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

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

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

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

Chất chống cháy:

• Nhôm hypophotphit (AHP, gốc phốt pho): 15 phr
• Cung cấp nguồn phốt pho hiệu quả, thúc đẩy quá trình hình thành than cốc và ngăn chặn sự cháy ở pha khí.
• Melamine cyanurate (MCA, gốc nitơ): 10 phr
• Nó phối hợp với phốt pho, giải phóng khí trơ và làm loãng oxy.
• Kẽm borat (ZnB): 5 phr
• Xúc tác quá trình hình thành than, giảm 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, khả năng chống cháy phụ trợ và khả năng phân tán được cải thiện.

Phụ gia:

• Dầu silicone hydroxyl (2 phr, cải thiện khả năng gia công)
• Silica nung (10 phr, chất gia cường)
• Chất đóng rắn (Diperoxide, 0,8 phr)

Đặc trưng:

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

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

Mục tiêuĐạt tiêu chuẩn UL94 V-1/V-0, thích hợp cho các sản phẩm mỏng.

Cao su đế: VMQ (100 phr)

Chất chống cháy:

• Amoni polyphosphat (APP, gốc phốt pho-nitơ): 12 phr
• Lõi của quá trình hình thành than trương nở, có khả năng tương thích tốt với cao su silicon.
• Nhôm hypophotphit (AHP): 8 phr
• Nguồn bổ sung phốt pho, làm giảm tính hút ẩm của APP.
• Kẽm borat (ZnB): 5 phr
• Xúc tác than hóa và ngăn chặn nhỏ giọt đồng thời.
• Nhôm hydroxit (dạng nghiền mịn, kích thước hạt 3–20 μm): 15 phr
• Chất chống cháy phụ trợ giá rẻ, giúp giảm lượng APP cần dùng.

Phụ gia:

• Dầu silicon vinyl (3 phr, chất làm dẻo)
• Silica kết tủa (15 phr, chất gia cường)
• Hệ thống làm cứng bạch kim (0,1% Pt)

Đặc trưng:

• Tổng hàm lượng chất chống cháy ~40 phr, hiệu quả đối với các sản phẩm mỏng nhờ cơ chế trương nở.
• APP yêu cầu xử lý bề mặt (ví dụ: chất liên kết 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, thích hợp cho các sản phẩm hoặc cáp dày

Cao su đế: VMQ (100 phr)

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 giúp phân tán tốt hơn.
• Nhôm hypophotphit (AHP): 5 phr
• Tăng hiệu quả hình thành than, giảm tải lượng ATH.
• Kẽm borat (ZnB): 3 cụm từ
• Giảm khói và chống phát sáng.

Phụ gia:

• Chất liên kết silane (KH-550, 1 phr, cải thiện giao diện ATH)
• Silica nung (8 phr, chất gia cường)
• Bảo quản bằng peroxide (DCP, 1 phr)

Đặc trưng:

• Tổng lượng chất chống cháy khoảng 58 phr, nhưng ATH chiếm ưu thế về hiệu quả chi phí.
• Kích thước hạt ATH nhỏ giúp giảm thiểu sự suy giảm độ bền kéo.

4. Hệ thống nhôm hypophosphit (AHP) độc lập

Ứng dụng: UL94 V-1/V-2, hoặc trong trường hợp nguồn nitơ không mong muốn (ví dụ: tránh hiện tượng tạo bọt MCA ảnh hưởng đến hình thức bên ngoài).

Công thức được đề xuất:

• Cao su đế: VMQ (100 phr)
• Nhôm hypophotphit (AHP): 20–30 phr
• Hàm lượng phốt pho cao (40%); 20 phr cung cấp khoảng 8% phốt pho cho khả năng chống cháy cơ bản.
• Đối với UL94 V-0, tăng lên 30 phr (có thể làm suy giảm các đặc tính cơ học).
• Chất độn gia cường: Silica (10–15 phr, giúp duy trì độ bền)
• Phụ gia: Dầu silicone hydroxyl (2 phr, khả năng xử lý) + chất đóng rắn (Diperoxide hoặc hệ bạch kim).

Đặc trưng:

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

5. Hỗn hợp Nhôm Hypophosphit (AHP) + MCA

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

Công thức được đề xuất:

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

Đặc trưng:

• Tổng lượng chất chống cháy khoảng 20–25 phr, thấp hơn đáng kể so với AHP đơn lẻ.
• MCA giảm yêu cầu về AHP nhưng có thể ảnh hưởng nhẹ đến tính minh bạch (sử dụng nano-MCA nếu cần độ rõ nét cao hơn).

Tóm tắt công thức chất chống cháy

Các khuyến nghị thử nghiệm

1. Kiểm tra ưu tiên: AHP + MCA (15+10 phr). Nếu đạt được V-0, hãy giảm dần AHP (ví dụ: 12+10 phr).
2. Kiểm tra AHP độc lậpBắt đầu với 20 phr, tăng dần 5 phr để đánh giá LOI và UL94, đồng thời theo dõi các đặc tính cơ học.
3. Dập tắt khóiCó thể thêm 3–5 phr ZnB vào bất kỳ công thức nào mà không ảnh hưởng đến 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 sẽ tăng lên.

Quy trình trộn được đề xuất

(Dành cho cao su silicone hai thành phần đóng rắn bằng phản ứng cộng)

1. Xử lý sơ bộ cao su cơ bản:

• Cho cao su silicon (ví dụ: cao su 107, dầu silicon vinyl) vào máy trộn hành tinh, khử khí bằng chân không nếu cần.

1. Bổ sung chất chống cháy:

• Chất chống cháy dạng bột (ví dụ: ATH, MH):
• Thêm từng đợt, trộn sơ với cao su nền (trộn ở tốc độ thấp, 10–15 phút) để tránh vón cục.
• Nếu sản phẩm hút ẩm, hãy sấy khô ở nhiệt độ 80–120°C.
• Chất chống cháy dạng lỏng (ví dụ: phosphat):
• 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 (platinum) và chất ức chế.

1. Đồng nhất hóa:

• Tiếp tục tinh chỉnh độ phân tán bằng máy nghiền ba trục hoặc máy nhũ hóa có lực 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), lọc để đáp ứng yêu cầu độ tinh khiết cao.

Những điểm cần lưu ý chính

• Lựa chọn chất chống cháy:
• Các chất chống cháy không chứa halogen (ví dụ: ATH) yêu cầu kích thước hạt mịn (1–5 μm); hàm lượng quá cao sẽ làm ảnh hưởng đến các tính chất cơ học.
• Các chất làm chậm 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 hiện tượng nhiễm độc chất xúc tác bạch kim hoặc quá trình đóng rắn sớm).
• Độ ẩm ≤ 50% RH (tránh phản ứng giữa dầu silicon hydroxyl và chất chống cháy).

Phần kết luận

• Sản xuất hàng loạtTrộn sẵn chất chống cháy với cao su nền để đạt hiệu quả tối ưu.
• Yêu cầu về độ ổn định caoTrộn đều trong quá trình pha chế để giảm thiểu rủi ro trong quá trình bảo quản.
• Hệ thống chống cháy nano: Bắt buộc phải phân tán ở tốc độ cao để ngăn ngừa sự vón cục.

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