Halogeenvrije vlamvertragende formulering en verwerkingstechnologie voor epoxyhars
De klant is op zoek naar een milieuvriendelijk, halogeenvrij en metaalvrij vlamvertragend middel dat geschikt is voor epoxyhars met een anhydride-hardingssysteem en dat voldoet aan UL94-V0. Het hardingsmiddel moet een hittebestendig epoxyhardingsmiddel zijn met een Tg boven 125 °C, dat uithardt bij 85-120 °C en langzaam reageert bij kamertemperatuur. Hieronder volgt de gedetailleerde formulering zoals gevraagd door de klant.
I. Formuleringssysteem voor vlamvertragende middelen
1. Kern van het vlamvertragende systeem: Synergie van fosfor en stikstof
Tabel met informatie over vlamvertragende middelen
| Vlamvertragend | Mechanisme | Aanbevolen laadprocedure | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Aluminiumhypofosfiet | Vlamvertraging in de gecondenseerde fase, vormt een verkoolde laag van aluminiumfosfaat. | 10–15% | Primair vlamvertragend middel, ontledingstemperatuur >300°C |
| Ammoniumpolyfosfaat (APP) | Intumescente vlamvertrager, werkt synergetisch met aluminiumhypofosfiet. | 5–10% | Zuurbestendige APP vereist |
| Melaminecyanuraat (MCA) | Stikstofbron, versterkt de fosforsynergie, onderdrukt rook | 3–5% | Vermindert druppelen |
2. Hulpvlamvertragers en synergisten
Informatietabel met aanvullende vlamvertragers
| Vlamvertragend | Mechanisme | Aanbevolen laadprocedure | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Zinkboraat | Bevordert de vorming van kooltjes en onderdrukt de nagloed. | 2–5% | Overmatige hoeveelheden kunnen het uithardingsproces vertragen. |
| Fijn aluminiumhydroxide | Endotherme koeling, rookonderdrukking | 5–8% | Beheers de belasting (om Tg-verlaging te voorkomen) |
3. Voorbeeldformulering (totale belasting: 20-30%)
Basisformulering (ten opzichte van het totale harsgehalte)
| component | Inhoud (ten opzichte van hars) |
|---|---|
| Aluminiumhypofosfiet | 12% |
| APP | 8% |
| MCA | 4% |
| Zinkboraat | 3% |
| Aluminiumhydroxide | 5% |
| Totale belasting | 32% (aanpasbaar tot 25-30%) |
II. Belangrijkste verwerkingsstappen
1. Mengen en dispergeren
A. Voorbehandeling:
- Droog aluminiumhypofosfiet, APP en MCA gedurende 2 uur bij 80 °C (dit voorkomt vochtopname).
- Behandel anorganische vulstoffen (aluminiumhydroxide, zinkboraat) met een silaan-koppelingsmiddel (bijv. KH-550).
B. Mengvolgorde:
- Epoxyhars + vlamvertragers (60 °C, 1 uur roeren)
- Voeg anhydrideharder toe (houd de temperatuur onder 80 °C).
- Vacuümontgassing (-0,095 MPa, 30 min)
2. Uithardingsproces
Stapsgewijze uitharding (balanceert vlamvertragende stabiliteit en hoge Tg):
- 85 °C / 2 uur (langzame start, vermindert bubbels)
- 120 °C / 2 uur (zorgt voor een volledige anhydridereactie)
- 150 °C / 1 uur (verhoogt de verknopingsdichtheid, Tg > 125 °C)
3. Kernpunten
- Viscositeitsregeling: Als de viscositeit te hoog is, voeg dan 5% reactief epoxyverdunningsmiddel toe (bijv. AGE).
- Vertraagde uitharding: Gebruik methylhexahydroftaalzuuranhydride (MeHHPA) of voeg 0,2% 2-ethyl-4-methylimidazool toe (vertraagt de reactie bij kamertemperatuur).
III. Prestatieverificatie en -aanpassing
1. Brandvertragendheid:
- UL94 V0-test (1,6 mm dikte): Zorg voor een brandtijd van minder dan 10 seconden en voorkom druipen.
- Indien dit niet lukt: Verhoog de hoeveelheid aluminiumhypofosfiet (+3%) of APP (+2%).
2. Thermische prestaties:
- DSC-test voor Tg: Als Tg < 125 °C, verlaag dan de hoeveelheid aluminiumhydroxide (verlaagt Tg door endotherm effect).
3. Mechanische eigenschappen:
- Als de buigsterkte afneemt, voeg dan 1-2% nanosiliciumdioxide toe ter versterking.
IV. Potentiële problemen en oplossingen
Tabel met problemen en oplossingen met betrekking tot brandvertragende materialen
| Probleem | Oorzaak | Oplossing |
|---|---|---|
| Onvolledige uitharding | Vochtabsorptie of pH-verstoring door vlamvertragers | Vooraf drogen van vulmiddelen, gebruik zuurbestendige APP |
| Slechte harsdoorstroming | Overmatige vulstofbelasting | Verlaag de concentratie aluminiumhydroxide tot 3% of voeg een verdunningsmiddel toe. |
| UL94-falen | Onvoldoende PN-synergie | Verhoog MCA (tot 6%) of aluminiumhypofosfiet (tot 15%) |
V. Alternatieve formulering (indien nodig)
Vervang een deel van APP door DOPO-derivaten (bijvoorbeeld DOPO-HQ):
- 8% DOPO-HQ + 10% aluminiumhypofosfiet verlaagt de totale belasting (~18%) met behoud van de prestaties.
Deze combinatie biedt een evenwicht tussen brandvertragendheid, milieuvriendelijkheid en prestaties bij hoge temperaturen. Kleinschalige proeven (500 g) worden aanbevolen alvorens op grote schaal te produceren.
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Geplaatst op: 25 juli 2025
