Inventario del sistema ignífugo de plásticos de ingeniería
Con el progreso continuo de la tecnología de procesamiento y síntesis de polímeros, los plásticos de ingeniería han penetrado en todas las áreas de la vida de las personas; en algunas áreas que a menudo están expuestas a ambientes de alta temperatura, el retardo de llama de los plásticos de ingeniería se ha convertido en un indicador importante de su desempeño integral.
I. Métodos experimentales para retardar la llama de plásticos
El retardo de llama de los plásticos se puede evaluar mediante el método de prueba de combustión, que se clasifica en métodos horizontales y verticales. El método vertical evalúa el retardo de llama de un material midiendo la duración de la post-llama y el resplandor, el rango de combustión y la caída de partículas. Según el comportamiento de la probeta, el material se clasifica en niveles V-0, V-1 y V-2 (V significa quema vertical) según los criterios mostrados en la Tabla 1.
Nota: t 1, t 2 se refieren a la duración de la postinflamación; t 3 se refiere a la duración del resplandor; t_f se refiere al tiempo total de postinflamación.
Los diferentes plásticos tienen diferentes propiedades de combustión. Por ejemplo, el propio PC tiene un cierto grado de retardo de llama y puede alcanzar un nivel V-2 en la prueba de combustión vertical. Sin embargo, el ABS es inflamable y no se puede clasificar. La modificación retardante de llama de los plásticos mediante la adición de retardantes de llama puede retrasar la combustión y reducir la intensidad de la combustión. En el proceso de combustión, los plásticos no sólo se queman, sino que también producen gotas que pueden encender otros materiales combustibles, provocando la propagación del fuego con graves consecuencias. Por lo tanto, los plásticos retardantes de llama a menudo requieren la adición de agentes antigoteo para evitar el goteo del material fundido durante la combustión.
II. Sistema retardante de llama para plásticos de ingeniería
Los retardantes de la llama utilizados en los plásticos de ingeniería son principalmente retardantes de llama halogenados y retardantes de llama de fósforo.
1. Retardantes de llama halogenados
Los retardantes de llama halogenados se dividen en retardantes de llama de cloro y retardantes de llama de bromo.
El retardante de llama de cloro es barato, pero tiene poca estabilidad térmica y solo es adecuado para productos con una temperatura de procesamiento inferior a 200 ℃.
Los retardantes de llama bromados tienen una alta eficiencia retardante de llama, que es el doble que la de los retardantes de llama clorados, por lo que la dosis relativa es pequeña y, debido a su buena compatibilidad mutua con la resina base, tiene menos influencia en las propiedades mecánicas del material, por lo que tiene una posición importante en el campo de los retardantes de llama.
Sin embargo, los retardantes de llama halogenados en el proceso de combustión producirán humo y gases corrosivos, etc., lo que provocará graves desastres secundarios para la salud humana y el medio ambiente, por lo que los retardantes de llama respetuosos con el medio ambiente bajos en halógenos o sin halógenos son motivo de gran preocupación.
2. Retardantes de llama de fósforo
Los retardantes de la llama de fósforo han formado una amplia gama de variedades, incluidos fosfatos inorgánicos, ésteres fosfatos, heterofenoles de fósforo, nitrilo de fósforo y fósforo rojo.
Los retardantes de llama de fósforo en el proceso de combustión de la descomposición de la formación de ácido que contiene oxígeno de alto punto de ebullición pueden promover la deshidratación y carbonización del polímero y la formación de una capa protectora de residuos carbonizados, de modo que el polímero y el aislamiento del aire. Al mismo tiempo, el agua deshidratada absorbe una gran cantidad de calor, lo que también puede reducir la temperatura de la superficie del polímero, logrando así el efecto retardante de llama. Las ventajas de los retardantes de llama a base de fósforo son su baja toxicidad y corrosividad, buena estabilidad térmica y efecto duradero.
La Unión Europea ha prohibido el uso de retardantes de llama halogenados como los bifenilos polibromados (PBB) y los éteres de difenilo polibromados (PBDE) en la fabricación de equipos electrónicos. El éster difenílico de bisfenol A-bisfosfato (BDP), un retardante de llama de fósforo a base de éster de fosfato, es compatible con plásticos de ingeniería como PC/ABS y tiene las ventajas de un buen desempeño ambiental, alta estabilidad térmica y bajo impacto en las propiedades del material, por lo que se usa ampliamente en equipos electrónicos y eléctricos como teléfonos celulares, computadoras portátiles y televisores.
1. PC/ABS
El PC tiene las ventajas de alta resistencia al impacto, resistencia a la fluencia, buena estabilidad dimensional, resistencia al calor, transparencia y propiedades dieléctricas, pero también existe en el procesamiento de poca movilidad, propenso al agrietamiento por tensión, sensibilidad a las muescas, poca resistencia a la abrasión y otras deficiencias. El ABS tiene una mejor resistencia a los productos químicos y al moldeado y procesamiento, sin embargo, su resistencia al calor y a la intemperie es relativamente pobre.
