Algunas formulaciones de referencia de caucho de silicona basadas en retardantes de llama sin halógenos

A continuación se presentan cinco diseños de formulaciones de caucho de silicona basados ​​en retardantes de llama sin halógenos, que incorporan los retardantes de llama proporcionados por el cliente (hipofosfito de aluminio, borato de zinc, MCA, hidróxido de aluminio y polifosfato de amonio). Estos diseños buscan garantizar la resistencia a la llama y minimizar la cantidad de aditivos para reducir el impacto en las propiedades mecánicas del caucho de silicona.

1. Sistema retardante de llama sinérgico de fósforo y nitrógeno (tipo carbonizador de alta eficiencia)

Objetivo:UL94 V-0, baja emisión de humos, adecuado para aplicaciones de temperatura media a alta

Base de caucho: Caucho de metilvinilsilicona (VMQ, 100 phr)

Retardantes de llama:

• Hipofosfito de aluminio (AHP, a base de fósforo): 15 fr
• Proporciona una fuente eficiente de fósforo, promueve la formación de carbón y suprime la combustión en fase gaseosa.
• Cianurato de melamina (MCA, a base de nitrógeno): 10 fr
• Se sinergiza con el fósforo, libera gases inertes y diluye el oxígeno.
• Borato de zinc (ZnB): 5 fr
• Cataliza la formación de carbón, suprime el humo y mejora la estabilidad de la capa de carbón.
• Hidróxido de aluminio (ATH, método químico, 1,6–2,3 μm): 20 fr
• Descomposición endotérmica, retardancia de llama auxiliar y dispersabilidad mejorada.

Aditivos:

• Aceite de silicona hidroxilada (2 phr, mejora la procesabilidad)
• Sílice pirogénica (10 phr, refuerzo)
• Agente de curado (diperóxido, 0,8 phr)

Características:

• Carga total de retardante de llama ~50 phr, equilibrando la resistencia a la llama y las propiedades mecánicas.
• La sinergia fósforo-nitrógeno (AHP + MCA) reduce la cantidad necesaria de retardantes de llama individuales.

2. Sistema retardante de llama intumescente (tipo de baja carga)

Objetivo:UL94 V-1/V-0, adecuado para productos delgados

Base de caucho:VMQ (100 fr)

Retardantes de llama:

• Polifosfato de amonio (APP, a base de fósforo y nitrógeno): 12 fr
• Núcleo de formación de carbón intumescente, con buena compatibilidad con caucho de silicona.
• Hipofosfito de aluminio (AHP): 8 fr
• Fuente suplementaria de fósforo, reduce la higroscopicidad de la APP.
• Borato de zinc (ZnB): 5 fr
• Catálisis sinérgica de carbón y supresión de goteo.
• Hidróxido de aluminio (molido, 3–20 μm): 15 fr
• Retardante de llama auxiliar de bajo costo, reduce la carga de APP.

Aditivos:

• Aceite de silicona vinílica (3 phr, plastificación)
• Sílice precipitada (15 phr, refuerzo)
• Sistema de curado de platino (0,1 % Pt)

Características:

• Carga total de retardante de llama ~40 phr, eficaz para productos delgados debido al mecanismo intumescente.
• La APP requiere un tratamiento de superficie (por ejemplo, un agente de acoplamiento de silano) para evitar la migración.

3. Sistema optimizado de hidróxido de aluminio de alta carga (tipo rentable)

Objetivo:UL94 V-0, adecuado para productos o cables gruesos

Base de caucho:VMQ (100 fr)

Retardantes de llama:

• Hidróxido de aluminio (ATH, método químico, 1,6–2,3 μm): 50 fr
• Retardante de llama primario, descomposición endotérmica, tamaño de partícula pequeño para una mejor dispersión.
• Hipofosfito de aluminio (AHP): 5 fr
• Mejora la eficiencia de formación de carbón, reduce la carga de ATH.
• Borato de zinc (ZnB): 3 fracciones
• Supresión de humo y anti-incandescencia.

Aditivos:

• Agente de acoplamiento de silano (KH-550, 1 phr, mejora la interfaz ATH)
• Sílice pirogénica (8 phr, refuerzo)
• Curado con peróxido (DCP, 1 phr)

Características:

• La carga total de retardante de llama es de aproximadamente 58 phr, pero el ATH predomina en términos de rentabilidad.
• El tamaño pequeño de partículas de ATH minimiza la pérdida de resistencia a la tracción.

4. Sistema autónomo de hipofosfito de aluminio (AHP)

Solicitud:UL94 V-1/V-2, o donde las fuentes de nitrógeno no son deseables (por ejemplo, para evitar la formación de espuma de MCA que afecta la apariencia).

