Formulazione ignifuga di riferimento per SK Polyester ES500 (classificazione UL94 V0).

Formulazione ignifuga di riferimento per SK Polyester ES500 (classificazione UL94 V0).

I. Approccio alla progettazione della formulazione

1. Compatibilità del substrato
   • SK Polyester ES500: poliestere termoplastico con una temperatura di lavorazione tipica di 220–260 °C. Il ritardante di fiamma deve resistere a questo intervallo di temperatura.
   • Requisiti chiave: bilanciare la resistenza alla fiamma (V0), le proprietà meccaniche (resistenza alla trazione/all'impatto) e la fluidità di lavorazione.
2. Sistema ritardante di fiamma sinergico
   • Idrossido di alluminio ultrafine (ATH): ritardante di fiamma primario, disidratazione endotermica. Il carico deve bilanciare la ritardanza di fiamma e le proprietà meccaniche.
   • Ipofosfito di alluminio: sinergizzante che forma carbone, agisce con l'ATH per creare un effetto sinergico fosforo-alluminio, migliorando la qualità del carbone.
   • Borato di zinco: esalta la carbonizzazione, sopprime il fumo e forma una barriera densa con l'ATH.
   • MCA (cianurato di melammina): ritardante di fiamma in fase gassosa, diluisce l'ossigeno e inibisce il gocciolamento della fusione.

II. Formulazione consigliata (percentuale in peso)

III. Controlli chiave del processo

1. Ottimizzazione della dispersione
   • Pretrattamento: immergere l'ATH e l'ipofosfito di alluminio in una soluzione di etanolo KH-550 all'1% per 2 ore, quindi essiccare a 80°C.
   • Sequenza di mixaggio:
     1. Resina base + disperdente + agente di accoppiamento → Miscelazione a bassa velocità (500 giri/min, 5 min).
     2. Aggiungere ATH modificato/ipofosfito di alluminio → Taglio ad alta velocità (2500 giri/min, 20 min).
     3. Aggiungere borato di zinco/MCA/PTFE → Miscelazione a bassa velocità (800 giri/min, 10 min).
   • Attrezzatura: Estrusore bivite (zone di temperatura: zona di alimentazione 200°C, zona di fusione 230°C, filiera 220°C).
2. Controllo della temperatura di lavorazione
   • Assicurarsi che la temperatura di fusione sia < 250°C per evitare la decomposizione dell'MCA (l'MCA si decompone a 250–300°C).
   • Pellet raffreddati ad acqua dopo l'estrusione per impedire la migrazione del ritardante di fiamma.

IV. Meccanismo sinergico ritardante di fiamma

1. ATH + ipofosfito di alluminio
   • L'ATH assorbe calore e rilascia vapore acqueo, diluendo i gas infiammabili.
   • L'ipofosfito di alluminio catalizza la formazione di carbone denso (AlPO₄), bloccando il trasferimento di calore.
2. Borato di zinco + MCA
   • Il borato di zinco forma una barriera vetrosa sulle crepe carbonizzate.
   • L'MCA si decompone rilasciando NH₃, diluendo l'ossigeno e inibendo le reazioni dei radicali liberi.
3. PTFE antigoccia
   • La micropolvere di PTFE forma una rete fibrosa, riducendo il rischio di ignizione dovuto a fusione o gocciolamento.

V. Ottimizzazione delle prestazioni e risoluzione dei problemi

VI. Metriche di convalida

1. Prova UL94 V0:
   • Campioni da 1,6 mm e 3,2 mm, tempo di combustione totale < 50 sec dopo due accensioni, nessuna accensione a gocciolamento.
2. LOI: Obiettivo ≥30% (effettivo ≥28%).
3. Proprietà meccaniche:
   • Resistenza alla trazione > 40 MPa, resistenza all'urto > 5 kJ/m² (norma ASTM).
4. Stabilità termica (TGA):
   • Residuo di carbone a 800°C > 20%, temperatura di decomposizione iniziale > 300°C.

VII. Esempio di formulazione di riferimento

Questa formulazione e progettazione del processo raggiungono efficacemente la resistenza al fuoco UL94 V0 per il poliestere SK ES500, bilanciando al contempo la lavorabilità e le proprietà meccaniche. Si raccomandano prove su piccola scala per verificare la dispersione prima di perfezionare i rapporti (ad esempio, bilanciando l'ipofosfito di alluminio e l'MCA). Per un ulteriore miglioramento della resistenza al fuoco, si consiglia di aggiungere nanosfoglie di nitruro di boro (BNNS) al 2% come riempitivo a doppia funzione, termoconduttivo/ritardante di fiamma.

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