Analisis dan Pengoptimuman Formulasi Kalis Api untuk Salutan PVC

Analisis dan Pengoptimuman Formulasi Kalis Api untuk Salutan PVC

Pelanggan mengeluarkan khemah PVC dan perlu menggunakan salutan kalis api. Formula semasa terdiri daripada 60 bahagian resin PVC, 40 bahagian TOTM, 30 bahagian aluminium hypophosphite (dengan 40% kandungan fosforus), 10 bahagian MCA, 8 bahagian zink borat, bersama-sama dengan dispersan. Walau bagaimanapun, prestasi kalis api adalah lemah, dan penyebaran kalis api juga tidak mencukupi. Di bawah ialah analisis sebab dan cadangan pelarasan kepada formula.

I. Sebab Teras Kerencatan Api Yang Lemah

1. Sistem Kalis Api Tidak Seimbang dengan Kesan Sinergis yang Lemah

• Aluminium hypophosphite berlebihan (30 bahagian):
  Walaupun aluminium hypophosphite adalah kalis api berasaskan fosforus yang cekap (40% kandungan fosforus), penambahan berlebihan (>25 bahagian) boleh menyebabkan:
• Peningkatan mendadak dalam kelikatan sistem, menyukarkan penyebaran dan membentuk titik panas terkumpul yang mempercepatkan pembakaran (“kesan sumbu”).
• Keliatan bahan berkurangan dan sifat pembentukan filem terjejas disebabkan pengisi bukan organik yang berlebihan.
• Kandungan MCA yang tinggi (10 bahagian):
  MCA (berasaskan nitrogen) biasanya digunakan sebagai sinergi. Apabila dos melebihi 5 bahagian, ia cenderung untuk berhijrah ke permukaan, menepu kecekapan kalis api dan berpotensi mengganggu kalis api lain.
• Kekurangan sinergi utama:
  Walaupun zink borat mempunyai kesan penindasan asap, ketiadaan sebatian berasaskan antimoni (cth, antimoni trioksida) atau oksida logam (cth, aluminium hidroksida) menghalang pembentukan sistem sinergistik "fosforus-nitrogen-antimoni", mengakibatkan keterlambatan nyalaan fasa gas yang tidak mencukupi.

2. Tidak Padan Antara Pemilihan Pengplastik dan Matlamat Kekal Api

• TOTM (trioctyl trimellitate) mempunyai retardansi nyalaan terhad:
  TOTM cemerlang dalam rintangan haba tetapi jauh kurang berkesan dalam kalis api berbanding ester fosfat (cth, TOTP). Untuk aplikasi kalis nyalaan tinggi seperti salutan khemah, TOTM tidak dapat menyediakan keupayaan hangus dan penghalang oksigen yang mencukupi.
• Jumlah plasticizer tidak mencukupi (hanya 40 bahagian):
  Resin PVC biasanya memerlukan 60–75 bahagian pemplastis untuk pemplastikan penuh. Kandungan plasticizer yang rendah membawa kepada kelikatan cair yang tinggi, seterusnya memburukkan lagi isu penyebaran kalis api.

3. Sistem Penyerakan Tidak Berkesan Membawa Kepada Taburan Kalis Api Tidak Sekata

• Penyerakan semasa mungkin jenis tujuan umum (cth, asid stearik atau lilin PE), yang tidak berkesan untuk kalis api tak organik beban tinggi (aluminium hypophosphite + zink borat berjumlah 48 bahagian), menyebabkan:
• Penggabungan zarah kalis api, mewujudkan bintik-bintik lemah setempat dalam salutan.
• Aliran cair yang lemah semasa pemprosesan, menghasilkan haba ricih yang mencetuskan penguraian pramatang.

4. Keserasian Lemah Antara Kalis Api dan PVC

• Bahan bukan organik seperti aluminium hypophosphite dan zink borat mempunyai perbezaan kekutuban yang ketara dengan PVC. Tanpa pengubahsuaian permukaan (cth, agen gandingan silane), pemisahan fasa berlaku, mengurangkan kecekapan kalis api.

II. Pendekatan Reka Bentuk Teras

1. Gantikan Pengplastik Utama dengan TOTP

• Manfaatkan ketahanan api intrinsik yang sangat baik (kandungan fosforus ≈9%) dan kesan pengplastikan.

