Formulació de referència de Masterbatch ignífug de PVC
Disseny i optimització de formulacions de masterbatchs ignífugs de PVC, incorporant els ignífugs existents i components sinèrgics clau, amb l'objectiu d'aconseguir la resistència a la flama UL94 V0 (ajustable a V2 reduint les quantitats d'additius).
I. Recomanació de la fórmula base (PVC rígid)
Formulació ignífuga de plàstic:
| Component | Càrrega (% en pes) | Descripció de la funció |
|---|---|---|
| Resina de PVC (tipus SG-5) | 40-50% | Material matriu, preferiblement de baixa absorció d'oli |
| Hipofosfit d'alumini | 12-15% | Font d'àcid per a la formació de carbonització, suprimeix la postluminescència |
| Borat de zinc | 8-10% | Supressió sinèrgica de fum, reacciona amb HCl de la descomposició del PVC |
| Hidròxid d'alumini modificat superficialment | 10-12% | Refredament endotèrmic, requereix un recobriment d'agent d'acoblament de silà (la temperatura de descomposició coincideix amb el processament del PVC) |
| Triòxid d'antimoni (Sb₂O₃) | 3-5% | Sinergista central, millora la resistència a la flama mitjançant la sinergia Cl-Sb |
| Molibdat de zinc (supressor de fum) | 5-8% | Additiu recomanat, redueix la densitat del fum (clau per al compliment de la norma DIN 4102) |
| Dipentaeritritol (DPE) | 2-3% | Ajuda per a la formació de carboni, millora el control del degoteig de la fosa |
| Estabilitzador tèrmic (compost de Ca-Zn) | 3-4% | Essencial per evitar la degradació tèrmica durant el processament |
| Plastificant (DOP o ecoalternativa) | 0-8% | Ajustar la duresa (opcional per a PVC rígid) |
| Lubricant (estearat de calci) | 1-1,5% | Millora la processabilitat, evita que els corrons s'enganxin |
| Ajuda al processament (ACR) | 1-2% | Millora la plastificació i la dispersió del masterbatch |
II. Principis clau d'optimització
- Sistema de sinergia ignífug
- Sinergia Cl-Sb: El clor inherent del PVC (56%) combinat amb un 3-5% de Sb₂O₃ forma una barrera de SbCl₃, que permet una doble acció ignífuga en fase gasosa/fase condensada.
- Supressió de fum: El molibdat de zinc + borat de zinc redueix la densitat del fum en més d'un 40% (ASTM E662).
- Augment de la carbonització: L'hipofosfit d'alumini + DPE genera carbó d'èster fosfòric reticulat a 200–250 °C, compensant la deficiència de carbonització en fase inicial del PVC.
- Adaptabilitat del processament
- Adaptació de temperatura: l'hipofosfit d'alumini (descomposició ≥250 °C) i l'Al(OH)₃ modificat superficialment (estable a >200 °C) són adequats per al processament de PVC (160–190 °C).
- Assegurament d'estabilitat: els estabilitzadors de Ca-Zn eviten la degradació de la resina per l'alliberament de HCl; l'ACR afavoreix la plastificació en sistemes amb alt contingut de farciment.
- Balanç de rendiment
- Càrrega total ignífuga: 35–45%, retenció de la resistència a la tracció ≥80% (típica ≥40 MPa per a PVC rígid).
- Per a més flexibilitat (PVC flexible), substituïu el DOP per oli de soja epoxidat al 8% (plastificant dual/ignífug).
III. Mètriques de prova i validació
Resistent a la flama:
- UL94 V0 (1,6 mm de gruix)
- Índex límit d'oxigen (LOI) ≥32%
Control de fum:
- Prova de cambra de fum NBS: Densitat òptica específica màximaDs≤150 (mode de flama)
Propietats mecàniques:
- Resistència a la tracció ≥35 MPa (rígida), allargament a la ruptura ≥200% (flexible)
Estabilitat tèrmica:
- La DMA confirma que no hi ha caiguda de mòdul a 180 °C.
IV. Cost i ajustaments ecològics
Alternativa de baix cost:
- Reduir el molibdat de zinc al 3%, substituir parcialment l'Al(OH)₃ per Mg(OH)₂ (augmentar al 15%).
Solució sense antimoni:
- Traieu Sb₂O₃, utilitzeu un 2% de dietilfosfinat d'alumini + un 5% de nanocaolí (eficiència lleugerament inferior; requereix 3 mm de gruix per a V0).
Prioritat de fum:
- Afegiu un 1% de negre de carboni recobert de resina de silicona per reduir encara més la densitat del fum en un 15%.
V. Pautes de processament
- Seqüència de mescla:
Resina de PVC → estabilitzador + lubricant → ignífugs (de baixa a alta densitat) → plastificant (afegit per esprai per últim). - Temperatures de processament:
Zones de l'extrusora de doble cargol: 160 °C (alimentació) → 170 °C (fusió) → 180 °C (barreja) → 175 °C (capçal de matriu). - Concentració de Masterbatch:
Es recomana una càrrega del 50%; diluir 1:1 amb PVC verge per al modelat per injecció d'ús final.
Aquesta formulació equilibra una alta resistència a la flama, una baixa emissió de fums i una estabilitat de processament. Es recomanen proves a petita escala abans de l'escalat, amb ajustaments basats en la forma del producte (làmines, cables, etc.).
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Data de publicació: 08 de juliol de 2025
