Анализ и оптимизация на огнеупорна формула за PVC покрития

Анализ и оптимизация на огнеупорна формула за PVC покрития

Клиентът произвежда PVC палатки и трябва да нанесе огнеупорно покритие. Настоящата формула се състои от 60 части PVC смола, 40 части TOTM, 30 части алуминиев хипофосфит (с 40% съдържание на фосфор), 10 части MCA, 8 части цинков борат, заедно с дисперсанти. Въпреки това, огнеупорните свойства са слаби, а дисперсията на забавителите на горенето също е недостатъчна. По-долу е даден анализ на причините и предложение за корекция на формулата.

I. Основни причини за лоша огнеустойчивост

1. Небалансирана система за забавяне на горенето със слаби синергични ефекти

• Прекомерно количество алуминиев хипофосфит (30 части):
  Въпреки че алуминиевият хипофосфит е ефикасен забавител на горенето на фосфорна основа (40% съдържание на фосфор), прекомерното добавяне (>25 части) може да доведе до:
• Рязко увеличение на вискозитета на системата, което затруднява дисперсията и образува агломерирани горещи точки, които ускоряват горенето („фитилен ефект“).
• Намалена здравина на материала и влошени филмообразуващи свойства поради прекомерно количество неорганичен пълнител.
• Високо съдържание на MCA (10 части):
  MCA (на азотна основа) обикновено се използва като синергист. Когато дозата надвишава 5 части, тя има тенденция да мигрира към повърхността, намалявайки ефективността на забавителя на горенето и потенциално да взаимодейства с други забавители на горенето.
• Липса на ключови синергисти:
  Въпреки че цинковият борат има потискащ дима ефект, липсата на съединения на основата на антимон (напр. антимонов триоксид) или метални оксиди (напр. алуминиев хидроксид) предотвратява образуването на синергична система „фосфор-азот-антимон“, което води до недостатъчно забавяне на горенето в газова фаза.

2. Несъответствие между избора на пластификатор и целите за забавяне на горенето

• TOTM (триоктил тримелитат) има ограничена огнеупорност:
  TOTM се отличава с превъзходна топлоустойчивост, но е далеч по-малко ефективен по отношение на забавяне на горенето в сравнение с фосфатните естери (напр. TOTP). За приложения с висока огнеустойчивост, като покрития за палатки, TOTM не може да осигури достатъчни възможности за овъгляване и кислородна бариера.
• Недостатъчно общо количество пластификатор (само 40 части):
  PVC смолата обикновено изисква 60–75 части пластификатор за пълна пластификация. Ниското съдържание на пластификатор води до висок вискозитет на стопилката, което допълнително изостря проблемите с дисперсията на забавителя на горенето.

3. Неефективна дисперсионна система, водеща до неравномерно разпределение на забавителя на горенето

• Настоящият диспергатор може да е от универсален тип (напр. стеаринова киселина или PE восък), който е неефективен за високонатоварени неорганични забавители на горенето (алуминиев хипофосфит + цинков борат общо 48 части), причинявайки:
• Агломерация на частици от забавител на горенето, създаваща локализирани слаби места в покритието.
• Лошо течение на стопилката по време на обработка, генериращо топлина на срязване, която предизвиква преждевременно разлагане.

4. Лоша съвместимост между забавителите на горенето и PVC

• Неорганични материали като алуминиев хипофосфит и цинков борат имат значителни разлики в полярността с PVC. Без модификация на повърхността (напр. силанови свързващи агенти) се получава фазово разделяне, което намалява ефективността на забавянето на горенето.

II. Подход към основния дизайн

1. Заменете основния пластификатор с TOTP

• Възползвайте се от отличната му присъща огнеупорност (съдържание на фосфор ≈9%) и пластифициращия му ефект.

2. Оптимизиране на съотношенията и синергията на забавителите на горенето

• Запазете алуминиевия хипофосфит като основен източник на фосфор, но значително намалете дозата му, за да подобрите дисперсията и да сведете до минимум „ефекта на фитила“.
• Запазете цинковия борат като ключов синергист (насърчаващ овъгляването и потискането на дима).
• Запазете MCA като азотен синергист, но намалете дозата му, за да предотвратите миграцията.
• Въвежданеултрафин алуминиев хидроксид (ATH)като многофункционален компонент:
• Забавяне на горенето:Ендотермично разлагане (дехидратация), охлаждане и разреждане на запалими газове.
• Потискане на дим:Значително намалява образуването на дим.
• Пълнител:Намалява разходите (в сравнение с други забавители на горенето).
• Подобрена дисперсия и течливост (ултрафин клас):По-лесен за диспергиране от конвенционалния ATH, което минимизира повишаването на вискозитета.

3. Надеждни решения за проблеми с дисперсията

• Значително увеличаване на съдържанието на пластификатор:Осигурете пълна PVC пластификация и намалете вискозитета на системата.
• Използвайте високоефективни супердисперсанти:Специално разработен за лесно агломериращи се неорганични прахове с високо натоварване (алуминиев хипофосфит, ATH).
• Оптимизиране на обработката (предварителното смесване е от решаващо значение):Осигурете цялостно намокряне и разпръскване на забавителите на горенето.

4. Осигурете основна стабилност на обработката

• Добавете достатъчно количество термостабилизатори и подходящи смазочни материали.

III. Ревизирана формула за огнеупорен PVC

IV. Бележки към формулата и ключови моменти

1. TOTP е основната фондация

• 65–75 частигарантира:
• Пълна пластификация: PVC изисква достатъчно пластификатор за образуване на мек, непрекъснат филм.
• Намаляване на вискозитета: От решаващо значение за подобряване на дисперсията на високонатоварени неорганични забавители на горенето.
• Вътрешна огнеупорност: Самият TOTP е високоефективен пластификатор, забавящ горенето.

