Thermoplastische Werkstoffe sind von Natur aus leicht entzündlich, da sie sich – wie die meisten kohlenwasserstoffbasierten Stoffe – bei ausreichender Hitzeeinwirkung schnell entzünden. Bei der Verbrennung spaltet die Hitze ihre langen Molekülketten in flüchtige Kohlenwasserstoffe sowie Wasserstoff- und Hydroxylradikale auf. Diese energiereichen Nebenprodukte reagieren rasch mit Sauerstoff, wodurch weitere Wärme erzeugt und die Flammenausbreitung ermöglicht wird.
Um dem entgegenzuwirken, Flammschutzmittelzusätze Sie werden in Polymere wie Polyolefine, Polycarbonat, Polyamid und Polyester eingearbeitet. Ihre Funktion besteht darin, die Entzündungsgefahr zu verringern, die Flammenausbreitung zu verlangsamen, die Rauchentwicklung zu unterdrücken und das Abtropfen zu minimieren. Ihr Hauptzweck ist es, die Verbrennung so lange hinauszuzögern, dass im Brandfall Menschen geschützt werden können, wobei zusätzlich Sachschäden reduziert werden.
Flammhemmende Kunststoffe Sie werden in vielen Alltagsbereichen eingesetzt – in Wohnungen, Büros, Fahrzeugen, öffentlichen Verkehrsmitteln, Elektronikgeräten und Industrieanlagen. Zahlreiche Märkte und Produkte erfordern sie aufgrund strenger Bauvorschriften und Industrienormen. Beispiele hierfür sind Baugewebe, Dämmstoffe, Banner, Dachmaterialien, Fahrzeuginnenausstattungen, Flugzeugkomponenten, Sitzmöbel, Matratzenbezüge, Elektronikgehäuse, Verkabelung, Stromkabel, Tunnel und vieles mehr.
Ein Feuer benötigt drei Elemente: Brennstoff, Sauerstoff und Hitze. Flammschutzmittel greifen physikalisch oder chemisch in einen oder mehrere Aspekte dieses Dreiecks ein.
Zu den physikalischen Mechanismen gehören:
Abkühlen des Substrats unter seine Verbrennungstemperatur
Eine Barriere (fest oder gasförmig) schaffen, um Sauerstoff zu blockieren
Freisetzung von Edelgasen, die brennbare Dämpfe verdünnen
Zu den chemischen Mechanismen gehören:
Unterbrechung von Gasphasen-Radikalreaktionen
Förderung der Bildung einer kohlenstoffreichen Kohleschicht, die das Polymer isoliert.
Zu den heute am häufigsten verwendeten kommerziellen Flammschutzmitteln gehören halogenierte Verbindungen, phosphorhaltige Additive und verschiedene Metalloxide.
| Typ | Eigenschaften | Typische Anwendungen |
|---|---|---|
| Halogeniert | Hochwirksam und kostengünstig; enthalten typischerweise Brom oder Chlor. | Automobilteile, Elektronikgehäuse, PE-Folien usw. |
| Halogenfrei | Umweltfreundlich; verwendet Phosphor, Stickstoff oder Metallhydroxide, um giftigen Rauch zu vermeiden. | Innenausstattung öffentlicher Verkehrsmittel, umweltfreundliche Baumaterialien, Unterhaltungselektronik, PET-Folie usw. |
| Trägerspezifisch | Speziell entwickelt für bestimmte Kunststoffe wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (Nylon) oder Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET). | Elektrische Leitungen, Kabelbäume, Lithium-Batteriegehäuse. |
Organische Halogenverbindungen – insbesondere bromierte Verbindungen – sind die am häufigsten verwendeten Flammschutzmittel für Kunststoffe. Sie wirken, indem sie die bei der Verbrennung entstehenden hochenergetischen Radikale neutralisieren und so die freigesetzten Brenngase deutlich reduzieren.
Bromierte Flammschutzmittel bieten ein ausgezeichnetes Preis-Leistungs-Verhältnis. Sie benötigen in der Regel geringere Dosierungen als Metallhydroxide wie ATH oder Magnesiumhydroxid und erhalten die mechanische Festigkeit des Polymers. Ihre gute Verarbeitbarkeit macht sie besonders geeignet für Polyethylen- und Polypropylenfolien.
Chlorierte Flammschutzmittel sind ebenfalls weit verbreitet und werden typischerweise als chlorierte Paraffine oder cycloaliphatische Verbindungen angeboten. Obwohl sie kostengünstiger als bromierte Flammschutzmittel und lichtbeständiger sind, weisen sie eine geringere thermische Stabilität auf und können während der Verarbeitung korrosiver wirken. Cycloaliphatische chlorierte Additive sind temperaturbeständiger – bis zu etwa 320 °C – als Paraffine.
Sowohl bromierte als auch chlorierte Flammschutzmittel erfordern Synergisten, Beispiele hierfür sind Antimon(III)-oxid, Zinkborat oder Zinkmolybdat. Synergisten wirken, indem sie Verbindungen (z. B. Antimon(III)-halogenide) bilden, die die Radikalunterdrückung verbessern und so die Wirksamkeit des halogenierten Flammschutzmittels steigern.
Während einige bromierte Verbindungen genauer unter die Lupe genommen wurden, kamen Überprüfungen der Europäischen Union – darunter auch Studien aus dem Jahr 2005 – zu dem Schluss, dass der im Handel erhältliche Decabromdiphenylether (Decabrom) für die menschliche Gesundheit unbedenklich ist und befreiten ihn von den RoHS-Beschränkungen.
Nicht halogenierte Flammschutzmittel lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Phosphorbasierte Kohlenstoffbildner Und endotherme Metalloxid-Zusätze.