2. Optimumkan Nisbah Kalis Api dan Sinergi

• Kekalkan aluminium hypophosphite sebagai sumber teras fosforus tetapi mengurangkan dosnya dengan ketara untuk meningkatkan penyebaran dan meminimumkan "kesan sumbu".
• Kekalkan zink borat sebagai sinergi utama (menggalakkan hangus dan penindasan asap).
• Kekalkan MCA sebagai sinergi nitrogen tetapi kurangkan dosnya untuk mengelakkan penghijrahan.
• perkenalkanaluminium hidroksida ultrahalus (ATH)sebagai komponen pelbagai fungsi:
• Kerencatan nyalaan:Penguraian endotermik (dehidrasi), penyejukan, dan pencairan gas mudah terbakar.
• Penindasan asap:Mengurangkan penjanaan asap dengan ketara.
• Pengisi:Merendahkan kos (berbanding dengan kalis api lain).
• Penyerakan dan aliran yang lebih baik (gred ultrafine):Lebih mudah tersebar daripada ATH konvensional, meminimumkan peningkatan kelikatan.

3. Penyelesaian Kuat untuk Isu Penyerakan

• Meningkatkan kandungan plasticizer dengan ketara:Pastikan pemplastikan PVC penuh dan kurangkan kelikatan sistem.
• Gunakan super-dispersant berkecekapan tinggi:Direka khusus untuk serbuk tak organik yang bermuatan tinggi dan mudah diaglomerasi (aluminium hypophosphite, ATH).
• Optimumkan pemprosesan (pracampuran adalah kritikal):Pastikan pembasahan menyeluruh dan penyebaran kalis api.

4. Memastikan Kestabilan Pemprosesan Asas

• Tambah penstabil haba yang mencukupi dan pelincir yang sesuai.

III. Formula PVC Kalis Api yang disemak semula

IV. Nota Formula dan Perkara Utama

1. TOTP ialah Asas Teras

• 65–75 bahagianmemastikan:
• Pemplastikan penuh: PVC memerlukan plasticizer yang mencukupi untuk pembentukan filem yang lembut dan berterusan.
• Pengurangan kelikatan: Penting untuk menambah baik serakan bahan kalis api bukan organik beban tinggi.
• Kerencatan nyalaan intrinsik: TOTP sendiri ialah pemplastis kalis api yang sangat berkesan.

2. Sinergi Kalis Api

• Sinergi PNB-Al:Aluminium hypophosphite (P) + MCA (N) menyediakan asas sinergi PN. Zink borat (B, Zn) meningkatkan penindasan hangus dan asap. Ultrafine ATH (Al) menawarkan penyejukan endotermik besar-besaran dan penindasan asap. TOTP juga menyumbang fosforus. Ini mewujudkan sistem sinergi berbilang elemen.
• Peranan ATH:25–35 bahagian ATH ultrahalus merupakan penyumbang utama kepada kalis api dan penindasan asap. Penguraian endotermiknya menyerap haba, manakala wap air yang dibebaskan mencairkan oksigen dan gas mudah terbakar.ATH ultrahalus dan dirawat permukaan adalah kritikaluntuk meminimumkan kesan kelikatan dan meningkatkan keserasian PVC.
• Hipofosfit aluminium terkurang:Diturunkan daripada 30 kepada 15–20 bahagian untuk meringankan beban sistem sambil mengekalkan sumbangan fosforus.
• MCA yang dikurangkan:Diturunkan daripada 10 kepada 4–6 bahagian untuk mengelakkan penghijrahan.

3. Penyelesaian Penyerakan – Kritikal untuk Kejayaan

• Super-dispersant (3–4 bahagian):Penting untuk mengendalikan beban tinggi (jumlah pengisi tak organik 50–70 bahagian!), sistem yang sukar disebarkan (aluminium hypophosphite + ultrafine ATH + zink borat).Penyebar biasa (cth, kalsium stearat, lilin PE) tidak mencukupi!Melabur dalam super-dispersant berkecekapan tinggi dan gunakan jumlah yang mencukupi.
• Kandungan plasticizer (65–75 bahagian):Seperti di atas, mengurangkan kelikatan keseluruhan, mewujudkan persekitaran yang lebih baik untuk penyebaran.
• Pelincir (1–2 bahagian):Gabungan pelincir dalaman/luaran memastikan pengaliran yang baik semasa membancuh dan menyalut, mengelakkan melekat.

