할로겐 프리 난연제를 기반으로 한 일부 실리콘 고무 참조 제형

다음은 고객이 제공한 난연제(차아인산알루미늄, 붕산아연, MCA, 수산화알루미늄, 폴리인산암모늄)를 포함하여 할로겐 프리 난연제를 기반으로 한 다섯 가지 실리콘 고무 제형 설계입니다. 이러한 설계는 실리콘 고무의 기계적 특성에 미치는 영향을 최소화하기 위해 첨가제 사용량을 최소화하는 동시에 난연성을 보장하는 것을 목표로 합니다.

1. 인-질소 시너지 난연 시스템(고효율 숯형성형)

목표: UL94 V-0, 저연성, 중온~고온 적용에 적합

베이스 고무: 메틸비닐실리콘고무(VMQ, 100phr)

난연제:

• 알루미늄 차아인산염(AHP, 인 기반): 15페르
• 효율적인 인 공급원을 제공하고, 숯 형성을 촉진하며, 기체상 연소를 억제합니다.
• 멜라민시아누레이트(MCA, 질소 기반): 10페르
• 인과 상승작용을 하며, 불활성 가스를 방출하고, 산소를 희석합니다.
• 붕산아연(ZnB): 5프랑
• 숯 형성을 촉진하고, 연기를 억제하며, 숯 층의 안정성을 향상시킵니다.
• 수산화알루미늄(ATH, 화학적 방법, 1.6–2.3 μm): 20페르
• 흡열 분해, 보조 난연성, 향상된 분산성.

첨가제:

• 하이드록실 실리콘 오일(2phr, 가공성 향상)
• 훈증 실리카(10phr, 보강재)
• 경화제(디퍼옥사이드, 0.8phr)

특징:

• 총 난연제 함량은 약 50phr로, 난연성과 기계적 특성이 균형을 이루고 있습니다.
• 인-질소 시너지(AHP + MCA)는 개별 난연제의 필요량을 줄여줍니다.

2. 팽창형 난연 시스템(저부하형)

목표: UL94 V-1/V-0, 얇은 제품에 적합

베이스 고무: VMQ(100phr)

난연제:

• 폴리인산암모늄(APP, 인-질소 기반): 12페르
• 실리콘 고무와의 호환성이 좋으며 팽창성 숯 형성의 핵심입니다.
• 알루미늄 차아인산염(AHP): 8페르
• 보충 인산 공급원은 APP 흡습성을 감소시킵니다.
• 붕산아연(ZnB): 5프랑
• 상승적 숯 촉매 작용과 드립 억제.
• 수산화알루미늄(분쇄, 3–20 μm): 15페르
• 저렴한 보조 난연제로 APP 부하를 줄입니다.

첨가제:

• 비닐실리콘오일(3phr, 가소화)
• 침전 실리카(15phr, 보강재)
• 백금 경화 시스템(0.1% Pt)

특징:

• 총 난연제 함량은 ~40phr이며, 팽창 메커니즘으로 인해 얇은 제품에 효과적입니다.
• APP는 마이그레이션을 방지하기 위해 표면 처리(예: 실란 커플링제)가 필요합니다.

3. 고부하 알루미늄 수산화물 최적화 시스템 (비용 효율적 유형)

목표: UL94 V-0, 두꺼운 제품이나 케이블에 적합

베이스 고무: VMQ(100phr)

난연제:

• 수산화알루미늄(ATH, 화학적 방법, 1.6–2.3 μm): 50페르
• 주요 난연제, 흡열 분해, 작은 입자 크기로 분산이 더 좋습니다.
• 알루미늄 차아인산염(AHP): 5프랑
• 숯 형성 효율을 높이고 ATH 부하를 줄입니다.
• 붕산아연(ZnB): 3프랑
• 연기 억제 및 빛 차단.

첨가제:

• 실란 커플링제(KH-550, 1phr, ATH 계면 개선)
• 훈증 실리카(8phr, 보강재)
• 과산화물 경화(DCP, 1phr)

특징:

• 총 난연제 함량은 약 58phr이지만, 비용 효율성 측면에서는 ATH가 우세합니다.
• 작은 ATH 입자 크기는 인장 강도 손실을 최소화합니다.

4. 독립형 알루미늄 차아인산염(AHP) 시스템

애플리케이션: UL94 V-1/V-2 또는 질소원이 바람직하지 않은 경우(예: 외관에 영향을 미치는 MCA 발포 방지).

