некоторые эталонные составы силиконовой резины на основе безгалогенных антипиренов

Ниже представлены пять вариантов рецептур силиконовой резины на основе безгалогенных антипиренов, включающих антипирены, предоставленные заказчиком (гипофосфит алюминия, борат цинка, MCA, гидроксид алюминия и полифосфат аммония). Цель этих рецептур — обеспечить огнестойкость при минимизации количества добавок для снижения их влияния на механические свойства силиконовой резины.

1. Синергетическая огнезащитная система на основе фосфора и азота (высокоэффективный обугливаемый тип)

Цель: Соответствует стандарту UL94 V-0, имеет низкое дымовыделение, подходит для применения при средних и высоких температурах.

Базовая резинаМетилвинилсиликоновый каучук (VMQ, 100 phr)

Огнестойкие добавки:

• Гипофосфит алюминия (ГФА, на основе фосфора): 15 phr
• Обеспечивает эффективный источник фосфора, способствует образованию коксового остатка и подавляет газофазное горение.
• Меламинцианурат (MCA, на основе азота): 10 phr
• Обладает синергетическим эффектом с фосфором, выделяет инертные газы и разбавляет кислород.
• Борат цинка (ZnB): 5 фра
• Способствует образованию обугленного слоя, подавляет дымообразование и повышает стабильность этого слоя.
• Гидроксид алюминия (АТГ, химический метод, 1,6–2,3 мкм): 20 phr
• Эндотермическое разложение, дополнительная огнестойкость и улучшенная диспергируемость.

Добавки:

• Гидроксисиликоновое масло (2 phr, улучшает технологичность)
• Дымчатый диоксид кремния (10 частей на 100 частей смолы, армирующий слой)
• Отвердитель (дипероксид, 0,8 phr)

Функции:

• Общее содержание антипирена составляет примерно 50 частей на 100 частей смолы, что обеспечивает баланс между огнестойкостью и механическими свойствами.
• Синергия фосфора и азота (AHP + MCA) снижает необходимое количество отдельных антипиренов.

2. Огнезащитная вспучивающаяся система (низконагрузочного типа)

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

Базовая резина: VMQ (100 phr)

Огнестойкие добавки:

• Полифосфат аммония (APP, на основе фосфора и азота): 12 phr
• Ядро процесса вспучивающегося обугливания, обладающее хорошей совместимостью с силиконовой резиной.
• Гипофосфит алюминия (ГФА): 8 фра
• Дополнительный источник фосфора снижает гигроскопичность APP.
• Борат цинка (ZnB): 5 фра
• Синергетический каталитический эффект обугливания и подавление капельного образования.
• Гидроксид алюминия (измельченный, 3–20 мкм): 15 phr
• Недорогой вспомогательный огнезащитный состав, снижающий содержание ПАП (антипирена).

Добавки:

• Винилсиликоновое масло (3 phr, пластификатор)
• Осажденный диоксид кремния (15 частей на 100 частей смолы, армирующий материал)
• Платиновая система отверждения (0,1% Pt)

Функции:

• Общее содержание антипирена ~40 phr, эффективно для тонких изделий благодаря механизму вспучивания.
• Для предотвращения миграции АПП требуется обработка поверхности (например, силансодержащим связующим агентом).

3. Оптимизированная система с высокой загрузкой гидроксида алюминия (экономичный вариант)

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

Базовая резина: VMQ (100 phr)

Огнестойкие добавки:

• Гидроксид алюминия (АТГ, химический метод, 1,6–2,3 мкм): 50 phr
• Основной антипирен, эндотермическое разложение, малый размер частиц для лучшего диспергирования.
• Гипофосфит алюминия (ГФА): 5 фра
• Повышает эффективность образования коксового остатка, снижает нагрузку ATH.
• Борат цинка (ZnB): 3 фра
• Защита от дыма и антикоррозийное покрытие.

Добавки:

• Силановый связующий агент (KH-550, 1 phr, улучшает интерфейс ATH)
• Дымчатый диоксид кремния (8 частей на 100 частей смолы, армирующий слой)
• Отверждение перекисью (DCP, 1 phr)

Функции:

• Общее содержание антипирена составляет примерно 58 частей на 100 частей древесины, но ATH превосходит другие материалы по экономической эффективности.
• Малый размер частиц ATH минимизирует потерю прочности на разрыв.

