beberapa formulasi referensi karet silikon berdasarkan penghambat api bebas halogen

Berikut adalah lima desain formulasi karet silikon berdasarkan bahan penghambat api bebas halogen, yang menggabungkan bahan penghambat api yang disediakan oleh pelanggan (aluminium hipofosfit, seng borat, MCA, aluminium hidroksida, dan amonium polifosfat). Desain ini bertujuan untuk memastikan ketahanan terhadap api sekaligus meminimalkan jumlah aditif untuk mengurangi dampak pada sifat mekanik karet silikon.

1. Sistem Penghambat Api Sinergis Fosfor-Nitrogen (Tipe Pembentuk Arang Berefisiensi Tinggi)

Target: UL94 V-0, asap rendah, cocok untuk aplikasi suhu menengah hingga tinggi

Karet Dasar: Karet silikon vinil metil (VMQ, 100 phr)

Bahan Tahan Api:

• Aluminium hipofosfit (AHP, berbasis fosfor): 15 jam
• Memberikan sumber fosfor yang efisien, mendorong pembentukan arang, dan menekan pembakaran fase gas.
• Melamin sianurat (MCA, berbasis nitrogen): 10 jam
• Bersinergi dengan fosfor, melepaskan gas inert, dan mengencerkan oksigen.
• Seng borat (ZnB): 5 jam
• Mengkatalisis pembentukan arang, menekan asap, dan meningkatkan stabilitas lapisan arang.
• Aluminium hidroksida (ATH, metode kimia, 1,6–2,3 μm): 20 jam
• Dekomposisi endotermik, penghambat api tambahan, dan dispersibilitas yang lebih baik.

Aditif:

• Minyak silikon hidroksil (2 phr, meningkatkan kemampuan pemrosesan)
• Silika berasap (10 phr, penguat)
• Bahan pengeras (Diperoksida, 0,8 phr)

Fitur:

• Total kandungan penghambat api ~50 phr, menyeimbangkan penghambatan api dan sifat mekanik.
• Sinergi fosfor-nitrogen (AHP + MCA) mengurangi jumlah bahan penghambat api individual yang dibutuhkan.

2. Sistem Penghambat Api Intumesen (Tipe Beban Rendah)

Target: UL94 V-1/V-0, cocok untuk produk tipis

Karet Dasar: VMQ (100 phr)

Bahan Tahan Api:

• Amonium polifosfat (APP, berbasis fosfor-nitrogen): 12 jam
• Inti dari pembentukan arang intumesen, dengan kompatibilitas yang baik dengan karet silikon.
• Aluminium hipofosfit (AHP): 8 jam
• Sumber fosfor tambahan, mengurangi higroskopisitas APP.
• Seng borat (ZnB): 5 jam
• Katalisis arang sinergis dan penekanan tetesan.
• Aluminium hidroksida (bubuk, 3–20 μm): 15 jam
• Bahan penghambat api tambahan berbiaya rendah, mengurangi beban APP.

Aditif:

• Minyak silikon vinil (3 phr, plastisasi)
• Silika yang diendapkan (15 phr, penguatan)
• Sistem pengerasan platinum (0,1% Pt)

Fitur:

• Total kandungan penghambat api ~40 phr, efektif untuk produk tipis karena mekanisme intumesensi.
• APP memerlukan perlakuan permukaan (misalnya, agen pengikat silan) untuk mencegah migrasi.

3. Sistem Optimalisasi Aluminium Hidroksida Bermuatan Tinggi (Tipe Hemat Biaya)

Target: UL94 V-0, cocok untuk produk atau kabel tebal

Karet Dasar: VMQ (100 phr)

Bahan Tahan Api:

• Aluminium hidroksida (ATH, metode kimia, 1,6–2,3 μm): 50 jam
• Bahan penghambat api utama, dekomposisi endotermik, ukuran partikel kecil untuk dispersi yang lebih baik.
• Aluminium hipofosfit (AHP): 5 jam
• Meningkatkan efisiensi pembentukan arang, mengurangi beban ATH.
• Seng borat (ZnB): 3 jam
• Penekan asap dan anti-pijar.

Aditif:

• Agen pengikat silan (KH-550, 1 phr, meningkatkan antarmuka ATH)
• Silika berasap (8 phr, penguatan)
• Pengeringan dengan peroksida (DCP, 1 phr)

Fitur:

• Total kandungan penghambat api sekitar 58 phr, tetapi ATH lebih unggul dalam hal efisiensi biaya.
• Ukuran partikel ATH yang kecil meminimalkan kehilangan kekuatan tarik.

4. Sistem Aluminium Hipofosfit (AHP) Mandiri

Aplikasi: UL94 V-1/V-2, atau jika sumber nitrogen tidak diinginkan (misalnya, menghindari pembusaan MCA yang memengaruhi penampilan).

