Enkele referentieformules voor siliconenrubber op basis van halogeenvrije vlamvertragers.

Hieronder volgen vijf formuleringen voor siliconenrubber op basis van halogeenvrije vlamvertragers, waarbij de door de klant aangeleverde vlamvertragers (aluminiumhypofosfiet, zinkboraat, MCA, aluminiumhydroxide en ammoniumpolyfosfaat) zijn verwerkt. Deze formuleringen zijn erop gericht vlamvertragendheid te garanderen en tegelijkertijd de hoeveelheid additieven te minimaliseren om de impact op de mechanische eigenschappen van het siliconenrubber te verminderen.

1. Synergetisch vlamvertragend systeem op basis van fosfor en stikstof (hoogrenderend, koolstofvormend type)

DoelUL94 V-0, lage rookontwikkeling, geschikt voor toepassingen bij middelhoge tot hoge temperaturen.

Basisrubber: Methylvinylsiliconenrubber (VMQ, 100 phr)

Vlamvertragers:

• Aluminiumhypofosfiet (AHP, op fosforbasis): 15 phr
• Biedt een efficiënte fosforbron, bevordert de vorming van koolstofresidu en onderdrukt gasfaseverbranding.
• Melaminecyanuraat (MCA, op stikstofbasis): 10 phr
• Werkt synergetisch met fosfor, produceert inerte gassen en verdunt zuurstof.
• Zinkboraat (ZnB): 5 phr
• Het bevordert de vorming van koolstofresidu, onderdrukt rookontwikkeling en verbetert de stabiliteit van de koolstoflaag.
• Aluminiumhydroxide (ATH, chemische methode, 1,6–2,3 μm): 20 phr
• Endotherme ontleding, extra vlamvertragende eigenschappen en verbeterde dispergeerbaarheid.

Additieven:

• Hydroxylsiliconenolie (2 phr, verbetert de verwerkbaarheid)
• Gefumeerd siliciumdioxide (10 phr, versterking)
• Uithardingsmiddel (diperoxide, 0,8 phr)

Functies:

• Totale hoeveelheid vlamvertrager circa 50 phr, waarbij een balans wordt gevonden tussen vlamvertragendheid en mechanische eigenschappen.
• De synergie tussen fosfor en stikstof (AHP + MCA) vermindert de benodigde hoeveelheid afzonderlijke vlamvertragers.

2. Opschuimend vlamvertragend systeem (lage belasting)

DoelUL94 V-1/V-0, geschikt voor dunne producten

BasisrubberVMQ (100 phr)

Vlamvertragers:

• Ammoniumpolyfosfaat (APP, op fosfor-stikstof gebaseerd): 12 phr
• Kern van opschuimende koolstofvorming, met goede compatibiliteit met siliconenrubber.
• Aluminiumhypofosfiet (AHP): 8 phr
• Aanvullende fosforbron, vermindert de hygroscopiciteit van APP.
• Zinkboraat (ZnB): 5 phr
• Synergetische koolstofkatalyse en druppelonderdrukking.
• Aluminiumhydroxide (gemalen, 3–20 μm): 15 phr
• Voordelig hulpvlamvertragend middel, vermindert de APP-belasting.

Additieven:

• Vinylsiliconenolie (3 phr, weekmaker)
• Geprecipiteerd siliciumdioxide (15 phr, versterking)
• Platina-uithardingssysteem (0,1% Pt)

Functies:

• Totale vlamvertragende belasting ~40 phr, effectief voor dunne producten dankzij het opzwellingsmechanisme.
• APP vereist een oppervlaktebehandeling (bijv. silaan-koppelingsmiddel) om migratie te voorkomen.

3. Hoogbelast aluminiumhydroxide-geoptimaliseerd systeem (kosteneffectief type)

DoelUL94 V-0, geschikt voor dikke producten of kabels.

BasisrubberVMQ (100 phr)

Vlamvertragers:

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

Additieven:

• Silaankoppelingsmiddel (KH-550, 1 phr, verbetert de ATH-interface)
• Gefumeerd siliciumdioxide (8 phr, versterking)
• Peroxideharding (DCP, 1 phr)

Functies:

• De totale hoeveelheid vlamvertragend middel bedraagt ​​ongeveer 58 phr, maar ATH is qua kostenefficiëntie superieur.
• Een kleine ATH-deeltjesgrootte minimaliseert het verlies aan treksterkte.

