Техническая информация об антипиренах LSHF для промышленных специалистов
Малодымные, безгалогенные огнезащитные материалы — это тип огнезащитного материала, который не выделяет галогены (такие как фтор, хлор, бром, йод и т. д.) при горении, производит мало дыма и имеет низкую токсичность. Они широко используются в сферах с высокими требованиями к безопасности и охране окружающей среды. Ниже приводится подробное введение с трех аспектов: базовые знания, проблемы применения и новые материалы для разработки.
I. Базовые знания о малодымных, безгалогенных огнезащитных материалах
1. Основные определения и характеристики
Основными требованиями к малодымным, безгалогенным огнезащитным материалам являются:
Безгалогенный: не содержит галогенных элементов (таких как хлор и бром в традиционных галогенсодержащих огнезащитных материалах) и не выделяет при горении агрессивных токсичных газов, таких как хлористый водород (HCl) и бромистый водород (HBr).
Низкое дымовыделение: Низкое образование дыма во время горения (обычно измеряется по показателю плотности дыма SDR, обычно требуется ≤50), что снижает потерю видимости и трудности эвакуации во время пожара.
Огнезащитный состав: достигается определенный рейтинг огнестойкости (например, класс UL94 V-0, GB/T 2408 V-0) за счет добавления антипиренов или конструкции конструкции, задерживающей или предотвращающей распространение пламени.
2. Основной состав и огнезащитный механизм
В безгалогенных огнезащитных материалах с низким дымовыделением в качестве основного материала обычно используются полимеры (такие как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полиолефиновые эластомеры (ПОЭ) и т. д.) в сочетании с безгалогенными антипиренами. Их огнезащитные механизмы в первую очередь включают в себя:
Охлаждающий эффект: антипирены (такие как гидроксид магния, гидроксид алюминия) разлагаются при нагревании, поглощая тепло и снижая температуру поверхности материала, препятствуя горению.
Эффект разбавления: инертные газы, образующиеся в результате разложения, такие как водяной пар и углекислый газ, разбавляют концентрацию кислорода и горючих материалов, прерывая цепь сгорания.
Эффект образования угля: антипирены (такие как соединения на основе фосфора или кремния) способствуют образованию плотного слоя угля на поверхности материала, изолируя тепло и кислород и предотвращая дальнейшее распространение пламени.
Синергетический эффект: сочетание нескольких антипиренов (например, фосфорно-азотных соединений, кремний-фосфорных соединений) повышает огнестойкость за счет синергетического эффекта (например, уменьшения количества добавляемого отдельного антипирена при одновременном улучшении характеристик материала).
3. Типичные области применения
Основным преимуществом малодымных, безгалогенных огнезащитных материалов является «безопасность + защита окружающей среды», поэтому их преимущественно используют в сценариях с жесткими требованиями пожарной безопасности:
Электрические кабели: проводка зданий, железнодорожный транспорт (метро, высокоскоростная железная дорога), автомобильные жгуты проводов и т. д. (токсичные газы от горящих кабелей являются основной причиной смерти при пожарах, а материалы с низким содержанием дыма и галогенов могут снизить этот риск).
Строительные материалы: стеновые изоляционные панели, полы, трубы и т. д. (особенно большим спросом пользуются высотные здания, больницы, школы и другие густонаселенные районы).
Электроника и бытовая техника: корпуса смартфонов/компьютеров, компоненты зарядных станций, внутренние изоляционные части приборов и т. д. (снижение опасности дыма и токсичных веществ при электрических пожарах).
Транспортировка: внутренние компоненты кораблей и самолетов (в закрытых помещениях материалы с низким содержанием дыма, без галогенов могут продлить время эвакуационного окна).
II. Основные проблемы в применении
Несмотря на значительные преимущества малодымных, безгалогенных огнезащитных материалов, в практическом применении все еще существуют следующие узкие места:
1. Конфликт между механическими свойствами и огнезащитными характеристиками.
Для достижения огнезащитного эффекта безгалогенные антипирены (такие как гидроксид магния, гидроксид алюминия) обычно требуют высоких доз добавок (иногда превышающих 50%). Однако чрезмерное наполнение нарушает непрерывность полимерной матрицы, что приводит к:
Сниженная прочность на разрыв и ударная вязкость (легко хрупкие, например, оболочки кабелей склонны к растрескиванию).
Снижение гибкости (например, трубы и уплотнения теряют эластичность, что влияет на монтаж и срок службы).
2. Плохая производительность обработки.
Антипирены с высоким содержанием наполнителей увеличивают вязкость расплава, что приводит к более высокому потреблению энергии во время экструзии, литья под давлением и других этапов обработки, а также может вызывать явления осаждения (когда частицы антипирена осаждаются на поверхность, влияя на внешний вид и характеристики).
Некоторые антипирены (например, на основе фосфора) легко разлагаются при высоких температурах обработки, что требует строгого контроля температуры, что увеличивает сложность производства.
3. Высокая стоимость
Высокоэффективные безгалогенные антипирены (такие как новые соединения на основе фосфора или кремния) значительно дороже, чем традиционные галогенсодержащие антипирены (например, соединения на основе брома).
Чтобы сбалансировать механические свойства, необходимо добавлять такие добавки, как вещества, улучшающие совместимость, и смазочные материалы, что еще больше увеличивает затраты на материалы.
Высокая сложность обработки снижает эффективность производства, косвенно увеличивая общие затраты.
4. Недостаточная погодоустойчивость и стабильность.