Formulasi yang Direkomendasikan:

• Karet Dasar: VMQ (100 phr)
• Aluminium hipofosfit (AHP): 20–30 jam
• Kandungan fosfor tinggi (40%); 20 phr menyediakan ~8% fosfor untuk penghambatan api dasar.
• Untuk UL94 V-0, tingkatkan menjadi 30 phr (dapat merusak sifat mekanik).
• Pengisi Penguat: Silika (10–15 phr, mempertahankan kekuatan)
• Aditif: Minyak silikon hidroksil (2 phr, kemampuan proses) + zat pengeras (Diperoksida atau sistem platinum).

Fitur:

• Mengandalkan penghambatan api fase terkondensasi (pembentukan arang), secara signifikan meningkatkan LOI tetapi memiliki penekanan asap yang terbatas.
• Penambahan ZnB dalam jumlah tinggi (>25 phr) dapat membuat material menjadi kaku; disarankan menambahkan 3–5 phr ZnB untuk meningkatkan kualitas arang.

5. Campuran Aluminium Hipofosfit (AHP) + MCA

Aplikasi: UL94 V-0, beban rendah dengan sinergi penghambat api fase gas.

Formulasi yang Direkomendasikan:

• Karet Dasar: VMQ (100 phr)
• Aluminium hipofosfit (AHP): 12–15 jam
• Sumber fosfor untuk pembentukan arang.
• MCA: 8–10 jam
• Sumber nitrogen untuk sinergi PN, melepaskan gas inert (misalnya, NH₃) untuk menekan penyebaran api.
• Pengisi Penguat: Silika (10 phr)
• Aditif: Agen pengikat silan (1 phr, bahan pembantu dispersi) + agen pengeras.

Fitur:

• Total kandungan penghambat api ~20–25 phr, jauh lebih rendah daripada AHP (Analog-Hydrogen Pump) yang berdiri sendiri.
• MCA mengurangi kebutuhan AHP tetapi mungkin sedikit memengaruhi transparansi (gunakan nano-MCA jika kejernihan diperlukan).

Ringkasan Formulasi Tahan Api

Rekomendasi Eksperimental

1. Pengujian Prioritas: AHP + MCA (15+10 phr). Jika V-0 tercapai, kurangi AHP secara bertahap (misalnya, 12+10 phr).
2. Tes AHP Mandiri: Mulai dari 20 phr, tingkatkan 5 phr untuk mengevaluasi LOI dan UL94, sambil memantau sifat mekanik.
3. Penekanan AsapTambahkan 3–5 phr ZnB ke dalam formulasi apa pun tanpa mengurangi ketahanan terhadap api.
4. Optimalisasi BiayaTambahkan 10–15 phr ATH untuk mengurangi biaya, meskipun total kandungan filler akan meningkat.

Proses Pencampuran yang Direkomendasikan

(Untuk karet silikon pengerasan tambahan dua bagian)

1. Pra-Perawatan Karet Dasar:

• Masukkan karet silikon (misalnya, karet 107, minyak silikon vinil) ke dalam mixer planet, hilangkan gas di bawah vakum jika diperlukan.

1. Penambahan Bahan Tahan Api:

• Bahan penghambat api berbentuk bubuk (misalnya, ATH, MH):
• Tambahkan secara bertahap, campur terlebih dahulu dengan karet dasar (pengadukan kecepatan rendah, 10–15 menit) untuk menghindari penggumpalan.
• Keringkan pada suhu 80–120°C jika bersifat higroskopis.
• Bahan penghambat api cair (misalnya, fosfat):
• Campurkan langsung dengan minyak silikon, pengikat silang, dll., di bawah gesekan tinggi (20–30 menit).

1. Aditif Lainnya:

• Tambahkan secara berurutan bahan pengisi (misalnya, silika), pengikat silang (hidrosilan), katalis (platinum), dan inhibitor.

1. Homogenisasi:

• Lakukan penyempurnaan lebih lanjut pada dispersi menggunakan penggiling tiga rol atau pengemulsi geser tinggi (penting untuk aditif nano seperti CNT).

1. Penghilangan Gas & Filtrasi:

• Degasifikasi vakum (-0,095 MPa, 30 menit), saring untuk persyaratan kemurnian tinggi.

Pertimbangan Utama

• Pemilihan Bahan Tahan Api:
• Bahan penghambat api bebas halogen (misalnya, ATH) memerlukan ukuran partikel halus (1–5 μm); penggunaan yang berlebihan akan merusak sifat mekanik.
• Bahan penghambat api berbasis silikon (misalnya, resin fenil silikon) menawarkan kompatibilitas yang lebih baik tetapi dengan biaya yang lebih tinggi.
• Kontrol Proses:
• Suhu ≤ 60°C (mencegah keracunan katalis platinum atau pengerasan dini).
• Kelembapan ≤ 50% RH (menghindari reaksi antara minyak silikon hidroksil dan penghambat api).

Kesimpulan

• Produksi MassalCampurkan terlebih dahulu bahan penghambat api dengan karet dasar untuk efisiensi.
• Persyaratan Stabilitas TinggiCampur selama proses pencampuran untuk meminimalkan risiko penyimpanan.
• Sistem Nano-Penghambat Api: Dispersi geser tinggi wajib dilakukan untuk mencegah penggumpalan.

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