Urethane chống cháy: Phụ gia, Cơ chế và Hướng dẫn lựa chọn thực tế

Nếu bạn làm việc với polyurethane, cho dù là đệm mềm, tấm cách nhiệt cứng, lớp phủ dệt hay lớp vỏ TPU xung quanh cáp, bạn đều biết vật liệu này dễ bị tổn thương ở đâu. Urethane được chế tạo từ carbon và hydro, khi được cung cấp đủ nhiệt và oxy, nó sẽ cháy. Câu hỏi hiếm khi đặt ra là liệu urethane có thể được làm chất chống cháy hay không. Đó là hệ thống chống cháy nào phù hợp với hóa học, cửa sổ quy trình và tiêu chuẩn mà phần hoàn thiện phải đạt được.

"Urethane chống cháy" thực sự có nghĩa là gì

Polyurethane là một gia đình, không phải là một vật liệu duy nhất. Tấm xốp dẻo, tấm cách nhiệt cứng, TPU Shore 85A và lớp phủ hai thành phần đều chứa các liên kết urethane, nhưng các phân đoạn mềm, cấu trúc tế bào và lịch sử nhiệt của chúng hoàn toàn khác nhau. Đó là bài học thực tế đầu tiên: không có chất phụ gia nào có thể tạo ra mọi chất chống cháy urethane.

Việc tách biệt hai cụm từ cũng giúp ích vì các tài liệu mua hàng thường trộn lẫn chúng với nhau:

• Chất chống cháy: vật liệu được chế tạo để chống cháy và ngừng cháy sau khi loại bỏ nguồn đánh lửa. Nó vẫn sẽ cháy, tan chảy và phân hủy.
• Chống cháy: vật liệu hoặc cụm lắp ráp được thiết kế để giữ cấu trúc của nó và hạn chế truyền nhiệt trong một khoảng thời gian xác định, đây là thuộc tính cấp hệ thống chứ không phải là thuộc tính phụ gia.

Trong thực tế, khả năng chống cháy của urethane được đánh giá bằng một số thước đo trong phòng thí nghiệm: chỉ số oxy giới hạn (LOI), xếp hạng đốt cháy theo chiều dọc UL 94 và dữ liệu nhiệt lượng kế hình nón như tốc độ giải phóng nhiệt tối đa và tổng lượng khói thải ra. Biết được khách hàng của bạn thực sự thử nghiệm loại nào trong số này có giá trị hơn một danh sách dài các chất phụ gia có thể có.

Ba con đường dẫn đến Urethane chống cháy

Hầu hết mọi giải pháp thương mại đều hoạt động thông qua một trong ba cơ chế và nhiều công thức kết hợp cả hai cơ chế đó.

1. Hóa học pha khí: halogen cộng với chất hiệp lực

Các hợp chất brom hóa hoặc clo hóa làm gián đoạn phản ứng dây chuyền gốc tự do bên trong ngọn lửa, đó là lý do tại sao chúng hoạt động hiệu quả ở mức tải thấp. Đối tác cổ điển của họ là antimon trioxide, chất tạo thành halogenua antimon dễ bay hơi và nhân lên hiệu ứng. Điều đáng chú ý là chi phí, sự biến động của nguồn cung và sự chuyển dịch dần dần của thị trường khỏi các hệ thống halogen hóa trong các sản phẩm hướng tới người tiêu dùng. Đó là lý do tại sao các sản phẩm thay thế antimon trioxide đã trở thành một lựa chọn thiết thực: một chất hiệp đồng tổng hợp rơi vào cùng một vị trí trong công thức, hoạt động tương tự trong ngọn lửa và cho phép bạn giữ nguyên phần còn lại của công thức.

ZF-V70 Thay thế Antimon Trioxide cho chất chống cháy PVC Chất tổng hợp chống cháy tổng hợp cho hệ thống PVC, được thiết kế để thay thế trioxit antimon trong khi vẫn duy trì khả năng chống cháy, xử lý và các đặc tính vật lý. Xem sản phẩm →

2. Khoáng chất pha đặc: nhôm hydroxit và magie hydroxit

Nhôm hydroxit (ATH) và magie hydroxit (MDH) hoạt động về mặt vật lý chứ không phải về mặt hóa học. Chúng phân hủy nhiệt, giải phóng hơi nước, làm mát bề mặt polymer và làm loãng các khí dễ cháy phía trên nó. Sự đánh đổi là tải trọng: để đẩy urethane đã đổ đầy vào phạm vi tự dập tắt, bạn có thể cần 40 đến 65% trọng lượng, đó là lý do tại sao kích thước hạt, xử lý bề mặt và chất lượng phân tán cũng quan trọng như tên loại trên túi. Các lớp siêu mịn, có độ tinh khiết cao cho phép bạn đạt được hiệu suất chữa cháy tương tự với ít hư hỏng cơ học hơn và chúng tạo thành xương sống của hầu hết các hệ thống urethane không chứa halogen. Nếu bạn đang cân nhắc chất độn khoáng so với các lựa chọn khác, tổng quan của chúng tôi về chất chống cháy đơn chất tùy chỉnh là điểm khởi đầu hữu ích.

