Una muestra proporcionada por un cliente pasa la prueba, pero cuando se vuelve a probar en su propia fábrica, falla. Después de una investigación exhaustiva (descubriendo que el retardante de llama , el relleno y los parámetros del proceso no han cambiado), finalmente descubre que la única diferencia es que la muestra de referencia estaba hecha de PVC rígido, mientras que su producción utiliza PVC plastificado. Esta no es una cuestión de formulación; es cuestión de entender.
De hecho, el PVC puro posee un retardo de llama inherente, siendo el índice límite de oxígeno (LOI) de la resina de PVC procesada en suspensión aproximadamente del 45%. Sin embargo, los ingenieros de compuestos de cables nunca utilizan PVC puro; en su lugar, utilizan PVC flexible que contiene de 30 a 50 partes de plastificante. En este sistema, el LOI cae al 22-24 %, lo que es comparable al del PE sin retardantes de llama añadidos. Que contenga cloro no equivale a ser retardante de llama.
¿Cómo 'neutralizan' los plastificantes los retardantes de llama?
DOP, DOTP y trimelitato, comúnmente utilizados en compuestos de cables de PVC flexibles, son ésteres orgánicos líquidos inflamables. Durante la combustión hacen tres cosas:
En primer lugar, en realidad 'empeoran las cosas'. Los plastificantes son compuestos orgánicos con un valor calorífico relativamente alto. Agregar 40 partes de ellos a la formulación equivale a verter 40 partes adicionales de combustible en el 'tanque de combustible'.
En segundo lugar, diluyen el efecto retardante de llama del cloro. El retardo de llama del PVC se basa en la liberación de HCl durante la combustión, que forma una capa gaseosa Los plastificantes se volatilizan ampliamente a altas temperaturas, diluyendo la concentración de HCl y reduciendo significativamente su capacidad para bloquear el oxígeno. retardante de llama .
En tercer lugar, destruye la capa de carbón. La estructura de polieno conjugado formada por PVC puro después de que se libera HCl puede entrecruzarse para formar una capa de carbón. Los productos de descomposición de los plastificantes crean 'agujeros' en esta capa de carbón, lo que permite que el calor y el oxígeno penetren a través de ellos, lo que hace que el sustrato interno continúe pirolizándose.
Como resultado de estos tres factores, las ventajas originales del retardante de llama quedan completamente anuladas.
¿Cuáles son las limitaciones de las soluciones tradicionales?
Los ingenieros suelen tener tres opciones para cerrar esta brecha:
Primero, la sinergia antimonio-halógeno. Es muy eficiente y ofrece excelentes resultados. Sin embargo, el Sb₂O₃ ha sido marcado como una sustancia prioritaria según el reglamento REACH de la UE. Si su producto está destinado a la exportación a Europa, esta ruta eventualmente quedará bloqueada.
En segundo lugar, hidróxido de aluminio. es No contiene halógenos , ecológico y de bajo costo. Sin embargo, para cumplir con los requisitos de UL-94 V-0, normalmente es necesario agregarlo en una concentración de 40 a 60 partes. Una concentración tan alta ejerce presión sobre el par del extrusor y provoca el desgaste del tornillo; también reduce la flexibilidad del compuesto del cable y su retención de propiedades físicas a altas temperaturas es inferior a otras soluciones.
En tercer lugar, los plastificantes de éster de fosfato. Poseen retardo de llama inherente pero exhiben una alta migración. Después de unos meses de uso, la migración de la superficie provoca adherencias, fallas y quejas de los clientes.
Las tres opciones son viables, pero cada una tiene sus inconvenientes. ¿Cómo elegir? Depende de qué riesgo le parezca más inaceptable: riesgo de cumplimiento, pérdida de propiedades físicas o confiabilidad a largo plazo.
La lógica central de la solución de fósforo rojo
El fósforo rojo se basa en un retardante de llama de fase condensada: a altas temperaturas, genera ácido fosfórico y ácido polifosfórico, que catalizan la deshidratación del PVC en carbono, formando una densa capa reticulada de fósforo y carbono que bloquea el calor y el oxígeno.
Hemos realizado extensas pruebas de validación. En una formulación que consta de 100 partes de PVC, 45 partes de DOTP y 6 partes de estabilizador de Ca/Zn, agregar 10 partes de masterbatch de fósforo rojo recubierto aumenta el LOI del 23 % al 31 %, y una muestra de prueba de 1,6 mm pasa la prueba UL-94 V-0. Los valores específicos dependen del sistema de formulación y de las condiciones de procesamiento; Recomendamos la validación experimental.
La ventaja del fósforo rojo es que requiere la adición de sólo unas 10 partes, lo que tiene como resultado un impacto mínimo en las propiedades clave de los compuestos de cables:
Se mantiene la flexibilidad: la pérdida de alargamiento en la rotura se mantiene dentro de un rango razonable
Se mantienen las propiedades eléctricas: la resistividad del volumen se puede mantener en un nivel alto, lo que lo hace adecuado para cables de media y alta tensión.
Se mantiene el acabado de la superficie: la superficie extruida prácticamente no muestra diferencias con respecto a las formulaciones sin retardantes de llama.
En otras palabras, el fósforo rojo es la única opción que permite una 'retardación de llama suplementaria' sin comprometer el rendimiento central del compuesto del cable.
Tres consejos prácticos para su primera prueba de muestra
1. Límites de temperatura
Revestir la superficie con fósforo rojo a temperaturas superiores a 180 °C puede provocar daños térmicos. Controle la temperatura de descarga del mezclador interno entre 165 y 175 °C y asegúrese de que la temperatura del rodillo del molino abierto no supere los 170 °C.
2. La dispersión previa es fundamental
La densidad real del fósforo rojo (aproximadamente 2,3 g/cm³) difiere significativamente de la de la resina de PVC. Primero, use plastificante DOTP para humedecer y predispersar el fósforo rojo en una suspensión. La proporción recomendada es fósforo rojo:DOTP = 1:1,2. Déjelo reposar durante 2 horas para asegurarse de que no se sedimente antes de cargarlo en el mezclador interno.
3. Secuencia de prueba
Primero, pruebe las pruebas de combustión vertical LOI y UL-94 para determinar la eficiencia del retardo de llama; luego pruebe la tasa de retención de LOI después de 100°C × 168 h de envejecimiento térmico; finalmente, pruebe la resistividad del volumen y el alargamiento de rotura. No pruebe primero las propiedades físicas: si las propiedades físicas pasan pero el retardo de llama falla, todos sus esfuerzos serán en vano.
Conclusión
El retardo de llama en el PVC flexible no es simplemente una cuestión de si hay cloro presente o no, sino de cuánto del beneficio retardante de llama proporcionado por el cloro es compensado por los plastificantes. Sólo utilizando el retardante de llama adecuado se puede restablecer este equilibrio.
Si el contenido de plastificante en la formulación ya excede las 30 partes, en lugar de angustiarse por elegir entre Sb₂O₃ y ATH, es mejor probar primero la LOI de referencia. Si ya está por debajo del 25%, el fósforo rojo puede ser la única forma de hacer que los números funcionen.
Yinsu Flame Retardant ofrece una serie de productos masterbatch recubiertos de fósforo rojo diseñados específicamente para compuestos de cables de PVC flexibles, que presentan bajos niveles de carga, excelente dispersión y un impacto mínimo en las propiedades físicas. Le invitamos a solicitar muestras para verificación y emitir su juicio basándose en datos de prueba reales.
