một số công thức tham khảo cao su silicon dựa trên chất chống cháy không chứa halogen

Dưới đây là năm thiết kế công thức cao su silicon dựa trên chất chống cháy không chứa halogen, kết hợp các chất chống cháy do khách hàng cung cấp (nhôm hypophosphite, kẽm borat, MCA, nhôm hydroxit và amoni polyphosphate). Các thiết kế này nhằm đảm bảo khả năng chống cháy đồng thời giảm thiểu lượng phụ gia để giảm tác động đến các đặc tính cơ học của cao su silicon.

1. Hệ thống chống cháy hiệp đồng phốt pho-nitơ (Loại tạo than hiệu suất cao)

Mục tiêu: UL94 V-0, ít khói, thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ trung bình đến cao

Cao su cơ bản: Cao su silicon vinyl metyl (VMQ, 100 phr)

Chất chống cháy:

• Nhôm hypophosphite (AHP, gốc phốt pho): 15 phr
• Cung cấp nguồn phốt pho hiệu quả, thúc đẩy quá trình hình thành than và ngăn chặn quá trình đốt cháy ở pha khí.
• Melamine xyanurate (MCA, gốc nitơ): 10 phr
• Có tác dụng hiệp đồng với phốt pho, giải phóng khí trơ và làm loãng oxy.
• Kẽm borat (ZnB): 5 phr
• Thúc đẩy quá trình hình thành than, ngăn khói và tăng cường độ ổn định của lớp than.
• Nhôm hydroxit (ATH, phương pháp hóa học, 1,6–2,3 μm): 20 phr
• Phân hủy thu nhiệt, chống cháy phụ trợ và cải thiện khả năng phân tán.

Phụ gia:

• Dầu silicone hydroxyl (2 phr, cải thiện khả năng xử lý)
• Silica khói (10 phr, gia cường)
• Chất đóng rắn (Diperoxide, 0,8 phr)

Đặc trưng:

• Tổng tải chất chống cháy ~50 phr, cân bằng khả năng chống cháy và tính chất cơ học.
• Sự kết hợp giữa phốt pho và nitơ (AHP + MCA) làm giảm lượng chất chống cháy riêng lẻ cần thiết.

2. Hệ thống chống cháy trương nở (Loại tải trọng thấp)

Mục tiêu: UL94 V-1/V-0, phù hợp với các sản phẩm mỏng

Cao su cơ bản: VMQ (100 câu)

Chất chống cháy:

• Amoni polyphosphate (APP, gốc phốt pho-nitơ): 12 phr
• Lõi than trương nở, có khả năng tương thích tốt với cao su silicon.
• Nhôm hypophotphit (AHP): 8 phr
• Nguồn phốt pho bổ sung, làm giảm độ hút ẩm của APP.
• Kẽm borat (ZnB): 5 phr
• Xúc tác than hiệp đồng và ngăn chặn hiện tượng nhỏ giọt.
• Nhôm hydroxit (mài, 3–20 μm): 15 phr
• Chất chống cháy phụ trợ giá rẻ, giảm tải APP.

Phụ gia:

• Dầu silicon vinyl (3 phr, dẻo hóa)
• Silica kết tủa (15 phr, gia cố)
• Hệ thống đóng rắn bạch kim (0,1% Pt)

Đặc trưng:

• Tổng tải chất chống cháy ~40 phr, hiệu quả đối với các sản phẩm mỏng do cơ chế trương nở.
• APP yêu cầu xử lý bề mặt (ví dụ, chất kết hợp silane) để ngăn ngừa sự di chuyển.

3. Hệ thống tối ưu hóa nhôm hydroxit tải trọng cao (Loại tiết kiệm chi phí)

Mục tiêu: UL94 V-0, phù hợp với các sản phẩm hoặc cáp dày

Cao su cơ bản: VMQ (100 câu)

Chất chống cháy:

• Nhôm hydroxit (ATH, phương pháp hóa học, 1,6–2,3 μm): 50 phr
• Chất chống cháy chính, phân hủy thu nhiệt, kích thước hạt nhỏ để phân tán tốt hơn.
• Nhôm hypophotphit (AHP): 5 phr
• Tăng cường hiệu quả hình thành than, giảm tải ATH.
• Kẽm borat (ZnB): 3 phr
• Chống khói và chống phát sáng.

Phụ gia:

• Chất kết dính silane (KH-550, 1 phr, cải thiện giao diện ATH)
• Silica khói (8 phr, gia cường)
• Bảo dưỡng bằng peroxide (DCP, 1 phr)

Đặc trưng:

• Tổng tải chất chống cháy ~58 phr, nhưng ATH chiếm ưu thế về hiệu quả chi phí.
• Kích thước hạt ATH nhỏ giúp giảm thiểu tổn thất độ bền kéo.

4. Hệ thống Hypophosphite nhôm độc lập (AHP)

Ứng dụng: UL94 V-1/V-2, hoặc nơi nguồn nitơ không mong muốn (ví dụ, tránh tạo bọt MCA ảnh hưởng đến hình thức).