2. Синергия със забавянето на горенето

• Синергия PNB-Al:Алуминиев хипофосфит (P) + MCA (N) осигуряват синергия с базов PN. Цинковият борат (B, Zn) подобрява овъгляването и потискането на дима. Ултрафинният ATH (Al) предлага масивно ендотермично охлаждане и потискане на дима. TOTP също допринася с фосфор. Това създава многоелементна синергична система.
• Ролята на ATH:25–35 части ултрафин ATH е основен фактор за забавяне на горенето и потискане на дима. Ендотермичното му разлагане абсорбира топлина, докато отделената водна пара разрежда кислорода и запалимите газове.Ултрафин и повърхностно обработен ATH е от решаващо значениеза минимизиране на влиянието на вискозитета и подобряване на съвместимостта с PVC.
• Редуциран алуминиев хипофосфит:Намалено от 30 на 15–20 части, за да се облекчи натоварването на системата, като същевременно се запази приносът на фосфор.
• Намалена MCA:Намалено от 10 на 4–6 части, за да се предотврати миграция.

3. Дисперсионен разтвор – от решаващо значение за успеха

• Супердисперсант (3–4 части):От съществено значение за работа с високо натоварена (50–70 части общо неорганични пълнители!), трудно диспергируема система (алуминиев хипофосфит + ултрафин ATH + цинков борат).Обикновените дисперсанти (напр. калциев стеарат, PE восък) са недостатъчни!Инвестирайте във високоефективни супердисперсанти и използвайте адекватни количества.
• Съдържание на пластификатор (65–75 части):Както е описано по-горе, намалява общия вискозитет, създавайки по-добра среда за дисперсия.
• Смазочни материали (1–2 части):Комбинация от вътрешни/външни смазки осигурява добър поток по време на смесване и покриване, предотвратявайки залепването.

4. Обработка – стриктен протокол за предварително смесване

• Стъпка 1 (Сухо смесване на неорганични прахове):
• Добавете алуминиев хипофосфит, ултрафин ATH, цинков борат, MCA и всички супердисперсанти към високоскоростен миксер.
• Разбърквайте при 80–90°C в продължение на 8–10 минути. Цел: Осигурете пълно покриване на всяка частица със супердисперсант, разрушавайки агломератите.Времето и температурата са от решаващо значение!
• Стъпка 2 (Образуване на суспензия):
• Добавете по-голямата част от TOTP (например 70–80%), всички термостабилизатори и вътрешни смазочни материали към сместа от стъпка 1.
• Разбърквайте при 90–100°C в продължение на 5–7 минути, за да се образува еднородна, течлива огнеупорна суспензия. Уверете се, че праховете са напълно намокрени от пластификатори.
• Стъпка 3 (Добавяне на PVC и останалите компоненти):
• Добавете PVC смола, останалия TOTP, външни лубриканти (и антиоксиданти/UV стабилизатори, ако са добавени на този етап).
• Разбърквайте при 100–110°C в продължение на 7–10 минути, докато достигнете „сухата точка“ (течливост, без бучки).Избягвайте прекомерното смесване, за да предотвратите разграждането на PVC.
• Охлаждане:Изсипете и охладете сместа до <50°C, за да предотвратите образуването на бучки.

5. Последваща обработка

• Използвайте охладената суха смес за каландриране или покриване.
• Контролирайте стриктно температурата на обработка (препоръчителна температура на топене ≤170–175°C), за да избегнете повреда на стабилизатора или преждевременно разлагане на забавители на горенето (напр. ATH).

V. Очаквани резултати и предпазни мерки

• Забавяне на горенето:В сравнение с оригиналната формула (TOTM + високоалуминиев хипофосфит/MCA), тази ревизирана формула (TOTP + оптимизирани съотношения P/N/B/Al) би трябвало значително да подобри огнеупорността, особено при вертикално горене и потискане на дима. Целеви стандарти като CPAI-84 за палатки. Ключови тестове: ASTM D6413 (вертикално горене).
• Дисперсия:Супердисперсант + висок пластификатор + оптимизирано предварително смесване би трябвало значително да подобри дисперсията, да намали агломерацията и да подобри еднородността на покритието.
• Обработваемост:Адекватните TOTP и смазочни материали трябва да осигурят гладка обработка, но следете вискозитета и залепването по време на реалното производство.
• Цена:TOTP и супердисперсантите са скъпи, но редуцираният алуминиев хипофосфит и MCA компенсират някои разходи. ATH е относително евтин.

Критични напомняния:

• Първо малки опити!Тествайте в лабораторията и коригирайте въз основа на действителните материали (особено ATH и супердиспергиращи характеристики) и оборудване.
• Избор на материал:
• АТХ:Трябва да се използват ултрафини (D50 ≤2µm), повърхностно обработени (напр. силан) видове. Консултирайте се с доставчици за препоръки за PVC съвместимост.
• Супердисперсанти:Трябва да се използват високоефективни видове. Информирайте доставчиците за приложението (PVC, висококачествени неорганични пълнители, огнеупорни материали без халогени).
• ТОТП:Осигурете високо качество.
• Тестване:Провеждайте строги тестове за забавяне на горенето съгласно целевите стандарти. Също така оценявайте устойчивостта на стареене/водоустойчивост (от решаващо значение за палатките на открито!). UV стабилизаторите и антиоксидантите са от съществено значение.

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