enkele referentieformuleringen voor siliconenrubber op basis van halogeenvrije vlamvertragers

Hier zijn vijf ontwerpen voor siliconenrubberformules gebaseerd op halogeenvrije vlamvertragers, met de door de klant geleverde vlamvertragers (aluminiumhypofosfiet, zinkboraat, MCA, aluminiumhydroxide en ammoniumpolyfosfaat). Deze ontwerpen zijn gericht op het garanderen van vlamvertraging en het minimaliseren van de hoeveelheid additieven om de impact op de mechanische eigenschappen van het siliconenrubber te verminderen.

1. Synergetisch vlamvertragend systeem met fosfor-stikstof (hoogrenderend verkoolingstype)

Doel: UL94 V-0, lage rookontwikkeling, geschikt voor toepassingen met gemiddelde tot hoge temperaturen

Basisrubber: Methylvinylsiliconenrubber (VMQ, 100 phr)

Vlamvertragers:

• Aluminiumhypofosfiet (AHP, op fosforbasis): 15 phr
• Biedt een efficiënte fosforbron, bevordert de vorming van koolstof en onderdrukt verbranding in de gasfase.
• Melaminecyanuraat (MCA, op stikstofbasis): 10 phr
• Werkt synergetisch met fosfor, laat inerte gassen vrij en verdunt zuurstof.
• Zinkboraat (ZnB): 5 phr
• Katalyseert verkoling, onderdrukt rook en verbetert de stabiliteit van de verkoolde laag.
• Aluminiumhydroxide (ATH, chemische methode, 1,6–2,3 μm): 20 phr
• Endotherme ontleding, extra vlamvertraging en verbeterde dispergeerbaarheid.

Additieven:

• Hydroxylsiliconeolie (2 phr, verbetert de verwerkbaarheid)
• Gerookte silica (10 phr, versterking)
• Uithardingsmiddel (Diperoxide, 0,8 phr)

Functies:

• Totale vlamvertragende belasting ~50 phr, evenwicht tussen vlamvertraging en mechanische eigenschappen.
• Synergie van fosfor en stikstof (AHP + MCA) vermindert de benodigde hoeveelheid van individuele vlamvertragers.

2. Intumescent vlamvertragend systeem (type met lage belasting)

Doel: UL94 V-1/V-0, geschikt voor dunne producten

Basisrubber: VMQ (100 phr)

Vlamvertragers:

• Ammoniumpolyfosfaat (APP, op basis van fosfor en stikstof): 12 phr
• Kern van intumescerende verkooling, goed compatibel met siliconenrubber.
• Aluminiumhypofosfiet (AHP): 8 phr
• Aanvullende fosforbron, vermindert de hygroscopiciteit van APP.
• Zinkboraat (ZnB): 5 phr
• Synergistische verkolingskatalyse en druppelonderdrukking.
• Aluminiumhydroxide (gemalen, 3–20 μm): 15 phr
• Goedkope hulpbrandvertrager, vermindert APP-belasting.

Additieven:

• Vinylsiliconenolie (3 phr, plastificering)
• Neergeslagen silica (15 phr, versterking)
• Platina-uithardingssysteem (0,1% Pt)

Functies:

• Totale vlamvertragende belasting ~40 phr, effectief voor dunne producten vanwege het intumescerende mechanisme.
• APP heeft een oppervlaktebehandeling nodig (bijvoorbeeld met silaankoppelingsmiddel) om migratie te voorkomen.

3. Hoogbelastbaar aluminiumhydroxide-geoptimaliseerd systeem (kosteneffectief type)

Doel: UL94 V-0, geschikt voor dikke producten of kabels

Basisrubber: VMQ (100 phr)

Vlamvertragers:

• Aluminiumhydroxide (ATH, chemische methode, 1,6–2,3 μm): 50 phr
• Primaire vlamvertrager, endotherme ontleding, kleine deeltjesgrootte voor betere verspreiding.
• Aluminiumhypofosfiet (AHP): 5 phr
• Verbetert de efficiëntie van verkoolde koolstofvorming en vermindert de ATH-belasting.
• Zinkboraat (ZnB): 3 phr
• Rookonderdrukking en anti-gloeifunctie.

Additieven:

• Silane-koppelingsmiddel (KH-550, 1 phr, verbetert de ATH-interface)
• Gerookte silica (8 phr, versterking)
• Peroxide-uitharding (DCP, 1 phr)

Functies:

• Totale vlamvertragende belasting ~58 phr, maar ATH domineert qua kostenefficiëntie.
• De kleine ATH-deeltjesgrootte minimaliseert het verlies aan treksterkte.

4. Standalone aluminiumhypofosfiet (AHP) systeem

Sollicitatie: UL94 V-1/V-2, of wanneer stikstofbronnen ongewenst zijn (bijvoorbeeld om te voorkomen dat MCA-schuimvorming het uiterlijk beïnvloedt).