추천 제형:

• 베이스 고무: VMQ(100phr)
• 알루미늄 차아인산염(AHP): 20~30phr
• 높은 인 함량(40%); 20phr은 기본 난연성을 위해 ~8%의 인을 제공합니다.
• UL94 V-0의 경우 30phr로 증가시킵니다(기계적 특성이 손상될 수 있음).
• 강화 필러: 실리카(10~15phr, 강도 유지)
• 첨가제: 하이드록실 실리콘 오일(2phr, 가공성) + 경화제(디퍼옥사이드 또는 백금계).

특징:

• 응축상 난연성(탄화 형성)을 이용하여 LOI를 크게 향상시키지만 연기 억제 효과는 제한적입니다.
• 높은 함량(>25phr)은 재료를 단단하게 만들 수 있습니다. 탄화 품질을 개선하려면 3~5phr의 ZnB를 추가하는 것이 좋습니다.

5. 알루미늄 차아인산염(AHP) + MCA 블렌드

애플리케이션: UL94 V-0, 가스상 난연 시너지 효과가 있는 낮은 함량.

추천 제형:

• 베이스 고무: VMQ(100phr)
• 알루미늄 차아인산염(AHP): 12–15 phr
• 숯 형성을 위한 인의 공급원.
• 엠씨에이: 8~10phr
• PN 시너지 효과를 위한 질소 공급원으로, 화염 전파를 억제하기 위해 불활성 가스(예: NH₃)를 방출합니다.
• 강화 필러: 실리카(10phr)
• 첨가제: 실란 커플링제(1phr, 분산보조제) + 경화제.

특징:

• 총 난연제 함량은 ~20~25phr로 단독 AHP보다 상당히 낮습니다.
• MCA는 AHP 요구 사항을 줄이지만 투명도에 약간 영향을 미칠 수 있습니다(명확성이 필요한 경우 나노 MCA를 사용하세요).

난연제 제형 요약

실험 권장 사항

1. 우선 순위 테스트: AHP + MCA (15+10 phr). V-0에 도달하면 AHP를 점진적으로 줄입니다(예: 12+10 phr).
2. 독립형 AHP 테스트: 20phr에서 시작하여 LOI와 UL94를 평가하고 기계적 특성을 모니터링하기 위해 5phr씩 증가시킵니다.
3. 연기 억제: 난연성을 손상시키지 않고 모든 제형에 3~5phr의 ZnB를 첨가할 수 있습니다.
4. 비용 최적화: 비용을 줄이기 위해 10~15phr ATH를 첨가하지만 총 필러 적재량은 증가합니다.

권장 혼합 프로세스

(2부형 부가경화 실리콘 고무용)

1. 베이스 고무 전처리:

• 실리콘 고무(예: 107검, 비닐 실리콘 오일)를 행성형 믹서에 넣고, 필요한 경우 진공 상태에서 탈기합니다.

1. 난연제 첨가:

• 분말형 난연제(예: ATH, MH):
• 일괄적으로 첨가하고, 응집을 방지하기 위해 기본 고무와 미리 혼합합니다(저속 혼합, 10~15분).
• 흡습성이 있는 경우 80~120°C에서 건조하세요.
• 액체 난연제(예: 인산염):
• 고전단(20~30분) 하에 실리콘 오일, 가교제 등과 직접 혼합합니다.

1. 기타 첨가제:

• 순차적으로 필러(예: 실리카), 가교제(하이드로실란), 촉매(백금), 억제제를 첨가합니다.

1. 균질화:

• 3롤 밀이나 고전단 유화제(CNT와 같은 나노 첨가제에 필수)를 사용하여 분산을 더욱 정밀하게 합니다.

1. 탈기 및 여과:

• 진공 탈기(-0.095 MPa, 30분), 고순도 요구 사항에 대한 필터링.

주요 고려 사항

• 난연제 선택:
• 할로겐이 없는 지연제(예: ATH)는 미세한 입자 크기(1~5μm)를 필요로 하며, 과도한 첨가는 기계적 특성을 손상시킵니다.
• 실리콘 기반 지연제(예: 페닐 실리콘 수지)는 더 나은 호환성을 제공하지만 비용이 더 많이 듭니다.
• 공정 제어:
• 온도 ≤ 60°C(백금 촉매 중독이나 조기 경화를 방지합니다).
• 습도 ≤ 50% RH (하이드록실 실리콘 오일과 난연제 간의 반응을 방지합니다).

결론

• 양산: 효율성을 위해 기본 고무에 난연제를 미리 혼합합니다.
• 높은 안정성 요구 사항: 보관 위험을 최소화하기 위해 혼합하는 동안 혼합하세요.
• 나노 난연 시스템: 응집을 방지하기 위해 고전단 분산이 필수적입니다.

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