Formulasi penghambat api referensi untuk SK Polyester ES500 (peringkat UL94 V0).
I. Pendekatan Desain Formulasi
- Kompatibilitas Substrat
- SK Polyester ES500: Poliester termoplastik dengan suhu pemrosesan khas 220–260°C. Bahan tahan api harus mampu menahan kisaran suhu ini.
- Persyaratan Utama: Keseimbangan antara ketahanan api (V0), sifat mekanik (kekuatan tarik/benturan), dan fluiditas pemrosesan.
- Sistem Penghambat Api Sinergis
- Aluminium Hidroksida Ultrahalus (ATH): Penghambat api utama, dehidrasi endotermik. Pemuatan harus menyeimbangkan penghambatan api dan sifat mekanik.
- Aluminium Hipofosfit: Sinergis pembentuk arang, bekerja dengan ATH untuk menciptakan efek sinergis fosfor-aluminium, meningkatkan kualitas arang.
- Seng Borat: Peningkat arang, menekan asap, dan membentuk penghalang padat dengan ATH.
- MCA (Melamin Sianurat): Bahan penghambat api fase gas, mengurangi kadar oksigen dan mencegah tetesan lelehan.
II. Rekomendasi Formulasi (Persentase Berat)
| Komponen | Perbandingan | Catatan Pemrosesan |
|---|---|---|
| SK Polyester ES500 | 45–50% | Resin dasar; pilih jenis dengan fluiditas tinggi untuk mengimbangi viskositas pengisi. |
| ATH Ultrahalus | 25–30% | Permukaan dimodifikasi dengan agen pengikat silan (KH-550), D50 < 3 μm. |
| Aluminium Hipofosfit | 10–12% | Tahan panas (>300°C), dicampur terlebih dahulu dengan ATH dan ditambahkan secara bertahap. |
| Seng Borat | 6–8% | Ditambahkan dengan MCA untuk menghindari kerusakan struktural akibat gaya geser tinggi. |
| MCA | 4–5% | Suhu proses < 250°C, dispersi kecepatan rendah. |
| Dispersan | 2–3% | Komposit dispersan yang kompatibel dengan poliester (misalnya, BYK-161) + lilin polietilen. |
| Agen Penghubung (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. |
| Alat Bantu Pemrosesan | 0,5% | Seng stearat (pelumas dan anti lengket). |
III. Kontrol Proses Utama
- Optimasi Dispersi
- Pra-perlakuan: Rendam ATH dan aluminium hipofosfit dalam larutan etanol KH-550 1% selama 2 jam, kemudian keringkan pada suhu 80°C.
- Urutan Pencampuran:
- Resin dasar + dispersan + zat penghubung → 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 ulir ganda (zona suhu: zona umpan 200°C, zona peleburan 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 yang didinginkan dengan air setelah ekstrusi untuk mencegah migrasi bahan penghambat api.
IV. Mekanisme Sinergis Penghambat Api
- ATH + Aluminium Hipofosfit
- ATH menyerap panas dan melepaskan uap air, sehingga mengencerkan gas yang mudah terbakar.
- Aluminium hipofosfit mengkatalisis pembentukan arang padat (AlPO₄), yang menghambat perpindahan panas.
- Seng Borat + MCA
- Seng borat membentuk lapisan pelindung seperti kaca di atas retakan arang.
- MCA terurai melepaskan NH₃, yang mengencerkan oksigen dan menghambat reaksi radikal bebas.
- PTFE Anti-Tetes
- Serbuk mikro PTFE membentuk jaringan berserat, mengurangi risiko penyalaan akibat tetesan lelehan.
V. Penyetelan Kinerja & 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 terenkapsulasi (bersinergi dengan aluminium hipofosfit). |
| Sifat mekanik yang berkurang | Kurangi ATH menjadi 25%, tambahkan 5% serat kaca (penguatan) atau 3% POE yang dicangkokkan dengan maleat anhidrida (penguatan). |
| Kelancaran pemrosesan yang buruk | Tingkatkan zat pendispersi menjadi 3%, atau tambahkan 0,5% lilin polietilen berbobot molekul rendah (pelumas). |
| Mekarnya permukaan | Optimalkan dosis zat penghubung atau beralih ke zat penghubung titanat (NDZ-201) untuk ikatan antarmuka yang lebih baik. |
VI. Metrik Validasi
- Tes UL94 V0:
- Spesimen 1,6 mm dan 3,2 mm, total waktu pembakaran < 50 detik setelah dua kali penyalaan, tidak ada tetesan saat penyalaan.
- LOI: Target ≥30% (aktual ≥28%).
- Sifat Mekanis:
- Kekuatan tarik > 40 MPa, kekuatan benturan > 5 kJ/m² (standar ASTM).
- Stabilitas Termal (TGA):
- Residu arang pada suhu 800°C > 20%, suhu dekomposisi awal > 300°C.
VII. Contoh Formulasi Referensi
| Komponen | Isi (%) |
|---|---|
| SK Polyester ES500 | 48% |
| ATH Ultrahalus (dimodifikasi) | 28% |
| Aluminium Hipofosfit | 11% |
| Seng Borat | 7% |
| MCA | 4% |
| Dispersan BYK-161 | 2,5% |
| Agen Penghubung 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 sambil menyeimbangkan kemampuan proses dan sifat mekanik. Uji coba skala kecil disarankan untuk memverifikasi dispersi sebelum menyempurnakan rasio (misalnya, menyeimbangkan aluminium hipofosfit dan MCA). Untuk peningkatan ketahanan api lebih lanjut, pertimbangkan untuk menambahkan 2% nanosheet boron nitrida (BNNS) sebagai pengisi konduktif termal/penghambat api dengan fungsi ganda.
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Waktu posting: 01 Juli 2025
