Эталонный огнестойкий состав для термореактивного акрилового клея
Для соответствия требованиям UL94 V0 по огнестойкости термореактивных акриловых клеев, учитывая характеристики существующих антипиренов и особенности термореактивных систем, предлагается следующая оптимизированная формула и ключевой анализ:
I. Принципы разработки рецептур и требования к термореактивным системам
- Должна соответствовать температуре отверждения (обычно 120–180 °C)
- Антипирены должны выдерживать высокотемпературную обработку (избегать разрушения)
- Обеспечить стабильность дисперсии в системах с высокой плотностью сшивки
- Баланс механической прочности после отверждения и огнестойкости
II. Разработка синергетической огнезащитной системы
Огнезащитные свойства и совместимость с термореактивными материалами
| Огнестойкий | Основная роль | Совместимость с термореактивными материалами | Рекомендуемая загрузка |
|---|---|---|---|
| Ультратонкий ATH | Основная FR: Эндотермическая дегидратация, газофазное разбавление | Требуется модификация поверхности (антиагломерация) | ≤35% (избыточная загрузка снижает сшивку) |
| Гипофосфит алюминия | Синергист: катализатор на основе угля, поглотитель радикалов (PO·) | Температура разложения >300°C, подходит для отверждения | 8–12% |
| Борат цинка | Усилитель обугливания: образует стекловидный барьер, уменьшает дымность | Синергизм с ATH (Al-BO char) | 5–8% |
| МКА (цианурат меламина) | Газофазный FR: выделяет NH₃, подавляет горение | Температура разложения 250–300°C (температура отверждения <250°C) | 3–5% |
III. Рекомендуемая формула (вес.%)
Руководство по обработке компонентов
| Компонент | Соотношение | Ключевые заметки по обработке |
|---|---|---|
| Термореактивная акриловая смола | 45–50% | Низковязкий тип (например, эпоксидный акрилат) для высокой загрузки наполнителя |
| Поверхностно-модифицированный АТН (D50 <5 мкм) | 25–30% | Предварительно обработан силаном KH-550 |
| Гипофосфит алюминия | 10–12% | Предварительно смешанный с ATH, добавляется порциями |
| Борат цинка | 6–8% | Добавлено с МКА; избегайте деградации при высоком сдвиге |
| МКА | 4–5% | Низкоскоростное смешивание на поздней стадии (<250°C) |
| Диспергатор (BYK-2152 + ПЭ воск) | 1,5–2% | Обеспечивает равномерное распределение наполнителя |
| Связующий агент (КН-550) | 1% | Предварительно обработано ATH/гипофосфитом |
| Отвердитель (БПО) | 1–2% | Низкотемпературный активатор для быстрого отверждения |
| Антиосаждающий агент (Аэросил R202) | 0,5% | Тиксотропный антиседиментационный |
IV. Критические элементы управления процессами
1. Процесс диспергирования
- Предварительная обработка: ATH и гипофосфит, замоченные в 5% растворе KH-550/этанола (2 ч, сушка при 80 °C)
- Последовательность смешивания:
- Смола + диспергатор → Низкоскоростное смешивание → Добавить модифицированный ATH/гипофосфит → Высокоскоростное диспергирование (2500 об/мин, 20 мин) → Добавить борат цинка/MCA → Низкоскоростное смешивание (избежать деградации MCA)
- Оборудование: Планетарный смеситель (вакуумная дегазация) или трехвалковая мельница (для ультрадисперсных порошков)
2. Оптимизация отверждения
- Поэтапное отверждение: 80°C/1 ч (предварительное гелеобразование) → 140°C/2 ч (последующее отверждение, избегайте разложения MCA)
- Регулировка давления: 0,5–1 МПа для предотвращения оседания наполнителя
3. Синергетические механизмы
- ATH + Гипофосфит: образует уголь, усиленный AlPO₄, одновременно удаляя радикалы (PO·)
- Борат цинка + МКА: двойной барьер газ-твердое тело (разбавление NH₃ + расплавленный стекловидный слой)
V. Стратегии настройки производительности
Распространенные проблемы и решения
| Проблема | Первопричина | Решение |
|---|---|---|
| Капает зажигание | Низкая вязкость расплава | Увеличьте концентрацию МКА до 5% + гипофосфита до 12% или добавьте 0,5% микропорошка ПТФЭ. |
| Хрупкость после отверждения | Чрезмерная нагрузка ATH | Уменьшить ATH до 25% + 5% нано-CaCO₃ (упрочнение) |
| Хранение осадка | Плохая тиксотропность | Увеличьте содержание кремния до 0,8% или перейдите на BYK-410 |
| ПИП <28% | Недостаточная газофазная FR | Добавьте 2% покрытого красного фосфора или 1% нано-BN. |
VI. Показатели валидации
- UL94 V0: образцы 3,2 мм, общее время пламени <50 с (без возгорания хлопка)
- LOI ≥30% (запас прочности)
- Остаток ТГА >25% (800°C, N₂)
- Механический баланс: прочность на растяжение >8 МПа, прочность на сдвиг >6 МПа
Ключевые выводы
- Достигает рейтинга V0, сохраняя при этом механическую целостность.
- Перед масштабированием рекомендуется провести испытания в небольшом объеме (50 г).
- Для повышения эффективности можно добавить 2–3% производных ДОФО (например, фосфафенантрена).
Эта формула обеспечивает соответствие строгим стандартам огнестойкости, оптимизируя при этом технологичность и эксплуатационные характеристики конечного использования.
Время публикации: 01 июля 2025 г.