ZF-21 Chất chống cháy Magiê Hydroxide tổng hợp có độ tinh khiết cao siêu mịn Magiê hydroxit tổng hợp siêu mịn dành cho polyme không chứa halogen, có độ tinh khiết cao và nhiều cấp độ xử lý bề mặt dành cho hệ thống cáp và chất đàn hồi. Xem sản phẩm →

3. Phốt pho, chất tạo than và gói phồng

Các chất phụ gia gốc phốt pho hoạt động chủ yếu ở pha ngưng tụ. Chúng thúc đẩy sự hình thành than và liên kết ngang trên bề mặt, tạo ra lớp cách điện làm chậm quá trình nhiệt phân. Chúng đặc biệt hiệu quả trong các loại bọt cứng, lớp phủ và các phần mỏng, trong đó chất độn khoáng ở mức 50% sẽ phá hủy các đặc tính vật lý. Chất lượng than có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách bổ sung một lượng nhỏ chất tạo than dạng silicat như montmorillonite, sepiolite hoặc attapulgite, giúp củng cố khung than và giảm nhỏ giọt. Trong chất phủ và chất bịt kín, gói phồng rộp kết hợp nguồn axit, nguồn cacbon và chất tạo bọt thường là phương pháp tiết kiệm nhất.

Kết hợp chất phụ gia với dạng Urethane

Ma trận quyết định chất phụ gia nhiều hơn so với cách khác. Bảng dưới đây tóm tắt cách bảo vệ các dạng urethane chính và chi phí cho mỗi cách sử dụng.

Hai tờ tiền nằm phía sau cái bàn đó. Đầu tiên, tải là phạm vi làm việc chứ không phải thông số kỹ thuật; xếp hạng mục tiêu và độ dày phần của bạn quyết định con số thực. Thứ hai, cửa sổ nhiệt độ không thể thương lượng được. ATH bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ gần 200 độ C, trong khi MDH ổn định ở nhiệt độ khoảng 300 độ C, điều này ảnh hưởng mạnh mẽ đến việc bạn có thể sử dụng khoáng chất nào trong TPU được xử lý nóng hoặc ở dạng bọt tỏa nhiệt trong quá trình đóng rắn.

Liều lượng, thử nghiệm và giá cơ học

Mỗi chất chống cháy đều là một sự thỏa hiệp và cách trung thực để quản lý nó là quyết định sớm xem bạn sẵn sàng giao dịch tài sản nào. Chất độn khoáng có độ bền kéo và độ giãn dài. Hệ thống halogen tiêu tốn hiệu suất khói và được chấp nhận ở một số thị trường. Hệ thống phốt pho có thể làm dẻo nền, làm mềm phần hoàn thiện.

Mục tiêu thực tế giúp ích. LOI trên 26 thường biểu thị khả năng tự dập tắt trong không khí. Xếp hạng UL 94 V-0 ở mức 1,5 mm yêu cầu cả công thức phù hợp và chất độn phân tán tốt. Dữ liệu nhiệt lượng kế hình nón cho thấy vật liệu hoạt động như thế nào trong ngọn lửa thực chứ không phải trong ngọn lửa nhỏ. Nếu bạn chỉ có thể chạy một thử nghiệm trước khi bắt đầu dùng thử, hãy chạy thử nghiệm mà khách hàng của bạn chạy.

Khói xứng đáng có dòng riêng của nó. Trong đường hầm, toa tàu và các tòa nhà, mật độ khói và độc tính thường quan trọng hơn mức độ cháy và chất độn khoáng có lợi thế tự nhiên ở đó vì chúng làm loãng lượng nhiên liệu thay vì bay hơi vào vùng ngọn lửa.