4. Pemprosesan – Protokol Pra-Campuran Ketat

• Langkah 1 (kering-campurkan serbuk bukan organik):
• Tambahkan aluminium hypophosphite, ultrafine ATH, zinc borate, MCA, dan semua super-dispersant kepada pengadun berkelajuan tinggi.
• Campurkan pada 80–90°C selama 8–10 minit. Matlamat: Memastikan super-dispersant menyaluti setiap zarah sepenuhnya, memecahkan aglomerat.Masa dan suhu adalah kritikal!
• Langkah 2 (Pembentukan buburan):
• Tambahkan sebahagian besar TOTP (cth, 70–80%), semua penstabil haba dan pelincir dalaman kepada campuran dari Langkah 1.
• Campurkan pada 90–100°C selama 5–7 minit untuk membentuk buburan kalis api yang seragam dan boleh mengalir. Pastikan serbuk dibasahi sepenuhnya oleh pemplastis.
• Langkah 3 (Tambah PVC dan komponen yang tinggal):
• Tambah resin PVC, baki TOTP, pelincir luaran (dan penstabil antioksidan/UV, jika ditambah pada peringkat ini).
• Campurkan pada 100–110°C selama 7–10 minit sehingga mencapai “titik kering” (mengalir bebas, tiada gumpalan).Elakkan pencampuran berlebihan untuk mengelakkan degradasi PVC.
• penyejukan:Buang dan sejukkan campuran hingga <50°C untuk mengelakkan berketul.

5. Pemprosesan Seterusnya

• Gunakan adunan kering yang telah disejukkan untuk membuat kalendar atau salutan.
• Kawal suhu pemprosesan dengan ketat (suhu cair yang disyorkan ≤170–175°C) untuk mengelakkan kegagalan penstabil atau penguraian pramatang kalis api (cth, ATH).

V. Hasil Jangkaan dan Langkah Berjaga-jaga

• Kerencatan nyalaan:Berbanding dengan formula asal (TOTM + high aluminium hypophosphite/MCA), formula yang disemak semula ini (TOTP + nisbah P/N/B/Al yang dioptimumkan) seharusnya meningkatkan ketegaran api dengan ketara, terutamanya dalam prestasi pembakaran menegak dan penindasan asap. Sasaran standard seperti CPAI-84 untuk khemah. Ujian utama: ASTM D6413 (melecur menegak).
• Penyerakan:Super-dispersant + plasticizer tinggi + pra-campuran yang dioptimumkan seharusnya meningkatkan penyebaran, mengurangkan penggumpalan dan meningkatkan keseragaman salutan.
• Kebolehprosesan:TOTP dan pelincir yang mencukupi harus memastikan pemprosesan yang lancar, tetapi memantau kelikatan dan melekat semasa pengeluaran sebenar.
• Kos:TOTP dan super-dispersant mahal, tetapi pengurangan aluminium hypophosphite dan MCA mengimbangi beberapa kos. ATH adalah kos yang agak rendah.

Peringatan Kritikal:

• Percubaan berskala kecil dahulu!Uji di makmal dan laraskan berdasarkan bahan sebenar (terutamanya prestasi ATH dan super-dispersant) dan peralatan.
• Pemilihan bahan:
• ATH:Mesti menggunakan gred ultrafine (D50 ≤2µm), yang dirawat permukaan (cth, silane). Rujuk pembekal untuk cadangan serasi PVC.
• Penyebaran super:Mesti menggunakan jenis kecekapan tinggi. Maklumkan pembekal tentang aplikasi (PVC, pengisi tak organik beban tinggi, kalis nyalaan tanpa halogen).
• TOTP:Memastikan kualiti yang tinggi.
• Ujian:Jalankan ujian kalis api yang ketat mengikut standard sasaran. Juga menilai rintangan penuaan/air (kritikal untuk khemah luar!). Penstabil UV dan antioksidan adalah penting.

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