Las dos aleaciones de PC/ABS modificadas mezcladas tienen un rendimiento complementario, no solo de resistencia al calor, resistencia al impacto y resistencia a la tracción, es mejor que el ABS, y su viscosidad en estado fundido es menor que la del PC, el rendimiento de procesamiento es bueno, el producto de la tensión interna y la resistencia al impacto del espesor del producto se reducen considerablemente. La aleación pc/abs se usa ampliamente en la industria automotriz, equipos de comunicaciones, aparatos eléctricos y electrónicos, equipos de iluminación, etc.
Para cumplir con los requisitos de seguridad contra incendios en algunas aplicaciones, la aleación de PC/ABS debe tener un buen retardo de llama. Por ejemplo, en la pila de carga de vehículos de nueva energía y parte del grado de retardante de llama eléctrico y electrónico para alcanzar V-0.
Actualmente, el sistema de mezcla de PC/ABS utiliza un mejor efecto de buena estabilidad térmica de los ésteres de bisfosfato y de éster de fosfato zwitterion, etc., de los cuales el BDP en aleaciones de PC/ABS muestra buenas propiedades retardantes de llama.
2. ordenador personal
La PC tiene buena resistencia al calor, excelentes propiedades ópticas, buena estabilidad dimensional, alta resistencia mecánica y resistencia al impacto y otras características, ampliamente utilizada en electrodomésticos, aparatos electrónicos, piezas de automóviles, equipos mecánicos y piezas de instrumentos ópticos.
El índice máximo de oxígeno (LOI) de la PC puede alcanzar del 21% al 24%, y el material en sí puede alcanzar el nivel de retardante de llama UL94V-2, pero aún no puede cumplir con los requisitos más altos para el rendimiento retardante de llama en campos especiales, como los campos eléctricos, electrónicos y automotrices que requieren un grado de retardante de llama de PC de V-0.
La PC retardante de llama, con perfluoroalquilsulfonato de potasio (PPFBS) como representante del retardante de llama de sulfonato es el mejor efecto, agregar una pequeña cantidad de retardante de llama de sulfonato puede mejorar significativamente las propiedades retardantes de llama de la PC, para lograr un grado de retardante de llama de 1,6 ~ 3,0 mmV-0, y después de la modificación de las propiedades físicas y mecánicas de la PC y el equivalente de PC de uso general.
Los productos de PC industrializados en los retardantes de llama de fósforo más utilizados son principalmente fosfato de trifenilo (TPP), bis de resorcinol (difenilfosfato) (RDP) y BDP, en una cantidad de aditivo retardante de llama del 10% (fracción de masa), 1,6 mm de espesor de PC hasta el nivel V-0, que es volátil a altas temperaturas, el TPP solo juega un papel en la fase gaseosa del retardante de llama; RDP y BDP pueden desempeñar un efecto retardante de llama en la fase gaseosa y sólida al mismo tiempo.
TPP a temperatura ambiente para el estado sólido, la estabilidad térmica es relativamente pobre, fácil de volatilizar en la temperatura de procesamiento de PC, RDP y BDP a temperatura ambiente para el líquido, la estabilidad térmica es mejor, BDP mejor que la resistencia a la hidrólisis del RDP.
3. Resina ABS
El ABS tiene alto brillo, buena tenacidad, buena resistencia al calor y a las bajas temperaturas, excelente rendimiento de procesamiento, tiene excelentes propiedades mecánicas integrales. Las propiedades eléctricas del ABS no aparecen con los cambios grandes de temperatura y humedad, es un buen material aislante, ampliamente utilizado en electrodomésticos, equipos audiovisuales, suministros de oficina y campos eléctricos y electrónicos.
La resina ABS es combustible, LOI 18,3% a 18,8%, según el estándar UL94 pertenece al nivel HB. El ABS se quema rápidamente cuando se incendia y emite una gran cantidad de gases venenosos y humo negro, lo que es desfavorable para aplicaciones prácticas.
En la actualidad, los principales retardantes de llama halógenos y compuestos Sb2O3 utilizan el efecto sinérgico del antimonio halógeno de la modificación del retardante de llama ABS. El ABS retardante de llama se utiliza principalmente en teléfonos, computadoras, pantallas de cristal líquido (LCD) y otras carcasas de equipos eléctricos y electrónicos, componentes automotrices y componentes externos, pequeños electrodomésticos de cocina, cajas de herramientas, carcasas de aspiradoras, etc.
4. CADERAS
Las caderas están hechas de poliestireno (PS) y polibutadieno (Pb) a través de la copolimerización de las dos ventajas comunes, fácil de procesar, buena estabilidad dimensional y excelente aislamiento eléctrico, resistencia de alto impacto, se usa ampliamente en envases de alimentos, electrodomésticos, productos electrónicos y materiales militares, como los envases de caparazón y otros campos.
Sin embargo, el LOI de HIPS es solo del 18%, fácil de quemar, para mejorar la seguridad de uso, debe ser una modificación retardante de llama. Se utiliza para la modificación retardante de llama HIPS de los principales retardantes de llama de bromo, como el decabromodifeniletano (DBDPE), la mayor parte del efecto sinérgico con Sb2O3, con un excelente efecto retardante de llama.