Công thức được đề xuất:

• Cao su cơ bản: VMQ (100 câu)
• Nhôm hypophotphit (AHP): 20–30 phr
• Hàm lượng phốt pho cao (40%); 20 phr cung cấp ~8% phốt pho để chống cháy cơ bản.
• Đối với UL94 V-0, tăng lên 30 phr (có thể làm giảm tính chất cơ học).
• Chất độn gia cố: Silica (10–15 phr, duy trì độ bền)
• Phụ gia: Dầu silicone hydroxyl (2 phr, khả năng gia công) + chất đóng rắn (hệ thống Diperoxide hoặc platinum).

Đặc trưng:

• Dựa vào khả năng chống cháy pha ngưng tụ (hình thành than), cải thiện đáng kể LOI nhưng khả năng ngăn khói hạn chế.
• Tải trọng cao (>25 phr) có thể làm cứng vật liệu; khuyến nghị thêm 3–5 phr ZnB để cải thiện chất lượng than.

5. Hỗn hợp nhôm Hypophosphite (AHP) + MCA

Ứng dụng: UL94 V-0, tải trọng thấp với sự kết hợp chống cháy pha khí.

Công thức được đề xuất:

• Cao su cơ bản: VMQ (100 câu)
• Nhôm hypophotphit (AHP): 12–15 phr
• Nguồn phốt pho để hình thành than.
• MCA: 8–10 phr
• Nguồn nitơ cho sự hiệp đồng PN, giải phóng khí trơ (ví dụ: NH₃) để ngăn chặn sự lan truyền ngọn lửa.
• Chất độn gia cố: Silica (10 phr)
• Phụ gia: Chất liên kết silan (1 phr, chất trợ phân tán) + chất đóng rắn.

Đặc trưng:

• Tổng lượng chất chống cháy ~20–25 phr, thấp hơn đáng kể so với AHP độc lập.
• MCA làm giảm nhu cầu AHP nhưng có thể ảnh hưởng đôi chút đến độ trong suốt (sử dụng nano-MCA nếu cần độ trong suốt).

Tóm tắt công thức chống cháy

Khuyến nghị thử nghiệm

1. Kiểm tra ưu tiên: AHP + MCA (15+10 phr). Nếu đạt V-0, hãy giảm dần AHP (ví dụ: 12+10 phr).
2. Kiểm tra AHP độc lập: Bắt đầu ở 20 phr, tăng dần 5 phr để đánh giá LOI và UL94, theo dõi các tính chất cơ học.
3. Ngăn chặn khói: Thêm 3–5 phr ZnB vào bất kỳ công thức nào mà không làm giảm khả năng chống cháy.
4. Tối ưu hóa chi phí: Kết hợp 10–15 phr ATH để giảm chi phí, mặc dù tổng lượng chất độn tăng lên.

Quy trình trộn được đề xuất

(Dành cho cao su silicon đông cứng hai phần)

1. Xử lý sơ bộ cao su cơ bản:

• Đổ cao su silicon (ví dụ: kẹo cao su 107, dầu silicon vinyl) vào máy trộn hành tinh, khử khí trong điều kiện chân không nếu cần.

1. Bổ sung chất chống cháy:

• Chất chống cháy dạng bột (ví dụ: ATH, MH):
• Thêm theo từng mẻ, trộn trước với cao su nền (trộn ở tốc độ thấp, 10–15 phút) để tránh vón cục.
• Sấy khô ở nhiệt độ 80–120°C nếu hút ẩm.
• Chất chống cháy dạng lỏng (ví dụ, phốt phát):
• Trộn trực tiếp với dầu silicon, chất liên kết ngang, v.v., dưới lực cắt cao (20–30 phút).

1. Các chất phụ gia khác:

• Lần lượt thêm chất độn (ví dụ: silica), chất liên kết ngang (hydrosilane), chất xúc tác (platin) và chất ức chế.

1. Đồng nhất hóa:

• Tiếp tục tinh chỉnh độ phân tán bằng máy nghiền ba trục hoặc chất nhũ hóa cắt cao (rất quan trọng đối với các chất phụ gia nano như CNT).

1. Khử khí và lọc:

• Khử khí chân không (-0,095 MPa, 30 phút), bộ lọc đáp ứng yêu cầu độ tinh khiết cao.

Những cân nhắc chính

• Lựa chọn chất chống cháy:
• Chất chống cháy không chứa halogen (ví dụ: ATH) cần có kích thước hạt mịn (1–5 μm); tải trọng quá mức sẽ gây hại cho các đặc tính cơ học.
• Chất chống cháy gốc silicon (ví dụ, nhựa silicon phenyl) có khả năng tương thích tốt hơn nhưng giá thành cao hơn.
• Kiểm soát quy trình:
• Nhiệt độ ≤ 60°C (ngăn ngừa ngộ độc chất xúc tác bạch kim hoặc đóng rắn sớm).
• Độ ẩm ≤ 50% RH (tránh phản ứng giữa dầu silicon hydroxyl và chất chống cháy).

Phần kết luận

• Sản xuất hàng loạt: Trộn trước chất chống cháy với cao su nền để tăng hiệu quả.
• Yêu cầu về độ ổn định cao: Pha trộn trong quá trình pha chế để giảm thiểu rủi ro khi lưu trữ.
• Hệ thống chống cháy Nano: Phân tán cắt cao bắt buộc để ngăn ngừa sự kết tụ.

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