Fórmula recomendada:

• Base de caucho:VMQ (100 fr)
• Hipofosfito de aluminio (AHP): 20–30 fr
• Alto contenido de fósforo (40%); 20 phr proporcionan ~8% de fósforo para retardo de llama básico.
• Para UL94 V-0, aumentar a 30 phr (puede afectar las propiedades mecánicas).
• Relleno de refuerzo:Sílice (10–15 phr, mantiene la resistencia)
• Aditivos:Aceite de silicona hidroxilo (2 phr, procesabilidad) + agente de curado (sistema diperóxido o platino).

Características:

• Se basa en la resistencia al fuego de fase condensada (formación de carbón), mejora significativamente el LOI pero tiene una supresión de humo limitada.
• Una carga alta (>25 phr) puede endurecer el material; se recomienda agregar 3 a 5 phr de ZnB para mejorar la calidad del carbón.

5. Mezcla de hipofosfito de aluminio (AHP) + MCA

Solicitud:UL94 V-0, baja carga con sinergia de retardante de llama en fase gaseosa.

Fórmula recomendada:

• Base de caucho:VMQ (100 fr)
• Hipofosfito de aluminio (AHP): 12–15 ph
• Fuente de fósforo para la formación de carbón.
• MCA: 8–10 fr
• Fuente de nitrógeno para sinergia PN, libera gases inertes (por ejemplo, NH₃) para suprimir la propagación de la llama.
• Relleno de refuerzo: Sílice (10 phr)
• Aditivos:Agente de acoplamiento de silano (1 phr, coadyuvante de dispersión) + agente de curado.

Características:

• Carga total de retardante de llama ~20–25 phr, significativamente menor que el AHP independiente.
• MCA reduce el requisito de AHP pero puede afectar levemente la transparencia (use nano-MCA si se necesita claridad).

Resumen de la formulación retardante de llama

Recomendaciones experimentales

1. Pruebas prioritarias: AHP + MCA (15+10 phr). Si se alcanza V-0, reducir gradualmente el AHP (p. ej., 12+10 phr).
2. Prueba AHP independiente:Comience con 20 phr, incremente en 5 phr para evaluar LOI y UL94, monitoreando las propiedades mecánicas.
3. Supresión de humo:Agregue de 3 a 5 phr de ZnB a cualquier formulación sin comprometer la resistencia al fuego.
4. Optimización de costos:Incorpore entre 10 y 15 phr de ATH para reducir costos, aunque aumenta la carga total de relleno.

Proceso de mezcla recomendado

(Para caucho de silicona de curado por adición de dos partes)

1. Pretratamiento de caucho base:

• Cargue caucho de silicona (por ejemplo, goma 107, aceite de silicona de vinilo) en un mezclador planetario y desgasifique al vacío si es necesario.

1. Adición de retardante de llama:

• Retardantes de llama en polvo (por ejemplo, ATH, MH):
• Añadir en tandas, premezclar con caucho base (mezcla a baja velocidad, 10–15 min) para evitar la aglomeración.
• Secar a 80–120 °C si es higroscópico.
• Retardantes de llama líquidos (por ejemplo, fosfatos):
• Mezclar directamente con aceite de silicona, reticulante, etc., bajo alto cizallamiento (20–30 min).

1. Otros aditivos:

• Agregue secuencialmente rellenos (por ejemplo, sílice), reticulante (hidrosilano), catalizador (platino) e inhibidores.

1. Homogeneización:

• Refine aún más la dispersión utilizando un molino de tres rodillos o un emulsionante de alto cizallamiento (fundamental para nanoaditivos como los CNT).

1. Desgasificación y filtración:

• Desgasificador al vacío (-0,095 MPa, 30 min), filtro para requisitos de alta pureza.

Consideraciones clave

• Selección de retardantes de llama:
• Los retardantes libres de halógenos (por ejemplo, ATH) requieren un tamaño de partícula fino (1–5 μm); una carga excesiva perjudica las propiedades mecánicas.
• Los retardantes a base de silicona (por ejemplo, resinas de fenil silicona) ofrecen una mejor compatibilidad pero a un coste mayor.
• Control de procesos:
• Temperatura ≤ 60°C (evita el envenenamiento del catalizador de platino o el curado prematuro).
• Humedad ≤ 50% HR (evita reacciones entre el aceite de silicona hidroxílica y los retardantes de llama).

Conclusión

• Producción en masa:Premezcle retardantes de llama con caucho base para lograr mayor eficiencia.
• Requisitos de alta estabilidad:Mezclar durante la preparación para minimizar los riesgos de almacenamiento.
• Sistemas nano-retardantes de llama:Dispersión obligatoria a alto cizallamiento para evitar la aglomeración.

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