5. PBT
PBT es un poliéster saturado cristalino, con excelentes propiedades mecánicas, buena estabilidad dimensional, buen aislamiento eléctrico y resistencia a productos químicos, etc., ampliamente utilizado en automóviles, aparatos electrónicos, maquinaria y otros campos.
Sin embargo, el PBT tiene propiedades retardantes de llama deficientes (nivel UL94HB), es fácil de quemar en el aire, difícil de convertirse en carbón, fácil de gotear cuando se quema y libera una gran cantidad de humo y gases tóxicos, y es fácil de producir una cantidad relativamente grande de peligros, por lo que debe ser una modificación retardante de llama.
Los retardantes de llama para la modificación del retardante de llama PBT son principalmente retardantes de llama halogenados, retardantes de llama bromados más comúnmente utilizados como DBDPE, resinas epoxi bromadas, etc., a través del efecto sinérgico con el Sb2O3, para lograr un excelente efecto retardante de llama.
Los retardantes de llama utilizados en PBT también incluyen dietilfosfonato de aluminio (ADP) o su hidróxido de magnesio, hidróxido de aluminio y otros productos complejos.
6. PA
PA tiene buenas propiedades mecánicas, propiedades eléctricas y propiedades lubricantes más destacadas, ampliamente utilizadas en componentes electrónicos y piezas de automóviles y otros campos.
Retardante de llama PA no modificado grado UL94V-2, LOI de 20% a 22%, en contacto con una llama abierta, se producirá una combustión rápida, liberando una gran cantidad de calor, pero también debido a la presencia del fenómeno de caída de llama fundida, que crea las condiciones para una mayor propagación de la llama abierta.
Para prevenir riesgos de incendio, la industria tiene requisitos claros de retardantes de llama para los compuestos PA utilizados en automóviles, aparatos eléctricos y otros productos, que generalmente deben alcanzar el nivel UL94V-0.
Los retardantes de llama halogenados se utilizan ampliamente en PA debido a su buena compatibilidad con PA y su alta eficiencia retardante de llama. Los retardantes de llama utilizados en PA también incluyen dietilfosfonato de aluminio (ADP) o sus productos compuestos con hidróxido de magnesio e hidróxido de aluminio.
En resumen, en la actualidad, en el sistema retardante de llama de plásticos de ingeniería, PC/ABS retardante de llama, PC retardante de llama utiliza principalmente retardante de llama de fósforo BDP. ABS retardante de llama, HIPS retardante de llama, PBT retardante de llama, retardante de llama PA utilizan principalmente retardante de llama de bromo.
Los primeros agentes antigoteo fueron productos como el polietileno clorado y el caucho de silicona, que fueron reemplazados gradualmente por politetrafluoroetileno (PTFE) de alto peso molecular como la corriente principal del mercado debido a cuestiones de respeto al medio ambiente, maniobrabilidad y migración. Al mismo tiempo, también se ha demostrado que el PTFE forma compuestos con antimonio en estado de combustión para promover el retardo de llama en fase gaseosa.
El PTFE tiene la propiedad de fibrilar bajo la acción de una fuerza cortante y, en el proceso de procesamiento del plástico, forma una estructura de red que atraviesa la matriz del plástico. En el caso del calor, el PTFE en sí no se quema y tiene la propiedad de contracción, por lo tanto, su estructura de red fibrilada interpenetrante puede evitar que el plástico gotee, aumentando así las propiedades retardantes de llama del plástico.
El PTFE con revestimiento especialmente modificado, agregado a las formulaciones de materiales retardantes de llama, desempeña un papel retardante de llama y antigoteo, lo que ayuda a los plásticos a alcanzar estándares de retardación de llama más altos.
En comparación con el polvo puro de PTFE convencional, el PTFE recubierto tiene una excelente dispersabilidad y facilidad de operación, no se aglomera a temperatura ambiente, no tiene arrugas en los productos moldeados por inyección, no tiene puntos cristalinos en los productos en blanco y negro y la mejora del brillo de la superficie del producto es especialmente obvia. Debido a su buena compatibilidad, la resistencia al impacto se ve menos afectada en formulaciones de alto impacto.
El agente antigoteo es adecuado para PC, ABS, PC/ABS, HIPS, PBT, plásticos retardantes de llama PA que necesitan alcanzar el grado retardante de llama V-0 o V-1.
En el campo de la retardación de llama de plásticos de ingeniería, YINSU Flame Retardant se ha dedicado al desarrollo de soluciones retardantes de llama avanzadas, ofreciendo una amplia gama de retardantes de llama diseñados para diferentes tipos de plásticos. Con un fuerte enfoque en la investigación y el desarrollo, la empresa ha logrado importantes avances en la creación de retardantes de llama eficientes y respetuosos con el medio ambiente que satisfacen las crecientes demandas de diversas industrias. YINSU Flame Retardant continúa superando los límites de la tecnología, desarrolló retardantes de llama especiales para diferentes plásticos de ingeniería, como PET-55D e YS-F22B , no solo mejoran la seguridad de los plásticos de ingeniería sino que también contribuyen a un futuro más sostenible.