4. Standalone aluminiumhypofosfiet (AHP)-systeem

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

Aanbevolen samenstelling:

• BasisrubberVMQ (100 phr)
• Aluminiumhypofosfiet (AHP): 20–30 phr
• Hoog fosforgehalte (40%); 20 phr levert ~8% fosfor voor basisbrandvertraging.
• Voor UL94 V-0, verhogen naar 30 phr (kan de mechanische eigenschappen aantasten).
• Versterkende vulstof: Siliciumdioxide (10–15 phr, behoudt de sterkte)
• Additieven: Hydroxylsiliconenolie (2 phr, verwerkbaarheid) + uithardingsmiddel (diperoxide of platinasysteem).

Functies:

• Het is gebaseerd op vlamvertraging in de gecondenseerde fase (koolvorming), verbetert het gloeiverlies aanzienlijk, maar heeft een beperkte rookonderdrukking.
• Een hoge belasting (>25 phr) kan het materiaal verstijven; het wordt aanbevolen om 3-5 phr ZnB toe te voegen om de kwaliteit van de verkoolde resten te verbeteren.

5. Aluminiumhypofosfiet (AHP) + MCA-mengsel

SollicitatieUL94 V-0, lage belasting met synergetische werking van gasvormige vlamvertragers.

Aanbevolen samenstelling:

• BasisrubberVMQ (100 phr)
• Aluminiumhypofosfiet (AHP): 12–15 phr
• Fosforbron voor de vorming van koolstofresidu.
• MCA: 8–10 phr
• Stikstofbron voor PN-synergie, laat inerte gassen (bijv. NH₃) vrij om vlamvoortplanting te onderdrukken.
• Versterkende vulstof: Siliciumdioxide (10 phr)
• Additieven: Silaankoppelingsmiddel (1 phr, dispergeermiddel) + uithardingsmiddel.

Functies:

• De totale hoeveelheid vlamvertrager bedraagt ​​circa 20-25 phr, aanzienlijk lager dan bij een standalone AHP.
• MCA verlaagt de AHP-behoefte, maar kan de transparantie enigszins beïnvloeden (gebruik nano-MCA als helderheid gewenst is).

Samenvatting van de samenstelling van vlamvertragende middelen

Experimentele aanbevelingen

1. Prioriteitstesten: AHP + MCA (15+10 phr). Als V-0 bereikt is, de AHP geleidelijk verlagen (bijv. 12+10 phr).
2. Zelfstandige AHP-testBegin bij 20 phr en verhoog met 5 phr om de LOI en UL94 te evalueren en de mechanische eigenschappen te bewaken.
3. RookbestrijdingVoeg 3–5 phr ZnB toe aan elke formulering zonder de vlamvertragende eigenschappen aan te tasten.
4. KostenoptimalisatieVoeg 10-15 phr ATH toe om de kosten te verlagen, hoewel de totale hoeveelheid vulstof dan wel toeneemt.

Aanbevolen mengproces

(Voor tweecomponenten additiehardende siliconenrubber)

1. Basisrubber voorbehandeling:

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

1. Vlamvertragende toevoeging:

• Vlamvertragers in poedervorm (bijv. ATH, MH):
• Voeg het in porties toe en meng het vooraf met het basisrubber (mengen op lage snelheid, 10-15 min) om klontering te voorkomen.
• Droog bij 80–120 °C indien hygroscopisch.
• Vloeibare vlamvertragers (bijv. fosfaten):
• Meng direct met siliconenolie, verknoper, enz., onder hoge afschuifkracht (20-30 min).

1. Overige additieven:

• Voeg achtereenvolgens vulstoffen (bijv. silica), verknoper (hydrosilaan), katalysator (platina) en remmers toe.

1. Homogenisatie:

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

1. Ontgassing en filtratie:

• Ontgassen onder vacuüm (-0,095 MPa, 30 min), filteren voor hoge zuiverheidseisen.

Belangrijke aandachtspunten

• Selectie van vlamvertragende middelen:
• Halogeenvrije vertragers (bijv. ATH) vereisen een fijne deeltjesgrootte (1–5 μm); een te hoge concentratie schaadt de mechanische eigenschappen.
• Op siliconen gebaseerde vertragers (bijvoorbeeld fenylsiliconenharsen) bieden een betere compatibiliteit, maar zijn wel duurder.
• Procesbeheer:
• Temperatuur ≤ 60 °C (voorkomt vergiftiging van de platinakatalysator of voortijdige uitharding).
• Luchtvochtigheid ≤ 50% RH (voorkomt reacties tussen hydroxylsiliconenolie en vlamvertragers).

Conclusie

• MassaproductieMeng vlamvertragers vooraf met het basisrubber voor een optimale werking.
• Hoge stabiliteitseisenMeng tijdens de bereiding om opslagrisico's te minimaliseren.
• Nano-vlamvertragende systemenVerplichte hoge-snelheidsdispersie om agglomeratie te voorkomen.

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