Flame Retardant Masterbatches for Thermoplastics

جدول المحتويات

تُعدّ الخلطات الرئيسية المقاومة للهب مزيجًا مركزًا من إضافات مقاومة للحريق مغلفة داخل راتنج حامل. تُضاف هذه الخلطات إلى البوليمرات الخام أثناء التصنيع - مثل قولبة الحقن أو البثق - لتأخير الاشتعال، وإبطاء انتشار اللهب، وتقليل انبعاث الدخان.

تُعدّ المواد البلاستيكية الحرارية قابلة للاشتعال بطبيعتها، لأنها، كمعظم المواد الهيدروكربونية، تشتعل بسهولة عند تعرضها لحرارة كافية. أثناء الاحتراق، تُفكك الحرارة سلاسلها الجزيئية الطويلة إلى هيدروكربونات متطايرة، بالإضافة إلى الهيدروجين وجذور الهيدروكسيل. تتفاعل هذه النواتج الثانوية عالية الطاقة بسرعة مع الأكسجين، مُولِّدةً المزيد من الحرارة، مما يسمح للهب بالانتشار.

ولمواجهة ذلك،, إضافات مثبطة للهب تُدمج هذه المواد في البوليمرات مثل البولي أوليفينات، والبولي كربونات، والبولي أميد، والبوليستر. وتتمثل وظيفتها في تقليل خطر الاشتعال، وإبطاء انتشار اللهب، وكبح تكوّن الدخان، والحد من التقطير. والهدف الأساسي منها هو تأخير الاحتراق لفترة كافية لحماية الأفراد في حالة نشوب حريق، مع فائدة إضافية تتمثل في تقليل الأضرار المادية.

البلاستيك المقاوم للهب تُستخدم هذه المواد على نطاق واسع في البيئات اليومية - المنازل، والمكاتب، والمركبات، ووسائل النقل العام، والإلكترونيات، والمعدات الصناعية. وتتطلبها العديد من الأسواق والمنتجات بموجب قوانين البناء الصارمة ومعايير الصناعة. ومن الأمثلة على ذلك أقمشة البناء، ومواد العزل، واللافتات، وأغطية الأسقف، والتجهيزات الداخلية للسيارات، ومكونات الطائرات، والمقاعد، وأغطية المراتب، وأغلفة الأجهزة الإلكترونية، والأسلاك، وكابلات الطاقة، والأنفاق، وغيرها.

كيف تعمل مثبطات اللهب

يتطلب الحريق ثلاثة عناصر: مصدر وقود، وأكسجين، وحرارة. تعمل مثبطات اللهب على إعاقة عنصر واحد أو أكثر من هذه العناصر الثلاثة، إما فيزيائياً أو كيميائياً.

تشمل الآليات الفيزيائية ما يلي:

  • تبريد الركيزة إلى ما دون درجة حرارة احتراقها

  • إنشاء حاجز (صلب أو غازي) لمنع دخول الأكسجين

  • إطلاق غازات خاملة تعمل على تخفيف الأبخرة القابلة للاحتراق

تشمل الآليات الكيميائية ما يلي:

  • مقاطعة تفاعلات الجذور الحرة في الطور الغازي

  • تشجيع تكوين طبقة فحم غنية بالكربون تعمل على عزل البوليمر

تشمل مثبطات اللهب التجارية الأكثر شيوعًا اليوم المركبات الهالوجينية، والمواد المضافة القائمة على الفوسفور، وأكاسيد المعادن المختلفة.

يكتبصفاتالتطبيقات النموذجية
الهالوجيناتفعالة للغاية واقتصادية؛ تحتوي عادةً على البروم أو الكلور.قطع غيار السيارات، وأغلفة الأجهزة الإلكترونية، وأغشية البولي إيثيلين، وما إلى ذلك.
خالٍ من الهالوجينصديق للبيئة؛ يستخدم الفوسفور أو النيتروجين أو هيدروكسيدات المعادن لتجنب الدخان السام.التصميمات الداخلية لوسائل النقل العام، ومواد البناء الصديقة للبيئة، والإلكترونيات الاستهلاكية، وأغشية البولي إيثيلين تيريفثالات، إلخ.
خاص بشركة النقلتم تركيبه لأنواع محددة من الراتنجات مثل البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP) والبولي أميد (النايلون) أو البولي كربونات (PC) والبولي إيثيلين تيريفثالات (PET).قنوات كهربائية، وأحزمة أسلاك، وعلب بطاريات الليثيوم.