Aanbevolen formulering:

• Basisrubber: VMQ (100 phr)
• Aluminiumhypofosfiet (AHP): 20–30 phr
• Hoog fosforgehalte (40%); 20 phr levert ~8% fosfor voor basisbrandvertraging.
• Voor UL94 V-0, verhoog naar 30 phr (kan de mechanische eigenschappen beïnvloeden).
• Versterkende vulstof: Silica (10–15 phr, behoudt sterkte)
• Additieven: Hydroxylsilicone olie (2 phr, verwerkbaarheid) + uithardingsmiddel (Diperoxide of platina systeem).

Functies:

• Maakt gebruik van vlamvertraging in de gecondenseerde fase (koolvorming), verbetert de LOI aanzienlijk, maar heeft een beperkte rookonderdrukking.
• Een hoge belasting (>25 phr) kan het materiaal stijver maken. Om de kwaliteit van de verkooling te verbeteren, raden we aan 3–5 phr ZnB toe te voegen.

5. Aluminiumhypofosfiet (AHP) + MCA-mengsel

Sollicitatie: UL94 V-0, lage belasting met gasfase vlamvertragende synergie.

Aanbevolen formulering:

• Basisrubber: VMQ (100 phr)
• Aluminiumhypofosfiet (AHP): 12–15 phr
• Fosforbron voor koolvorming.
• MCA: 8–10 phr
• Stikstofbron voor PN-synergie, geeft inerte gassen (bijv. NH₃) vrij om vlamvoortplanting te onderdrukken.
• Versterkende vulstof: Silica (10 phr)
• Additieven: Silane-koppelingsmiddel (1 phr, dispergeerhulpmiddel) + verharder.

Functies:

• Totale vlamvertragende belasting ~20–25 phr, aanzienlijk lager dan alleen AHP.
• MCA verlaagt de AHP-vereiste, maar kan de transparantie enigszins beïnvloeden (gebruik nano-MCA als er helderheid nodig is).

Samenvatting van de formulering van vlamvertragers

Experimentele aanbevelingen

1. Prioriteitstesten: AHP + MCA (15+10 phr). Als V-0 is bereikt, verlaag dan geleidelijk de AHP (bijv. 12+10 phr).
2. Zelfstandige AHP-test: Begin bij 20 phr, verhoog met 5 phr om LOI en UL94 te evalueren en de mechanische eigenschappen te bewaken.
3. Rookonderdrukking: Voeg 3–5 phr ZnB toe aan een formulering zonder de vlamvertragende werking in gevaar te brengen.
4. Kostenoptimalisatie: Voeg 10–15 phr ATH toe om de kosten te verlagen, hoewel de totale vulstofbelasting toeneemt.

Aanbevolen mengproces

(Voor twee-componenten additie-uithardende siliconenrubber)

1. Voorbehandeling van basisrubber:

• Doe siliconenrubber (bijvoorbeeld 107 gum, vinylsiliconenolie) in een planetaire menger en ontgas indien nodig onder vacuüm.

1. Vlamvertragende toevoeging:

• Poedervormige vlamvertragers (bijv. ATH, MH):
• Voeg het mengsel in porties toe en meng het vooraf met het basisrubber (mengen op lage snelheid, 10–15 min) om agglomeratie te voorkomen.
• Drogen bij 80–120°C indien hygroscopisch.
• Vloeibare vlamvertragers (bijv. fosfaten):
• Direct mengen met siliconenolie, crosslinker, enz., onder hoge schuifspanning (20–30 min).

1. Andere additieven:

• Voeg achtereenvolgens vulstoffen (bijv. silica), crosslinker (hydrosilane), katalysator (platina) en remmers toe.

1. Homogenisatie:

• Verfijn de dispersie verder met behulp van een driewalsmolen of een emulgator met hoge schuifkracht (cruciaal voor nano-additieven zoals CNT's).

1. Ontgassen en filtratie:

• Vacuümontgassing (-0,095 MPa, 30 min), filter voor hoge zuiverheidsvereisten.

Belangrijke overwegingen

• Vlamvertragende selectie:
• Halogeenvrije brandvertragers (bijv. ATH) vereisen een kleine deeltjesgrootte (1–5 μm); een te hoge belasting schaadt de mechanische eigenschappen.
• Vertragers op basis van siliconen (bijvoorbeeld fenylsiliconenharsen) zijn beter compatibel, maar ook duurder.
• Procesbesturing:
• Temperatuur ≤ 60°C (voorkomt vergiftiging van de platinakatalysator of voortijdige uitharding).
• Luchtvochtigheid ≤ 50% RV (voorkomt reacties tussen hydroxylsiliconeolie en vlamvertragers).

Conclusie

• Massaproductie: Meng vlamvertragers vooraf met basisrubber voor een efficiënter gebruik.
• Hoge stabiliteitsvereisten: Mengen tijdens het samenstellen om opslagrisico's te minimaliseren.
• Nano-vlamvertragende systemen: Verplichte hoge-shear-dispersie om agglomeratie te voorkomen.

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