할로겐 프리 난연제를 기반으로 한 일부 실리콘 고무 참조 배합

다음은 할로겐이 함유되지 않은 난연제를 기반으로 한 5가지 실리콘 고무 배합 설계입니다. 이 설계에는 고객이 제공한 난연제(차아인산알루미늄, 붕산아연, MCA, 수산화알루미늄, 폴리인산암모늄)가 포함됩니다. 이 설계는 난연성을 확보하는 동시에 첨가제 사용량을 최소화하여 실리콘 고무의 기계적 특성에 미치는 영향을 줄이는 것을 목표로 합니다.

1. 인-질소 시너지 난연 시스템(고효율 탄화형)

목표UL94 V-0 등급, 저연성, 중고온 환경에 적합

베이스 고무: 메틸 비닐 실리콘 고무(VMQ, 100 phr)

난연제:

• 인산알루미늄(AHP, 인계): 15 phr
• 효율적인 인 공급원을 제공하고, 숯 생성을 촉진하며, 기체상 연소를 억제합니다.
• 멜라민 시아누레이트(MCA, 질소계): 10 phr
• 인과 시너지 효과를 내고, 불활성 기체를 방출하며, 산소를 희석시킵니다.
• 붕산아연(ZnB): 5 phr
• 숯 생성을 촉진하고, 연기 발생을 억제하며, 숯층의 안정성을 향상시킵니다.
• 수산화알루미늄(ATH, 화학적 방법, 1.6–2.3 μm): 20 phr
• 흡열 분해, 보조 난연성 및 향상된 분산성.

첨가제:

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

특징:

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

2. 팽창형 난연 시스템(저용량형)

목표UL94 V-1/V-0 등급으로 얇은 제품에 적합합니다.

베이스 고무: VMQ (100 phr)

난연제:

• 폴리인산암모늄(APP, 인-질소 기반): 12 phr
• 팽창성 탄화물 형성의 핵심이며, 실리콘 고무와 우수한 상용성을 갖습니다.
• 알루미늄 하이포아인산염(AHP): 8 phr
• 인산 보충 공급원으로서 APP의 흡습성을 감소시킨다.
• 붕산아연(ZnB): 5 phr
• 시너지 효과를 내는 숯 촉매 작용 및 물방울 떨어짐 억제.
• 수산화알루미늄(분말, 3–20 μm): 15 phr
• 저렴한 보조 난연제로 APP 함량을 줄입니다.

첨가제:

• 비닐 실리콘 오일(3 phr, 가소제)
• 침전 실리카(15 phr, 보강재)
• 백금 경화 시스템(0.1% Pt)

특징:

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

3. 고부하 수산화알루미늄 최적화 시스템 (비용 효율적인 유형)

목표UL94 V-0 등급으로 두꺼운 제품이나 케이블에 적합합니다.

베이스 고무: VMQ (100 phr)

난연제:

• 수산화알루미늄(ATH, 화학적 방법, 1.6–2.3 μm): 50 phr
• 주된 난연제, 흡열 분해, 우수한 분산성을 위한 작은 입자 크기.
• 알루미늄 하이포아인산염(AHP): 5 phr
• 숯 생성 효율을 향상시키고 ATH 부하를 줄입니다.
• 붕산아연(ZnB): 3개
• 연기 억제 및 발광 방지.

첨가제:

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

특징:

• 총 난연제 함량은 약 58 phr이지만, 비용 효율성 측면에서는 ATH가 우세합니다.
• ATH 입자 크기가 작을수록 인장 강도 손실이 최소화됩니다.

4. 독립형 차아인산알루미늄(AHP) 시스템

애플리케이션UL94 V-1/V-2 규격을 준수하거나 질소 공급원이 바람직하지 않은 경우(예: 외관에 영향을 미치는 MCA 거품 발생 방지)에 사용 가능합니다.

권장 제형:

• 베이스 고무: VMQ (100 phr)
• 알루미늄 하이포아인산염(AHP): 20~30 phr
• 높은 인 함량(40%); 20 phr은 기본적인 난연성을 위한 약 8%의 인을 제공합니다.
• UL94 V-0의 경우, phr을 30으로 늘리십시오(기계적 특성이 저하될 수 있습니다).
• 보강 충전재실리카(10~15 phr, 강도 유지)
• 첨가제: 하이드록실 실리콘 오일(2 phr, 가공성) + 경화제(디퍼옥사이드 또는 플래티넘 시스템).