مثبطات اللهب القائمة على الهالوجين

تُعد مركبات الهالوجين العضوية، وخاصة الأنواع المبرومة منها، أكثر مثبطات اللهب استخداماً في صناعة البلاستيك. وتعمل هذه المركبات عن طريق معادلة الجذور الحرة عالية الطاقة المشاركة في الاحتراق، مما يقلل بشكل كبير من انبعاثات غازات الوقود.

تتميز مثبطات اللهب المبرومة بقيمتها الممتازة من حيث التكلفة والأداء. وعادةً ما تتطلب مستويات تحميل أقل من هيدروكسيدات المعادن مثل هيدروكسيد الألومنيوم أو هيدروكسيد المغنيسيوم، وتحافظ على سلامة ميكانيكية جيدة في البوليمر. كما أن سهولة معالجتها تجعلها مناسبة بشكل خاص لأغشية البولي إيثيلين والبولي بروبيلين.

تُعدّ مثبطات اللهب المكلورة شائعة الاستخدام، وتُورّد عادةً على شكل بارافينات مكلورة أو مركبات حلقية أليفاتية. ورغم أنها أقل تكلفة من الأنواع المبرومة وأكثر مقاومة للتلف الضوئي، إلا أنها أقل استقرارًا حراريًا وقد تكون أكثر تآكلًا أثناء التصنيع. وتتحمل الإضافات الحلقية الأليفاتية المكلورة درجات حرارة أعلى - تصل إلى حوالي 320 درجة مئوية - من أنواع البارافين.

يتطلب كل من مثبطات اللهب المبرومة والمكلورة المتآزرون, مثل ثلاثي أكسيد الأنتيمون، أو بورات الزنك، أو موليبدات الزنك. تعمل المواد المساعدة عن طريق تكوين مركبات (مثل ثلاثي هاليدات الأنتيمون) تعمل على تحسين كبح الجذور الحرة، مما يعزز فعالية مثبطات اللهب المهلجنة.

في حين أن بعض المركبات المبرومة قد واجهت تدقيقًا، فقد وجدت مراجعات الاتحاد الأوروبي - بما في ذلك الدراسات المشار إليها في عام 2005 - أن مادة ديكابروموديفينيل إيثر التجارية (ديكابروم) آمنة لصحة الإنسان وأعفتها من قيود RoHS.

مثبطات اللهب غير الهالوجينية

تنقسم مثبطات اللهب غير الهالوجينية إلى فئتين: مكونات الفحم القائمة على الفوسفور و إضافات أكسيد المعادن الماصة للحرارة.

مثبطات اللهب القائمة على الفوسفور

تعمل مركبات الفوسفور العضوية وغير العضوية بطرق متعددة:

  • معادلة جذور الاحتراق في الطور البخاري

  • يؤدي إطلاق حمض الفوسفوريك تحت تأثير الحرارة إلى تغيير تحلل البوليمر

  • تعزيز تكوين الفحم لمنع وصول الأكسجين والحرارة

على الرغم من فعاليتها العالية، إلا أن إضافات الفوسفور قد تتحلل عند درجات حرارة البثق التي تزيد عن 400 درجة فهرنهايت (≈204 درجة مئوية)، مما قد يؤثر على خصائص البوليمر أو يتلف معدات المعالجة.

هيدروكسيدات المعادن

يعتبر كل من ثلاثي هيدرات الألومنيوم (ATH) وهيدروكسيد المغنيسيوم من أكثر الخيارات شيوعًا الخالية من الهالوجين.

  • رياضي يتحلل عند درجة حرارة تتراوح بين 180 و200 درجة مئوية، حيث يمتص الحرارة ويشكل أكسيد الألومنيوم. وهو غير مكلف ومتوفر بكثرة في الطبيعة، لكن استخدامه يقتصر على درجات حرارة معالجة منخفضة.

  • هيدروكسيد المغنيسيوم يتحلل عند درجة حرارة 300 درجة مئوية تقريبًا، ويلبي المتطلبات التنظيمية الصارمة. ومع ذلك، تتطلب كلتا المادتين كميات كبيرة - تصل أحيانًا إلى 65% - مما قد يؤثر سلبًا على القوة الميكانيكية وسهولة التشكيل.

