некоторые эталонные рецептуры силиконового каучука на основе антипиренов без галогенов

Ниже представлены пять рецептур силиконовой резины на основе безгалогеновых антипиренов, включающих антипирены, предоставленные заказчиком (гипофосфит алюминия, борат цинка, МКА, гидроксид алюминия и полифосфат аммония). Цель этих рецептур — обеспечить огнестойкость, минимизируя количество добавок для снижения влияния на механические свойства силиконовой резины.

1. Фосфорно-азотная синергетическая антипиреновая система (высокоэффективный коксующий тип)

Цель: UL94 V-0, малодымный, подходит для использования при средних и высоких температурах

Базовая резина: Метилвинилсиликоновый каучук (VMQ, 100 phr)

Антипирены:

• Гипофосфит алюминия (AHP, на основе фосфора): 15 частей
• Обеспечивает эффективный источник фосфора, способствует образованию угля и подавляет газофазное горение.
• Цианурат меламина (MCA, на основе азота): 10 частей
• Взаимодействует с фосфором, выделяет инертные газы и разбавляет кислород.
• Борат цинка (ZnB): 5 частей
• Катализирует образование угля, подавляет дымление и повышает стабильность слоя угля.
• Гидроксид алюминия (АТН, химический метод, 1,6–2,3 мкм): 20 частей на хр
• Эндотермическое разложение, вспомогательные антипирены и улучшенная диспергируемость.

Добавки:

• Гидроксилсиликоновое масло (2 части, улучшает перерабатываемость)
• Пирогенный диоксид кремния (10 частей на 100 частей, армирование)
• Отвердитель (дипероксид, 0,8 мас.ч.)

Функции:

• Общее содержание антипирена ~50 мас.ч., что обеспечивает баланс между огнестойкостью и механическими свойствами.
• Синергия фосфора и азота (AHP + MCA) снижает необходимое количество отдельных антипиренов.

2. Вспучивающаяся огнезащитная система (низконагруженного типа)

Цель: UL94 V-1/V-0, подходит для тонких изделий

Базовая резина: VMQ (100 частей на 100 частей)

Антипирены:

• Полифосфат аммония (АФП, на основе фосфора и азота): 12 частей
• Ядро вспучивающегося коксового образования, с хорошей совместимостью с силиконовой резиной.
• Гипофосфит алюминия (АГФ): 8 частей
• Дополнительный источник фосфора, снижает гигроскопичность АПП.
• Борат цинка (ZnB): 5 частей
• Синергетический катализ коксования и подавление каплеобразования.
• Гидроксид алюминия (молотый, 3–20 мкм): 15 частей
• Недорогой вспомогательный антипирен, снижает нагрузку на АПП.

Добавки:

• Винилсиликоновое масло (3 части, пластификация)
• Осажденный диоксид кремния (15 частей на 100 частей, армирование)
• Платиновая отверждающая система (0,1% Pt)

Функции:

• Общее содержание антипирена ~40 phr, эффективно для тонких изделий благодаря механизму вспучивающегося покрытия.
• Для предотвращения миграции АПП требует обработки поверхности (например, силановым связующим агентом).

3. Высокоэффективная оптимизированная система на основе гидроксида алюминия (экономичный тип)

Цель: UL94 V-0, подходит для толстых изделий или кабелей

Базовая резина: VMQ (100 частей на 100 частей)

Антипирены:

• Гидроксид алюминия (АТН, химический метод, 1,6–2,3 мкм): 50 частей на хр
• Первичный антипирен, эндотермическое разложение, малый размер частиц для лучшего рассеивания.
• Гипофосфит алюминия (АГФ): 5 частей
• Повышает эффективность образования угля, снижает нагрузку на АТН.
• Борат цинка (ZnB): 3 части
• Подавление дыма и антитлеющий эффект.

Добавки:

• Силановый связующий агент (KH-550, 1 часть, улучшает взаимодействие с ATH)
• Пигментированный диоксид кремния (8 частей на 100 частей, армирование)
• Пероксидное отверждение (DCP, 1 часть)

Функции:

• Общее содержание антипирена составляет ~58 частей на 100 частей, но ATH доминирует с точки зрения экономической эффективности.
• Малый размер частиц ATH сводит к минимуму потерю прочности на разрыв.

4. Автономная система гипофосфита алюминия (AHP)

Приложение: UL94 V-1/V-2 или там, где источники азота нежелательны (например, чтобы избежать вспенивания MCA, влияющего на внешний вид).