4. Автономная система гипофосфита алюминия (AHP)

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

Рекомендуемая рецептура:

• Базовая резина: VMQ (100 phr)
• Гипофосфит алюминия (ГФА): 20–30 phr
• Высокое содержание фосфора (40%); 20 частей на 100 частей смолы обеспечивают примерно 8% фосфора для обеспечения основной огнестойкости.
• Для стандарта UL94 V-0 рекомендуется увеличить содержание 30 частей на 100 частей смолы (это может ухудшить механические свойства).
• Армирующий наполнительКремнезем (10–15 частей на 100 частей смолы, сохраняет прочность)
• Добавки: Гидроксисиликоновое масло (2 phr, технологичность) + отвердитель (дипероксид или платиновая система).

Функции:

• Основан на огнестойкости в конденсированной фазе (образование коксового остатка), значительно улучшает показатели кислородного индекса, но имеет ограниченные возможности подавления дымообразования.
• Высокая концентрация (>25 частей на 100 частей смолы) может привести к затвердению материала; рекомендуется добавлять 3–5 частей на 100 частей смолы цинка для улучшения качества обугливания.

5. Смесь гипофосфита алюминия (AHP) и MCA

Приложение: UL94 V-0, низкая концентрация активных веществ с синергетическим эффектом газофазного антипирена.

Рекомендуемая рецептура:

• Базовая резина: VMQ (100 phr)
• Гипофосфит алюминия (ГФА): 12–15 phr
• Источник фосфора для образования коксового остатка.
• МКА: 8–10 phr
• Источник азота для синергии PN, выделяет инертные газы (например, NH₃) для подавления распространения пламени.
• Армирующий наполнитель: Кремнезем (10 phr)
• ДобавкиСилановый связующий агент (1 phr, диспергирующая добавка) + отвердитель.

Функции:

• Общая концентрация антипирена составляет примерно 20–25 частей на 100 частей смолы, что значительно ниже, чем при использовании только AHP.
• MCA снижает требования к AHP, но может незначительно повлиять на прозрачность (при необходимости повышения четкости используйте nano-MCA).

Краткое описание огнестойкой формулы

Экспериментальные рекомендации

1. Приоритетное тестирование: AHP + MCA (15+10 phr). Если достигнута V-0, постепенно уменьшайте AHP (например, 12+10 phr).
2. Автономный тест AHPНачните с 20 частей на 100 частей смолы, увеличивайте на 5 частей на 100 частей смолы для оценки LOI и UL94, контролируя механические свойства.
3. Подавление дымаДобавьте 3–5 частей ZnB на 100 частей смолы в любой состав без ущерба для огнестойкости.
4. Оптимизация затратДля снижения стоимости можно добавить 10–15 частей ATH на 100 частей смолы, хотя при этом увеличится общее количество наполнителя.

Рекомендуемый процесс смешивания

(Для двухкомпонентного силиконового каучука, отверждаемого методом аддитивного отверждения)

1. Предварительная обработка базовой резины:

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

1. Огнезащитная добавка:

• Порошкообразные антипирены (например, ATH, MH):
• Добавляйте порциями, предварительно смешивая с базовой резиной (низкоскоростное перемешивание, 10–15 мин), чтобы избежать агломерации.
• Если материал гигроскопичен, высушите его при температуре 80–120 °C.
• Жидкие антипирены (например, фосфаты):
• Смешивайте непосредственно с силиконовым маслом, сшивающим агентом и т. д. при высоком сдвиговом воздействии (20–30 мин).

1. Другие добавки:

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

1. Гомогенизация:

• Дальнейшее улучшение дисперсии достигается с помощью трехвалковой мельницы или высокоскоростного эмульгатора (что крайне важно для нанодобавок, таких как углеродные нанотрубки).

1. Дегазация и фильтрация:

• Вакуумная дегазация (-0,095 МПа, 30 мин), фильтрация для обеспечения высокой степени чистоты.

Ключевые соображения

• Выбор огнестойких материалов:
• Для галогенсодержащих замедлителей спекания (например, ATH) требуется мелкий размер частиц (1–5 мкм); чрезмерное их содержание ухудшает механические свойства.
• Ретарденты на основе силикона (например, фенилсиликоновые смолы) обеспечивают лучшую совместимость, но стоят дороже.
• Управление технологическими процессами:
• Температура ≤ 60°C (предотвращает отравление платинового катализатора или преждевременное отверждение).
• Влажность ≤ 50% относительной влажности (это позволяет избежать реакций между гидроксилированным силиконовым маслом и антипиренами).

Заключение

• Массовое производствоДля повышения эффективности предварительно смешайте антипирены с базовой резиной.
• Требования к высокой стабильности: Смешивайте компоненты в процессе приготовления, чтобы минимизировать риски, связанные с хранением.
• Нано-огнестойкие системыОбязательное высокоскоростное диспергирование для предотвращения агломерации.

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