تشمل المواد الكيميائية الأخرى المقاومة للهب مركبات البورون، والميلامين، وكبريتات الأمونيوم، والتقنيات الناشئة مثل الطين النانوي والمواد المضافة القائمة على السيليكون والتي تهدف إلى توفير الحماية من اللهب بمستويات إضافة أقل.

تركيب الخلطات الرئيسية المقاومة للهب

تُصمَّم الخلطات الرئيسية المقاومة للهب عادةً لتتوافق مع الخصائص الريولوجية والجزيئية للبوليمر الأساسي. وتعتمد الجرعة الموصى بها على درجة مقاومة اللهب المطلوبة.

بالنسبة للبولي أوليفينات:

  • 10–14% عادةً ما تلبي إضافة الدفعة الرئيسية UL 94 V-2

  • 18–20% عادة ما تكون هناك حاجة إلى UL 94 V-0

يُصبح الحصول على تصنيف V-0 أسهل باستخدام بوليمر ذي وزن جزيئي عالٍ ومؤشر تدفق انصهار منخفض. ولأن البولي أوليفينات تميل إلى التقطير عند الاحتراق، فإن إضافة مواد مالئة مثل الطين قد تُساعد في تقليل التقطير، مع العلم أن ذلك قد يُقلل من فعالية مثبطات اللهب الهالوجينية.

اختيار مثبط اللهب المناسب

يتطلب اختيار نظام مثبطات اللهب الصحيح الإجابة على عدة أسئلة رئيسية:

  1. أي نوع مسموح به - محتوي على الهالوجينات أم غير محتوي عليها؟

  2. ما هي المعايير المطبقة؟ UL 94، E 84، MVSS، ASTM، VW-1، إلخ.

  3. ما هو التصنيف المطلوب؟ V-2 أو V-1 أو V-0 لمعيار UL-94

  4. هل الخصائص الميكانيكية بالغة الأهمية؟ (مثلاً، قوة الشد، الاستطالة)

  5. هل تشكل ظاهرة التزهير خطراً على عمليات مثل الختم أو الطباعة؟

  6. هل مقاومة الأشعة فوق البنفسجية مهمة؟ هل سيتعرض المنتج لأشعة الشمس؟

إذا كنت بحاجة ماسترباتش مقاوم للهب لتقديم طلبك، يرجى الاتصال بـ مورد مواد مركزة مثبطة للهب لنقدم لكم حلاً مقاومًا للهب.

ملحق: معايير اختبار القابلية للاشتعال الرئيسية

اختبار الاحتراق العمودي UL-94

يُقيّم هذا الاختبار قابلية الاشتعال والتقطير للبوليمرات المستخدمة في الإلكترونيات والأجهزة المنزلية. تُحرق العينات مرتين لمدة 10 ثوانٍ في كل مرة، مع تسجيل مدة اللهب وتأثيرات التقطير.

تشمل التقييمات ما يلي:

  • V-0: ≤10 ثوانٍ بعد إخماد اللهب؛ لا تقطير يُشعل القطن

  • V-1: ≤30 ثانية بعد إطفاء اللهب؛ لا اشتعال القطن

  • V-2: كما هو الحال في V-1، ولكن يُسمح بالتقطير الذي يُشعل القطن

مؤشر الأكسجين المحدود (LOI)

يقيس الحد الأدنى لتركيز الأكسجين اللازم لاستمرار الاحتراق.

UL-181

يستخدم لتقييم المواد في أنظمة مجاري الهواء.

UL-214

يقوم بتقييم انتشار اللهب في الأغشية والأقمشة باستخدام اختبارات اللهب الصغيرة والكبيرة.

ASTM E-84

يحدد انتشار اللهب وتطور الدخان لمواد البناء على الأسطح المكشوفة.

معيار سلامة المركبات الآلية رقم 302

يشترط أن تحترق مواد السيارات الداخلية بمعدل أقل من 4 بوصات/دقيقة لضمان الامتثال لمعايير السلامة.

العلامات
اتصال

تعرف على المزيد من المعرفة والاتجاهات في صناعة الأصبغة من مدونتنا.

انتقل إلى أعلى

سؤال

سيقوم فريقنا بإرسال أفضل عرض في غضون 20 دقيقة.

سؤال