SK 폴리에스터 ES500(UL94 V0 등급)에 대한 기준 난연제 제형입니다.
I. 제형 설계 접근 방식
- 기판 호환성
- SK 폴리에스터 ES500: 일반적인 가공 온도가 220~260°C인 열가소성 폴리에스터입니다. 난연제는 이 온도 범위를 견뎌야 합니다.
- 주요 요구 사항: 난연성(V0), 기계적 특성(인장/충격 강도), 가공 유동성의 균형을 맞춰야 합니다.
- 시너지 효과 난연 시스템
- 초미립 수산화알루미늄(ATH): 주요 난연제이며 흡열 탈수 특성을 지닙니다. 난연성과 기계적 물성의 균형을 맞춰야 합니다.
- 알루미늄 차아인산염: 숯 형성 상승제로, ATH와 함께 작용하여 인-알루미늄 상승 효과를 만들어 숯 품질을 개선합니다.
- 붕산아연: 탄화력 향상제, 연기 억제, ATH와 함께 두꺼운 장벽을 형성합니다.
- MCA(멜라민 시아누레이트): 기체 상태의 난연제로, 산소를 희석하고 용융물이 떨어지는 것을 방지합니다.
II. 권장 제형(중량 백분율)
| 요소 | 비율 | 처리 노트 |
|---|---|---|
| SK 폴리에스터 ES500 | 45~50% | 기본 수지; 필러 점도를 보상하기 위해 고유동성 등급을 선택합니다. |
| 초미립 ATH | 25~30% | 실란 커플링제(KH-550)로 표면 개질, D50 < 3 μm. |
| 알루미늄 차아인산염 | 10~12% | 내열성(>300°C)이 뛰어나며, ATH와 미리 혼합하여 단계적으로 첨가합니다. |
| 붕산아연 | 6~8% | 고전단 구조적 손상을 방지하기 위해 MCA를 첨가했습니다. |
| 엠씨에이 | 4~5% | 공정 온도 < 250°C, 저속 분산. |
| 분산제 | 2~3% | 폴리에스터 호환 분산제(예: BYK-161) + 폴리에틸렌 왁스 복합재. |
| 커플링제(KH-550) | 1% | ATH와 차아인산알루미늄을 전처리하고, 에탄올에 담근 후 건조합니다. |
| 드립 방지제 | 0.5~1% | 용융 점화를 억제하기 위한 PTFE 미세분말. |
| 처리 지원 | 0.5% | 스테아르산 아연(윤활 및 부착 방지). |
III. 주요 공정 제어
- 분산 최적화
- 전처리: ATH와 알루미늄 하이포아포스파이트를 1% KH-550 에탄올 용액에 2시간 담근 후 80°C에서 건조합니다.
- 믹싱 시퀀스:
- 기본수지 + 분산제 + 커플링제 → 저속혼합(500rpm, 5분).
- 변형 ATH/알루미늄 차아인산염 첨가 → 고속 전단(2500rpm, 20분).
- 붕산아연/MCA/PTFE 첨가 → 저속 혼합(800rpm, 10분).
- 장비: 트윈 스크류 압출기(온도 영역: 공급 영역 200°C, 용융 영역 230°C, 다이 220°C).
- 처리 온도 제어
- MCA 분해를 방지하려면 용융 온도가 250°C 미만이 되도록 하세요(MCA는 250~300°C에서 분해됩니다).
- 난연제 이동을 방지하기 위해 압출 후 펠릿을 물로 냉각합니다.
IV. 난연성 시너지 메커니즘
- ATH + 알루미늄 차아인산염
- ATH는 열을 흡수하고 수증기를 방출하여 가연성 가스를 희석합니다.
- 알루미늄 차아인산염은 고밀도 숯(AlPO₄) 형성을 촉진하여 열 전달을 차단합니다.
- 붕산아연 + MCA
- 붕산아연은 숯의 균열 위에 유리질 장벽을 형성합니다.
- MCA는 분해되어 NH₃를 방출하여 산소를 희석하고 자유 라디칼 반응을 억제합니다.
- PTFE 안티드립
- PTFE 미세분말은 섬유질 네트워크를 형성하여 용융물 떨어짐으로 인한 점화 위험을 줄입니다.
V. 성능 튜닝 및 문제 해결
| 일반적인 문제 | 해결책 |
|---|---|
| V0 이하(V1/V2) 난연성 | 알루미늄 차아인산염을 12%로 늘리고 MCA를 5%로 늘리거나, 캡슐화된 적색 인을 2% 추가합니다(알루미늄 차아인산염과 상승효과). |
| 기계적 특성 감소 | ATH를 25%로 줄이고, 유리섬유(강화제) 5% 또는 말레산 무수물 접목 POE(강화제) 3%를 추가합니다. |
| 가공 유동성이 좋지 않음 | 분산제를 3%로 늘리거나 저분자량 폴리에틸렌 왁스(윤활제)를 0.5% 추가합니다. |
| 표면 개화 | 더 나은 계면 결합을 위해 커플링제 투여량을 최적화하거나 티타네이트 커플링제(NDZ-201)로 전환하세요. |
VI. 검증 지표
- UL94 V0 테스트:
- 1.6mm 및 3.2mm 시편, 2회 점화 후 총 연소 시간 < 50초, 점화 낙하 없음.
- LOI: 목표 ≥30% (실제 ≥28%).
- 기계적 특성:
- 인장강도 > 40 MPa, 충격강도 > 5 kJ/m² (ASTM 표준).
- 열 안정성(TGA):
- 800°C에서 숯 잔류물 > 20%, 초기 분해 온도 > 300°C.
VII. 참조 공식 예시
| 요소 | 콘텐츠 (%) |
|---|---|
| SK 폴리에스터 ES500 | 48% |
| 초미립 ATH(개질) | 28% |
| 알루미늄 차아인산염 | 11% |
| 붕산아연 | 7% |
| 엠씨에이 | 4% |
| BYK-161 분산제 | 2.5% |
| KH-550 커플링제 | 1% |
| PTFE 방울 방지제 | 0.8% |
| 스테아르산 아연 | 0.5% |
이 제형 및 공정 설계는 SK 폴리에스터 ES500에 대해 가공성과 기계적 물성의 균형을 유지하면서 UL94 V0 난연성을 효과적으로 달성합니다. 미세 조정 비율(예: 차아인산알루미늄과 MCA의 균형)을 적용하기 전에 분산성을 검증하기 위해 소규모 시험을 수행하는 것이 좋습니다. 난연성을 더욱 향상시키기 위해 이중 기능성 열전도성/난연성 충전재로 2% 질화붕소 나노시트(BNNS)를 첨가하는 것을 고려하십시오.
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게시 시간: 2025년 7월 1일