Organische und anorganische Phosphorverbindungen wirken auf vielfältige Weise:
Neutralisierung von Verbrennungsradikalen in der Dampfphase
Die Freisetzung von Phosphorsäure unter Hitzeeinwirkung verändert die Polymerzersetzung.
Förderung der Kohlebildung, um den Zugang von Sauerstoff und Wärme zu blockieren
Phosphoradditive sind zwar hochwirksam, können sich aber bei Extrusionstemperaturen über 400°F (≈204°C) zersetzen, was unter Umständen die Polymereigenschaften beeinträchtigt oder die Verarbeitungsanlagen beschädigt.
Aluminiumtrihydrat (ATH) und Magnesiumhydroxid sind die gebräuchlichsten halogenfreien Alternativen.
ATH Es zersetzt sich bei 180–200 °C, wobei es Wärme aufnimmt und Aluminiumoxid bildet. Es ist kostengünstig und natürlich reichlich vorhanden, seine Verarbeitung ist jedoch auf niedrigere Temperaturen beschränkt.
Magnesiumhydroxid Es zersetzt sich bei ca. 300 °C und erfüllt strenge regulatorische Anforderungen. Allerdings erfordern beide Werkstoffe hohe Beladungen – teilweise bis zu 65% –, was die mechanische Festigkeit und Verarbeitbarkeit beeinträchtigen kann.
Zu den weiteren flammhemmenden chemischen Stoffen gehören Borverbindungen, Melamin, Ammoniumsulfamat sowie neue Technologien wie Nanotone und siliziumbasierte Additive, die darauf abzielen, Flammschutz mit geringeren Zugabemengen zu erreichen.
Flammschutzmittel-Masterbatches werden typischerweise so entwickelt, dass sie den rheologischen und molekularen Eigenschaften des Basispolymers entsprechen. Die empfohlene Dosierung hängt von der erforderlichen Flammschutzklasse ab.
Für Polyolefine:
10–14% Die Zugabe von Masterbatch trifft typischerweise UL 94 V-2
18–20% wird normalerweise benötigt für UL 94 V-0
Die V-0-Klassifizierung lässt sich leichter mit einem Polymer mit hohem Molekulargewicht und niedrigem Schmelzflussindex erreichen. Da Polyolefine beim Brennen zum Tropfen neigen, kann die Zugabe von Füllstoffen wie Ton das Tropfen minimieren – dies kann jedoch die Wirksamkeit halogenierter Flammschutzmittel verringern.
Die Wahl des richtigen Flammschutzsystems erfordert die Beantwortung mehrerer Schlüsselfragen:
Welche Art ist zulässig – halogeniert oder nicht halogeniert?
Welche Normen gelten? UL 94, E 84, MVSS, ASTM, VW-1 usw.
Welche Klassifizierung ist erforderlich? V-2, V-1 oder V-0 für UL-94
Sind die mechanischen Eigenschaften entscheidend? (z. B. Zugfestigkeit, Dehnung)
Stellt das Ausblühen ein Risiko für Prozesse wie Versiegeln oder Drucken dar?
Ist UV-Beständigkeit wichtig? Wird das Produkt Sonnenlicht ausgesetzt sein?
Falls Sie benötigen Flammhemmer-Masterbatch Für Ihre Bewerbung kontaktieren Sie bitte Lieferant von Flammschutzmittel-Masterbatch um Ihnen eine flammhemmende Lösung zu liefern.
Bewertet die Entflammbarkeit und das Abtropfen von Polymeren, die in Elektronikgeräten und Haushaltsgeräten verwendet werden. Die Proben werden zweimal jeweils 10 Sekunden lang verbrannt, wobei die Flammendauer und die Abtropferscheinungen aufgezeichnet werden.
Zu den Bewertungen gehören:
V-0: ≤10 Sekunden Nachflammen; kein Tropfen, das Baumwolle entzündet
V-1: ≤30 Sekunden Nachflammen; keine Entzündung der Baumwolle
V-2: Gleiches gilt wie für V-1, jedoch ist das Tropfen von Baumwolle, die sich entzündet, erlaubt.
Misst die minimale Sauerstoffkonzentration, die zur Aufrechterhaltung der Verbrennung erforderlich ist.
Wird zur Bewertung von Materialien in Luftkanalsystemen verwendet.
Bewertet die Flammenausbreitung in Folien und Textilien mithilfe von Klein- und Großflammentests.
Ermittelt die Flammenausbreitung und Rauchentwicklung bei Baustoffen auf exponierten Oberflächen.
Für die Einhaltung der Sicherheitsstandards ist eine Brenngeschwindigkeit von <4 Zoll/min für Materialien im Fahrzeuginnenraum erforderlich.
Erfahren Sie mehr über Wissen und Trends in der Masterbatch-Industrie in unserem Blog.
Haben Sie sich jemals gefragt, was ein funktionelles Masterbatch ist und wie es in verschiedene Typen eingeteilt werden kann? Funktionelles Masterbatch ist im Wesentlichen eine konzentrierte Form verschiedener Kunststoffadditive.
Flammschutzmittel-Masterbatches sind konzentrierte Mischungen aus feuerhemmenden Additiven, die in einem Trägerharz eingeschlossen sind. Sie werden Rohpolymeren während der Herstellung – beispielsweise beim Spritzgießen oder Extrudieren – zugesetzt, um die Entzündung zu verzögern, die Flammenausbreitung zu verlangsamen und die Rauchentwicklung zu reduzieren.
Die Herstellung von Masterbatch umfasst eine Reihe von Techniken und Prozessen, die jeweils sorgfältig ausgeführt werden, um ein Endprodukt von höchster Qualität zu gewährleisten. Dieser Herstellungsprozess kann in die folgenden entscheidenden Phasen unterteilt werden.
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