используемый антипирен имеет низкую термостойкость.
2. Деградация нейлона, вызванная высокими температурами в процессе экструзии (это может быть связано с температурными настройками экструдера, прочностью шнека на сдвиг и т. д.).
3. Другие добавки имеют низкую термостойкость, или между добавками или между добавками и нейлоном произошли реакции.
После дальнейшего обсуждения я узнал, что клиент уже проводил эксперименты по охлаждению с учетом температурных факторов, но проблема пожелтения осталась. Затем они спросили, могу ли я помочь определить точную причину.
В образце рецептуры, предоставленном клиентом, мы определили конкретную марку PA6, антипирен (FR) и три добавки (A, B, C) (точная рецептура конфиденциальна и не может быть раскрыта здесь). Мы провели термогравиметрический анализ (ТГА) этих четырех компонентов, включая антипирен и добавки. Кривая ТГА антипирена показана на рисунке ниже.
Очевидно, что начальная температура разложения антипирена FR не соответствует требованиям обработки для PA6/30%GF, в то время как остальные три добавки подходят для температур обработки нейлона. Поэтому я рекомендовал заменить антипирен или перейти на другую партию.
Через несколько дней клиент перезвонил, чтобы подтвердить, что текущая партия антипирена действительно имеет проблемы и не соответствует требованиям обработки для PA6/GF. После его замены проблема с пожелтением решилась.
Фактически, проблемы пожелтения или почернения во время обработки пластмасс часто обсуждаются в индустрии модифицированных материалов, и причины этого различны. Мы знаем, что цвет возникает в результате взаимодействия света и материи, включающего множество физических и химических изменений. Изменение цвета пластмасс часто вызвано окислением определенных компонентов. Конечно, в некоторых случаях изменение цвета может быть вызвано ненадлежащей очисткой обрабатывающего оборудования.
Основываясь на прошлом опыте, я считаю, что к основным причинам изменения цвета огнезащитных модифицированных материалов в процессе обработки или хранения относятся следующие:
1. Низкая стабильность сырья.
Некоторые смолы, представленные на рынке, производятся без антиоксидантов и стабилизаторов. Изготовленные из них пластиковые изделия могут обесцветиться сразу после экструзии или во время хранения. Переход на смолы других производителей или марок часто решает проблему. Это указывает на различное качество рыночных смол, поэтому важно найти и использовать материалы с хорошей стабильностью.
2. Плохая термостойкость антипирена.
Если антипирен разлагается при температурах ниже температуры обработки материала, образуются небольшие молекулы, которые вызывают изменение цвета всей системы. Например, ПП обрабатывается при 170–230°С, PA6 обычно при 230–290°С, а PA66 при 240–310°С. Антипирены, используемые для ПП, PA6 и PA66, могут соответственно различаться.
3. Избыточные примеси металлов в наполнителях.
Избыточные примеси, такие как железо, никель или хром, при определенных условиях могут подвергаться неполному окислению, образуя соответствующие оксиды, которые вызывают изменение цвета пластика. Например, железо окисляется на воздухе с образованием красного оксида железа, в результате чего пластиковые изделия кажутся темнее. Обычные наполнители включают диоксид титана и карбонат кальция.
4. Другие факторы добавок.
Обычные технологические и модифицирующие добавки включают антиоксиданты, пластификаторы, армирующие агенты, связующие агенты, смазочные материалы, красители, сшивающие агенты, антипирены, антистатики, антибактериальные агенты, модификаторы ударной вязкости и деградирующие вещества. Во время обработки (особенно при высоких температурах) эти добавки не должны вступать в реакцию друг с другом и сохранять собственную стабильность для предотвращения окислительного разложения.
5. Факторы окружающей среды
Различные вещества в воздухе могут адсорбироваться или вступать в реакцию с модифицированными материалами. Например, некоторые соединения NOx по своей природе окрашены, например диоксид азота (NO₂), красновато-коричневое высокореактивное газообразное вещество. Когда NOx сильно прилипает или адсорбируется на открытых краях пластиковых изделий, это неизбежно приводит к обесцвечиванию. Внешние факторы, такие как свет и тепло, также могут вызывать химические реакции в некоторых пластиковых компонентах, приводящие к разложению и обесцвечиванию.
Вышеуказанные пять пунктов являются распространенными причинами изменения цвета пластика во время производства и хранения. Однако конкретные случаи все же требуют специального анализа. Только учитывая все возможные влияющие факторы, инженеры по модификации могут гарантировать, что качество цвета продукции соответствует требованиям рынка и клиентов, в конечном итоге достигая взаимной выгоды и взаимовыгодных результатов.