Некоторые безгалогенные антипирены (например, гидроксид магния) обладают плохой водостойкостью, а длительное воздействие влажной среды может привести к поглощению влаги материалом и ухудшению его характеристик.
В условиях старения, таких как ультрафиолетовое излучение и высокие температуры, граница между огнезащитным составом и полимерной матрицей склонна к разрушению, что приводит к снижению огнезащитных характеристик (например, влияет на срок службы наружных электрических кабелей).
III. Разработки новых материалов и технологические тенденции
В ответ на вышеуказанные проблемы недавние исследования и индустриализация безгалогенных огнезащитных материалов с низким содержанием дыма были сосредоточены на «высоких характеристиках, низкой стоимости и экологичности». Ниже приведены несколько типичных новых направлений развития:
1. Эффективные композитные огнезащитные системы
Уменьшение количества добавляемого антипирена за счет «синергетического эффекта» при одновременном улучшении как огнезащитных, так и механических свойств является наиболее зрелым техническим подходом, доступным в настоящее время:
Фосфорно-азотные композиционные системы: сочетание соединений на основе фосфора (например, фосфатов, красного фосфора) с соединениями на основе азота (например, солями меламина, гуанидина), где соединения на основе азота способствуют образованию угля соединений на основе фосфора, а соединения на основе фосфора повышают огнезащитную эффективность соединений на основе азота, позволяя снизить дозировку добавок на 10–20% (например, в ПП-материалах, фосфорно-азотных композитных огнестойких соединениях). замедлитель может достигать рейтинга UL94 V-0 при добавке 25%, а прочность на разрыв на 15% выше, чем у одной системы на основе фосфора).
Кремний-фосфорная композитная система: соединения на основе кремния (такие как силоксаны, нанокремнезем) улучшают сыпучесть материала при обработке, одновременно образуя полукокс с соединениями на основе фосфора, повышая ударопрочность и устойчивость материала к атмосферным воздействиям (подходит для корпусов электронных приборов).
2. Нанокомпозитные огнезащитные материалы.
Использование высокой удельной поверхности и межфазных эффектов наночастиц для оптимизации характеристик материала:
Наноантипирены: преобразуйте гидроксид магния и гидроксид алюминия в наноразмерные частицы (размер частиц 50–100 нм), чтобы свести к минимуму разрушение полимерной матрицы и одновременно повысить огнестойкость (например, добавление 30% наномагния гидроксида обеспечивает ту же огнестойкость, что и 40% традиционных частиц микронного размера, с увеличением ударной вязкости на 20%).
Наноармирующие фазы: включение углеродных нанотрубок, графена и т. д. в огнезащитные материалы для компенсации ухудшения механических свойств, вызванного антипиренами, за счет их высоких прочностных характеристик, одновременно способствуя образованию угля (например, в композитной системе ПЭ/графен/фосфор предел прочности увеличивается на 30%, а плотность дыма снижается на 15%).
3. Малодымные, безгалогенные, огнезащитные материалы на биологической основе.
В соответствии с тенденцией «двойного углерода» экологически чистые огнезащитные материалы производятся с использованием возобновляемого сырья биомассы (например, крахмала, целлюлозы и растительных масел):
Модификация матрицы: использование полимеров биологического происхождения, таких как полимолочная кислота (PLA) и полигидроксиалканоаты (PHA), в качестве матрицы для замены традиционных полимеров на основе нефти (таких как PE, PP), которые по своей природе обладают биоразлагаемостью.
Антипирены на биологической основе: использование натуральных продуктов (таких как фитат и хитозан) в качестве антипиренов и повышение огнестойкости за счет химической модификации (например, реакции между фитатом и соединениями на основе азота). Например, композитная система PLA/фитат-меламин достигает класса огнестойкости UL94 V-0 и может разлагаться в почве более чем на 30% в течение шести месяцев.
4. Функционализированные пользовательские материалы
Разработка специализированных материалов с учетом конкретных требований применения:
Тип, устойчивый к высоким и низким температурам: в огнестойкую систему включены устойчивые к высоким температурам смолы (например, полиэфирэфиркетон PEEK), подходящие для аккумуляторных батарей транспортных средств на новых источниках энергии (работающих в условиях окружающей среды от -40°C до 120°C).
Тип с высокой прозрачностью: сочетание прозрачных антипиренов (таких как фосфорорганические соединения) с прозрачными полимерами (такими как ПК, ПММА) для прозрачных перегородок в железнодорожном транспорте (огнестойкие без ущерба для прозрачности).
Самовосстанавливающийся тип: включение обратимых сшивающих агентов (таких как дисульфидные соединения), позволяющих восстановить материал путем нагревания или воздействия света после повреждения, продлевая срок службы (подходит для оболочек проводов и кабелей).
Поскольку стандарты безопасности и защиты окружающей среды растут во всем мире, материалы с низким содержанием дыма и без галогенов (LSHF) имеют важное значение для применения в проводах и кабелях в строительстве, железнодорожном транспорте и электромобилях. Компания Guangzhou Yinsu Flame Retardant предлагает специализированные решения, решая отраслевые проблемы, связанные с балансированием огнестойкости с механическими свойствами и технологичностью. В нашем портфолио имеется микрокапсулированная маточная смесь красного фосфора FRP-950X, обеспечивающая повышенную безопасность и образование обугливания. Заменитель триоксида сурьмы T3 для синергии без галогенов. А также разнообразные высокоэффективные фосфорорганические антипирены АДФ . Они обеспечивают превосходные характеристики UL94 V-0 и одновременно отвечают строгим экологическим требованиям для более безопасных кабельных решений.