특징:

• 응축상 난연성(탄화물 형성)에 의존하며, LOI를 크게 향상시키지만 연기 억제 효과는 제한적입니다.
• 아연붕소(ZnB)를 25 phr 이상 첨가하면 재료가 뻣뻣해질 수 있으므로, 숯의 품질을 개선하기 위해 3~5 phr의 ZnB를 추가하는 것이 좋습니다.

5. 아인산알루미늄(AHP) + MCA 혼합물

애플리케이션UL94 V-0 등급, 기체상 난연제의 시너지 효과를 이용한 저함량 제품.

권장 제형:

• 베이스 고무: VMQ (100 phr)
• 알루미늄 하이포아인산염(AHP): 12–15 phr
• 숯 형성을 위한 인 공급원.
• MCA: 8–10 phr
• PN 시너지 효과를 위한 질소 공급원은 화염 확산을 억제하기 위해 불활성 가스(예: NH₃)를 방출합니다.
• 보강 충전재: 실리카 (10 phr)
• 첨가제: 실란 커플링제(1 phr, 분산 보조제) + 경화제.

특징:

• 총 난연제 함량은 약 20~25 phr로, 단독 AHP보다 상당히 낮습니다.
• MCA는 AHP 요구량을 줄여주지만 투명도에 약간의 영향을 줄 수 있습니다 (투명도가 필요한 경우 나노 MCA를 사용하십시오).

난연제 배합 요약

실험 권장 사항

1. 우선 순위 테스트: AHP + MCA (15+10 phr). V-0이 달성되면 AHP를 점진적으로 줄입니다(예: 12+10 phr).
2. 독립형 AHP 테스트: 20 phr에서 시작하여 5 phr씩 증량하면서 LOI 및 UL94를 평가하고 기계적 특성을 모니터링합니다.
3. 연기 진압난연성을 저해하지 않으면서 모든 배합물에 ZnB 3~5 phr을 첨가하십시오.
4. 비용 최적화비용 절감을 위해 ATH를 10~15 phr 첨가하되, 총 필러 함량은 증가합니다.

권장 혼합 과정

(2액형 부가경화형 실리콘 고무용)

1. 기저 고무 전처리:

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

1. 난연제 첨가:

• 분말형 난연제(예: ATH, MH):
• 고무를 조금씩 넣고, 덩어리짐을 방지하기 위해 베이스 고무와 미리 저속으로 10~15분간 혼합하십시오.
• 흡습성이 있는 경우 80~120°C에서 건조하십시오.
• 액체 난연제(예: 인산염):
• 실리콘 오일, 가교제 등과 직접 혼합하고 고속 전단(20~30분)을 가합니다.

1. 기타 첨가제:

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

1. 균질화:

• 3롤 밀 또는 고전단 유화제를 사용하여 분산성을 더욱 개선하십시오(CNT와 같은 나노 첨가제에 필수적).

1. 탈기 및 여과:

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

주요 고려 사항

• 난연제 선택:
• 할로겐이 함유되지 않은 난연제(예: ATH)는 미세한 입자 크기(1~5μm)가 필요하며, 과다 첨가 시 기계적 특성이 저하됩니다.
• 실리콘계 난연제(예: 페닐 실리콘 수지)는 호환성이 더 좋지만 비용이 더 높습니다.
• 공정 제어:
• 온도 60°C 이하 (백금 촉매의 중독 또는 조기 경화를 방지합니다).
• 습도 ≤ 50% RH (하이드록실 실리콘 오일과 난연제 간의 반응을 방지합니다).

결론

• 양산효율성을 위해 난연제를 기본 고무와 미리 혼합하십시오.
• 높은 안정성 요구 사항: 조제 과정에서 혼합하여 보관 위험을 최소화하십시오.
• 나노 난연 시스템응집 방지를 위해 고전단 분산이 필수적입니다.

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