Formulasi tahan api referensi untuk SK Polyester ES500 (peringkat UL94 V0).
I. Pendekatan Desain Formulasi
- Kompatibilitas Substrat
- SK Polyester ES500: Poliester termoplastik dengan suhu pemrosesan tipikal 220–260°C. Bahan penghambat api harus tahan terhadap rentang suhu ini.
- Persyaratan Utama: Keseimbangan ketahanan api (V0), sifat mekanis (kekuatan tarik/dampak), dan fluiditas pemrosesan.
- Sistem Penghambat Api Sinergis
- Aluminium Hidroksida Ultrahalus (ATH): Penghambat api primer, dehidrasi endotermik. Pemuatan harus menyeimbangkan ketahanan api dan sifat mekanis.
- Aluminium Hipofosfit: Sinergis pembentuk arang, bekerja dengan ATH untuk menciptakan efek sinergis fosfor-aluminium, meningkatkan kualitas arang.
- Zinc Borate: Penambah arang, menekan asap, dan membentuk penghalang padat dengan ATH.
- MCA (Melamine Cyanurate): Penghambat api fase gas, mengencerkan oksigen dan menghambat tetesan lelehan.
II. Formulasi yang Direkomendasikan (Persentase Berat)
| Komponen | Perbandingan | Catatan Pemrosesan |
|---|---|---|
| Poliester SK ES500 | 45–50% | Resin dasar; pilih tingkat fluiditas tinggi untuk mengimbangi viskositas pengisi. |
| ATH Ultrahalus | 25–30% | Dimodifikasi permukaan dengan agen penggandeng silana (KH-550), D50 < 3 μm. |
| Aluminium Hipofosfit | 10–12% | Tahan panas (>300°C), dicampur sebelumnya dengan ATH dan ditambahkan secara bertahap. |
| Seng Borat | 6–8% | Ditambahkan dengan MCA untuk menghindari kerusakan struktural akibat geseran tinggi. |
| MCA | 4–5% | Suhu proses < 250°C, dispersi kecepatan rendah. |
| Dispersan | 2–3% | Dispersan yang kompatibel dengan poliester (misalnya, BYK-161) + komposit lilin polietilena. |
| Agen Kopling (KH-550) | 1% | Pra-perlakuan ATH dan aluminium hipofosfit; perendaman etanol diikuti dengan pengeringan. |
| Agen Anti Tetes | 0,5–1% | Serbuk mikro PTFE untuk menekan penyalaan lelehan. |
| Bantuan Pemrosesan | 0,5% | Seng stearat (pelumasan dan anti lengket). |
III. Kontrol Proses Utama
- Optimasi Dispersi
- Perlakuan awal: Rendam ATH dan aluminium hipofosfit dalam larutan etanol KH-550 1% selama 2 jam, lalu keringkan pada suhu 80°C.
- Urutan Pencampuran:
- Resin dasar + dispersan + agen penggandeng → Pencampuran kecepatan rendah (500 rpm, 5 menit).
- Tambahkan ATH/aluminium hipofosfit yang dimodifikasi → Geser kecepatan tinggi (2500 rpm, 20 menit).
- Tambahkan seng borat/MCA/PTFE → Pencampuran kecepatan rendah (800 rpm, 10 menit).
- Peralatan: Ekstruder sekrup kembar (zona suhu: zona umpan 200°C, zona leleh 230°C, cetakan 220°C).
- Kontrol Suhu Pemrosesan
- Pastikan suhu leleh < 250°C untuk mencegah dekomposisi MCA (MCA terurai pada suhu 250–300°C).
- Pelet berpendingin air setelah ekstrusi untuk mencegah migrasi penghambat api.
IV. Mekanisme Sinergis Penghambat Api
- ATH + Aluminium Hipofosfit
- ATH menyerap panas dan melepaskan uap air, mengencerkan gas yang mudah terbakar.
- Aluminium hipofosfit mengkatalisis pembentukan arang padat (AlPO₄), yang menghalangi perpindahan panas.
- Seng Borat + MCA
- Seng borat membentuk penghalang kaca pada retakan arang.
- MCA terurai untuk melepaskan NH₃, mengencerkan oksigen dan menghambat reaksi radikal bebas.
- PTFE Anti-Tetes
- Mikroserbuk PTFE membentuk jaringan berserat, mengurangi risiko penyalaan lelehan-tetesan.
V. Penyetelan Performa & Pemecahan Masalah
| Masalah Umum | Larutan |
|---|---|
| Ketahanan api di bawah V0 (V1/V2) | Tingkatkan aluminium hipofosfit menjadi 12% + MCA menjadi 5%, atau tambahkan 2% fosfor merah yang dienkapsulasi (sinergis dengan aluminium hipofosfit). |
| Sifat mekanik berkurang | Kurangi ATH hingga 25%, tambahkan 5% serat kaca (penguat) atau 3% POE yang dicangkok maleat anhidrida (penguatan). |
| Fluiditas pemrosesan yang buruk | Tingkatkan dispersan menjadi 3%, atau tambahkan 0,5% lilin polietilena MW rendah (pelumasan). |
| Mekar permukaan | Optimalkan dosis agen penggandeng atau beralih ke agen penggandeng titanat (NDZ-201) untuk ikatan antarmuka yang lebih baik. |
VI. Metrik Validasi
- Uji UL94 V0:
- Spesimen 1,6 mm dan 3,2 mm, total waktu pembakaran < 50 detik setelah dua penyalaan, tidak ada penyalaan tetesan.
- LOI: Target ≥30% (aktual ≥28%).
- Sifat Mekanik:
- Kekuatan tarik > 40 MPa, kekuatan impak > 5 kJ/m² (standar ASTM).
- Stabilitas Termal (TGA):
- Residu arang pada 800°C > 20%, suhu dekomposisi awal > 300°C.
VII. Contoh Formulasi Referensi
| Komponen | Isi (%) |
|---|---|
| Poliester SK ES500 | 48% |
| ATH Ultrahalus (dimodifikasi) | 28% |
| Aluminium Hipofosfit | 11% |
| Seng Borat | 7% |
| MCA | 4% |
| Dispersan BYK-161 | 2,5% |
| Agen Kopling KH-550 | 1% |
| Agen Anti-Tetes PTFE | 0,8% |
| Seng Stearat | 0,5% |
Formulasi dan desain proses ini secara efektif mencapai ketahanan api UL94 V0 untuk SK Polyester ES500 sekaligus menyeimbangkan kemampuan proses dan sifat mekanis. Uji coba skala kecil direkomendasikan untuk memverifikasi dispersi sebelum menyempurnakan rasio (misalnya, menyeimbangkan aluminium hipofosfit dan MCA). Untuk peningkatan ketahanan api lebih lanjut, pertimbangkan penambahan lembaran nano boron nitrida 2% (BNNS) sebagai pengisi konduktif termal/tahan api dengan fungsi ganda.
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Waktu posting: 01-Jul-2025
