Een referentie-vlamvertragende formule voor SK Polyester ES500 (UL94 V0-classificatie).
I. Formuleringsontwerpbenadering
- Substraatcompatibiliteit
- SK Polyester ES500: Een thermoplastisch polyester met een typische verwerkingstemperatuur van 220-260 °C. De vlamvertrager moet bestand zijn tegen dit temperatuurbereik.
- Belangrijkste vereisten: balans tussen vlamvertraging (V0), mechanische eigenschappen (trek-/slagvastheid) en verwerkingsvloeibaarheid.
- Synergetisch vlamvertragend systeem
- Ultrafijn aluminiumhydroxide (ATH): primaire vlamvertrager, endotherme dehydratatie. De lading moet een evenwicht vinden tussen vlamvertraging en mechanische eigenschappen.
- Aluminiumhypofosfiet: synergist die verkoling veroorzaakt. Werkt samen met ATH om een synergetisch fosfor-aluminium-effect te creëren, waardoor de verkolingkwaliteit verbetert.
- Zinkboraat: Koolversterker, onderdrukt rook en vormt een dichte barrière met ATH.
- MCA (Melamine Cyanuraat): Vlamvertrager in de gasfase, verdunt zuurstof en voorkomt dat smeltdruppels vrijkomen.
II. Aanbevolen formulering (gewichtspercentage)
| Onderdeel | Verhouding | Verwerkingsnotities |
|---|---|---|
| SK Polyester ES500 | 45–50% | Basishars; selecteer een kwaliteit met hoge vloeibaarheid om de viscositeit van de vulstof te compenseren. |
| Ultrafijne ATH | 25–30% | Oppervlaktegemodificeerd met silaankoppelingsmiddel (KH-550), D50 < 3 μm. |
| Aluminiumhypofosfiet | 10–12% | Hittebestendig (>300°C), vooraf gemengd met ATH en in stappen toegevoegd. |
| Zinkboraat | 6–8% | Toegevoegd met MCA om structurele schade door hoge schuifkrachten te voorkomen. |
| MCA | 4–5% | Procestemperatuur < 250°C, lage snelheidsdispersie. |
| Dispergeermiddel | 2–3% | Polyester-compatibel dispergeermiddel (bijv. BYK-161) + polyethyleenwascomposiet. |
| Koppelingsmiddel (KH-550) | 1% | Voorbehandeling met ATH en aluminiumhypofosfiet; onderdompeling in ethanol gevolgd door drogen. |
| Anti-druppelmiddel | 0,5–1% | PTFE-micropoeder om smeltontsteking te onderdrukken. |
| Verwerkingshulpmiddel | 0,5% | Zinkstearaat (smeermiddel en antiaanbakmiddel). |
III. Belangrijkste procescontroles
- Dispersie-optimalisatie
- Voorbehandeling: Week ATH en aluminiumhypofosfiet gedurende 2 uur in een 1% KH-550 ethanoloplossing en droog vervolgens bij 80°C.
- Mengvolgorde:
- Basishars + dispergeermiddel + koppelmiddel → Mengen op lage snelheid (500 rpm, 5 min).
- Voeg gemodificeerd ATH/aluminiumhypofosfiet toe → Hoge snelheidsafschuiving (2500 rpm, 20 min).
- Voeg zinkboraat/MCA/PTFE toe → Mengen op lage snelheid (800 tpm, 10 min).
- Apparatuur: Tweeschroefsextruder (temperatuurzones: toevoerzone 200°C, smeltzone 230°C, matrijs 220°C).
- Verwerkingstemperatuurregeling
- Zorg ervoor dat de smelttemperatuur < 250°C is om ontleding van MCA te voorkomen (MCA ontleedt bij 250–300°C).
- De pellets worden na extrusie met water gekoeld om migratie van vlamvertragers te voorkomen.
IV. Vlamvertragend synergetisch mechanisme
- ATH + Aluminiumhypofosfiet
- ATH absorbeert warmte en geeft waterdamp af, waardoor brandbare gassen worden verdund.
- Aluminiumhypofosfiet katalyseert de vorming van dichte verkoolde stoffen (AlPO₄), waardoor warmteoverdracht wordt geblokkeerd.
- Zinkboraat + MCA
- Zinkboraat vormt een glasachtige barrière over verkoolde scheuren.
- MCA ontleedt en geeft NH₃ vrij, waardoor zuurstof wordt verdund en reacties van vrije radicalen worden geremd.
- PTFE anti-druppel
- PTFE-micropoeder vormt een vezelachtig netwerk, waardoor het risico op ontsteking door smeltdruppels wordt verminderd.
V. Prestatie-afstemming en probleemoplossing
| Veelvoorkomend probleem | Oplossing |
|---|---|
| Vlamvertraging onder V0 (V1/V2) | Verhoog de aluminiumhypofosfietconcentratie tot 12% + MCA tot 5%, of voeg 2% ingekapselde rode fosfor toe (synergetisch met aluminiumhypofosfiet). |
| Verminderde mechanische eigenschappen | Verlaag ATH tot 25%, voeg 5% glasvezel toe (versterking) of 3% met maleïnezuuranhydride geënte POE (versteviging). |
| Slechte verwerkingsvloeibaarheid | Verhoog de dispergeermiddelconcentratie naar 3% of voeg 0,5% polyethyleenwas met een laag molecuulgewicht toe (smeermiddel). |
| Oppervlaktebloei | Optimaliseer de dosering van het koppelingsmiddel of stap over op titanaatkoppelingsmiddel (NDZ-201) voor een betere grensvlakbinding. |
VI. Validatiemetrieken
- UL94 V0-test:
- Preparaten van 1,6 mm en 3,2 mm, totale brandtijd < 50 sec. na twee ontstekingen, geen druppelende ontsteking.
- LOI: Doel ≥30% (werkelijk ≥28%).
- Mechanische eigenschappen:
- Treksterkte > 40 MPa, slagvastheid > 5 kJ/m² (ASTM-norm).
- Thermische stabiliteit (TGA):
- Verkoolde rest bij 800°C > 20%, initiële ontledingstemperatuur > 300°C.
VII. Voorbeeldreferentieformulering
| Onderdeel | Inhoud (%) |
|---|---|
| SK Polyester ES500 | 48% |
| Ultrafijn ATH (gemodificeerd) | 28% |
| Aluminiumhypofosfiet | 11% |
| Zinkboraat | 7% |
| MCA | 4% |
| BYK-161 Dispergeermiddel | 2,5% |
| KH-550 koppelingsmiddel | 1% |
| PTFE anti-druppelmiddel | 0,8% |
| Zinkstearaat | 0,5% |
Deze formulering en dit procesontwerp bereiken effectief UL94 V0 vlamvertraging voor SK Polyester ES500, terwijl de verwerkbaarheid en mechanische eigenschappen in evenwicht blijven. Kleinschalige proeven worden aanbevolen om de dispersie te verifiëren voordat de verhoudingen worden verfijnd (bijvoorbeeld door aluminiumhypofosfiet en MCA in evenwicht te brengen). Voor verdere verbetering van de vlamvertraging kunt u overwegen om 2% boornitride nanosheets (BNNS) toe te voegen als een dubbelfunctionele thermisch geleidende/vlamvertragende vulstof.
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Plaatsingstijd: 1 juli 2025