Рекомендуемая формула:

• Базовая резина: VMQ (100 частей на 100 частей)
• Гипофосфит алюминия (АГФ): 20–30 частей на 100 частей
• Высокое содержание фосфора (40%); 20 частей на 100 частей обеспечивают ~8% фосфора для базовой огнестойкости.
• Для UL94 V-0 увеличьте до 30 частей на 100 частей (может ухудшить механические свойства).
• Армирующий наполнитель: Диоксид кремния (10–15 частей на сто частей, сохраняет прочность)
• Добавки: Гидроксилсиликоновое масло (2 части, перерабатываемость) + отвердитель (дипероксидная или платиновая система).

Функции:

• Основан на принципе замедления горения конденсированной фазы (образовании угля), значительно снижает потери при горении, но имеет ограниченное дымоподавляющее действие.
• Высокая концентрация (>25 частей на 100 частей) может привести к затвердеванию материала; для улучшения качества угля рекомендуется добавить 3–5 частей на 100 частей ZnB.

5. Смесь гипофосфита алюминия (AHP) + MCA

Приложение: UL94 V-0, низкая нагрузка с синергией газофазных антипиренов.

Рекомендуемая формула:

• Базовая резина: VMQ (100 частей на 100 частей)
• Гипофосфит алюминия (АГФ): 12–15 частей на хр
• Источник фосфора для образования угля.
• МКА: 8–10 частей на 100 частей
• Источник азота для синергии PN, выделяет инертные газы (например, NH₃) для подавления распространения пламени.
• Армирующий наполнитель: Силика (10 частей на 100 частей)
• Добавки: Силановый связующий агент (1 часть, диспергирующая добавка) + отвердитель.

Функции:

• Общее содержание антипирена составляет ~20–25 частей на 100 частей, что значительно ниже, чем у отдельного AHP.
• MCA снижает требования к AHP, но может немного повлиять на прозрачность (если требуется прозрачность, используйте нано-MCA).

Краткое описание рецептуры огнезащитного состава

Экспериментальные рекомендации

1. Приоритетное тестирование: AHP + MCA (15+10 частей на 100 частей). Если V-0 достигнут, постепенно уменьшайте AHP (например, 12+10 частей на 100 частей).
2. Автономный тест AHP: Начните с 20 частей на 100 частей, увеличивайте на 5 частей на 100 частей для оценки LOI и UL94, контролируя механические свойства.
3. Подавление дыма: Добавьте 3–5 частей ZnB в любую формулу без ущерба для огнестойкости.
4. Оптимизация затрат: Для снижения стоимости добавьте 10–15 частей ATH, но при этом общее содержание наполнителя увеличится.

Рекомендуемый процесс смешивания

(Для двухкомпонентного силиконового каучука аддитивной вулканизации)

1. Предварительная обработка базовой резины:

• Загрузите силиконовую резину (например, 107 gum, винилсиликоновое масло) в планетарный миксер, при необходимости проведите дегазацию под вакуумом.

1. Огнезащитная добавка:

• Порошковые антипирены (например, ATH, MH):
• Добавлять порциями, предварительно смешивая с базовой резиной (низкоскоростное перемешивание, 10–15 мин), чтобы избежать агломерации.
• Сушить при температуре 80–120°C, если гигроскопичен.
• Жидкие антипирены (например, фосфаты):
• Смешать непосредственно с силиконовым маслом, сшивающим агентом и т. д. при высоком усилии сдвига (20–30 мин).

1. Другие добавки:

• Последовательно добавляют наполнители (например, диоксид кремния), сшивающий агент (гидросилан), катализатор (платину) и ингибиторы.

1. Гомогенизация:

• Дальнейшее измельчение дисперсии с использованием трехвалковой мельницы или высокосдвигового эмульгатора (критично для нанодобавок, таких как УНТ).

1. Дегазация и фильтрация:

• Вакуумная дегазация (-0,095 МПа, 30 мин), фильтр для требований высокой чистоты.

Ключевые соображения

• Выбор огнезащитного состава:
• Для безгалогенных антипиренов (например, ATH) требуются мелкие частицы (1–5 мкм); чрезмерная нагрузка ухудшает механические свойства.
• Антипирены на основе силикона (например, фенилсиликоновые смолы) обеспечивают лучшую совместимость, но имеют более высокую стоимость.
• Управление процессами:
• Температура ≤ 60°C (предотвращает отравление платинового катализатора или преждевременное отверждение).
• Влажность ≤ 50% относительной влажности (что позволяет избежать реакций между гидроксильным силиконовым маслом и антипиренами).

Заключение

• Массовое производство: Для повышения эффективности предварительно смешайте антипирены с базовой резиной.
• Требования к высокой стабильности: Смешивайте во время приготовления, чтобы минимизировать риски при хранении.
• Нано-огнезащитные системы: Обязательное диспергирование с высоким сдвигом для предотвращения агломерации.

More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com