Xử lý các ghi chú giúp tiết kiệm thời gian cải cách

Một công thức đạt tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm và thất bại trên dây chuyền thường là vấn đề về xử lý chứ không phải vấn đề về hóa học. Một vài thói quen được đền đáp:

• Làm khô chất độn khoáng trước khi sử dụng. Độ ẩm bề mặt trên ATH hoặc MDH gây ra các lỗ rỗng trên bọt và các vệt bạc trong TPU ép đùn.
• Thức ăn bổ sung ở hạ lưu nếu có thể. Tải trọng cao ở họng có thể làm trục vít bị đói.
• Theo dõi độ nhớt trong hệ thống chất lỏng. Tải lượng khoáng chất 50 phần trăm có thể biến hỗn hợp polyol có thể đổ được thành bột nhão, làm thay đổi hoạt động đo lường và trộn.
• Xem xét xử lý bề mặt. Lớp phủ silane hoặc stearate làm giảm sự kết tụ và cải thiện liên kết giữa chất độn và polymer.
• Kiểm tra tỏa nhiệt. Trong bọt, lượng chất độn làm thay đổi đặc tính phản ứng và thời gian đánh kem chậm hơn có thể phá hủy cấu trúc tế bào trước khi chất chống cháy phát huy tác dụng.

Chất đàn hồi, lớp phủ và vỏ bọc cáp Urethane

Polyurethane nhiệt dẻo là một trong những ma trận thân thiện hơn cho khả năng chống cháy không chứa halogen, vì nó xử lý ở nhiệt độ mà ATH ổn định và chấp nhận tải chất độn cao mà không mất quá nhiều tính linh hoạt. Đó là lý do tại sao các bộ phận của bộ dây cáp TPU cũng như các bộ phận dây và cáp tương tự nằm trong số những ứng dụng urethane không chứa halogen phổ biến nhất. Trong những bộ phận này, ATH siêu mịn với sự phân bổ kích thước hạt chặt chẽ thường là đặc điểm chính, đôi khi được kết hợp với chất phụ gia phốt pho để đạt được mức yêu cầu ở tổng tải thấp hơn.

ZF-102 Nhôm Hydroxit chống cháy cấp điện siêu mịn Nhôm hydroxit siêu mịn dùng để cách điện dây và cáp không chứa halogen, lớp phủ epoxy và các hệ thống yêu cầu hiệu suất điện và tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp. Xem sản phẩm →

Lớp phủ, mực và chất kết dính nhạy áp lực nằm ở đầu kia của thang đo. Chúng cần tải trọng thấp, độ trong tốt và không bị cản trở trong quá trình xử lý hoặc bám dính, vì vậy các hợp chất phốt pho lỏng và bột composite mịn thường đánh bại các chất độn khoáng. Các sản phẩm chất đàn hồi và màng dính tuân theo cùng một logic: chất chống cháy phải gần như vô hình trong phần hoàn thiện.

Nơi một nhà cung cấp chuyên nghiệp kiếm được tiền

Lựa chọn chất chống cháy là một trong những vấn đề trong đó một phần kinh nghiệm nhỏ giúp tiết kiệm hàng tuần làm việc thử nghiệm. Nhóm của chúng tôi tại Jiangsu Zhuofeng đã cung cấp các chất phụ gia chống cháy từ năm 2020, với các dây chuyền sản xuất được xây dựng dựa trên các loại khoáng chất siêu mịn, có độ tinh khiết cao và một phòng thí nghiệm thử nghiệm ứng dụng cho vật liệu polymer chống cháy. Trong thực tế, điều đó có nghĩa là chúng tôi thường có thể cho bạn biết trước khi bạn đặt mua trống liệu tuyến khoáng sản có đáp ứng xếp hạng của bạn hay không, tải trọng cần thiết là bao nhiêu và nó sẽ ảnh hưởng như thế nào đến dữ liệu độ bền kéo của bạn. Chúng tôi cũng sản xuất các dạng composite và masterbatch, đây thường là cách đơn giản nhất để nạp lượng chất độn lớn mà không thay đổi cách thiết lập cấp liệu hiện tại của bạn.

Phiên bản ngắn

• Urethane dễ cháy nhưng phản ứng tốt với các chất phụ gia được lựa chọn tốt.
• Hệ thống halogen hoạt động hiệu quả nhưng cần có bộ điều phối; hệ thống khoáng chất không chứa halogen nhưng cần tải trọng cao và phân tán tốt.
• Dạng urethane quyết định lộ trình: bọt, tấm cứng, lớp phủ, chất đàn hồi và vỏ cáp đều hoạt động khác nhau.
• Kiểm tra nhiệt độ xử lý trước khi lựa chọn giữa ATH và MDH.
• Kiểm tra những gì khách hàng của bạn kiểm tra và lập ngân sách cho sự cân bằng cơ học ngay từ đầu.