У врхунским апликацијама као што су електронски уређаји за ношење, ултра танки каблови и прозирни омотачи за паметне куће, термопластични полиуретан (ТПУ) је веома омиљен због своје одличне флексибилности, отпорности на хабање и транспарентности. Међутим, успоривачи пламена ТПУ производа са танким зидовима (обично се односе на дебљину зида <0,8 мм) суочава се са суштинском контрадикцијом: традиционални успоривачи пламена неизбежно доводе до храпавости површине, мраза, бељења, губитка транспарентности и оштрог пада механичких својстава (нарочито ефикасне флексибилности додавања) када се постигне ефикасна флексибилност. Овај проблем озбиљно ограничава развој врхунских ТПУ производа. Овај чланак ће се удубити у основни узрок ове контрадикције и систематски објаснити како постићи технолошки напредак коришћењем специфичних спецификација ултрафиног магнезијум хидроксида (као што је моделМДХ-ИИИ-3).
1. Физички сукоб између "високог додатка" и "танког зида": ТПУ је сам запаљив (ЛОИ око 17%), а да би се постигао ниво УЛ94 В-0 (1,6 мм) или чак ВТМ-0 ниво (танки зид), додатак успоривача пламена без халогена (као што је магнезијум хидроксид, МДХ) обично треба да буде чак 50-60 теж. У структурама са танким зидовима, тако висок удео крутих неорганских честица озбиљно оштећује континуирану фазну структуру ТПУ-а као еластомера, што доводи до тога да производ постаје тврд, крт и склон пуцању.
2. Строги захтеви за изглед површине: Компоненте врхунских производа потрошачке електронике захтевају глатку површину попут свиле, без дефеката и уједначену боју. Обичан МДХ има велику величину честица (>5μм) и широку дистрибуцију, која лако формира "плутајућа влакна", "питтинг" и "ознаке протока" на површини током екструзије или бризгања. Његова велика површина може изазвати лаку миграцију и замрзавање, озбиљно утичући на изглед и додир.
3. Контрадикција између транспарентности и магле: Многе ТПУ апликације са танким зидовима захтевају одређени степен транспарентности или полутранспарентности. Ако је величина испуњених честица већа од таласне дужине видљиве светлости (0,4-0,76μм), то ће изазвати снажно расејање светлости, што ће резултирати наглим повећањем замагљења и потпуним губитком транспарентности.
Модел "МДХ-ИИИ-3" представља тип ултрафиног, високе чистоће и високо модификованог на површини производа магнезијум хидроксида који је прошао дубоки инжењерски дизајн. Његов основни концепт дизајна има за циљ да одговори на горе наведене изазове:
·Ултра префињеност и уска дистрибуција: Величина Д50 честица је строго контролисана у опсегу од 0,8-1,2 μм (тј. ниво испод микрона), а индекс расподеле величине честица (СПАН вредност) је изузетно низак. Његов значај лежи у:
·Смањите расипање светлости: Велики број честица са величинама мањим од таласне дужине видљиве светлости значајно смањује опструкцију и расипање светлости, омогућавајући производу да одржи одличну прозирност или барем уједначен млечно бели изглед док испуњава захтеве за успоравање пламена, уместо грубе сивобеле боје.
·Смањите концентрацију стреса: Мање је вероватно да ће фине и униформне честице деловати као дефектне тачке напрезања, што је корисно за одржавање флексибилности и затезне чврстоће ТПУ-а.
·Напредна модификација површинске микрокапсулације:За разлику од једноставне инкапсулације са обичним спојним агенсима,МДХ-ИИИ-3 користи високо компатибилан полимерни интерфејс компатибилизатор са ТПУ меким сегментима за пресвлачење калемом. Овај „флексибилни слој интерфејса“ има две главне функције:
·Промовисање дисперзије: у великој мери смањују ван дер Валсове силе између МДХ честица, чинећи их лакшим отварањем силама смицања у топљењу ТПУ, постижући уједначеност дисперзије на наносмеру и избегавајући да агломерати постану површински дефекти и извори концентрације напона.
·Пуферовање и пренос стреса: Овај флексибилни слој може ефикасно да преноси и распршује спољашње силе, минимизирајући ометање крутих неорганских честица на кретање молекуларних ланаца меког сегмента ТПУ-а, одржавајући тако флексибилан и савитљив осећај еластичности ТПУ-а чак и под ултра-високим пуњењем (као што је 55 теж.%).
·Изузетно низак садржај јона нечистоћа: Кроз прецизне процесе синтезе и пречишћавања, садржај нечистоћа хлоридних јона, натријумових јона и других нечистоћа се контролише на нивоу ппм. Ово је директно повезано са стабилношћу обраде и отпорношћу на мраз. Нечистоће су катализатори деградације ТПУ-а (жутило, смањење вискозности) током обраде на високим температурама, а такође су и главни узрок касније миграције на површину да би се формирао „бели мраз“. МДХ-ИИИ-3 високе чистоће елиминише овај проблем из корена.
· Синергистички систем који успорава пламен: Помешати МДХ-ИИИ-3 са одређеним уделом синергистичких агенаса који успоравају ватру (као што су органски модификовани слојевити силикати). Ово последње може да формира структуру „нано баријере“ у ТПУ матрици, која синергише са ретардацијом пламена у гасној фази и ендотермном разградњом МДХ, а очекује се да ће смањити укупну количину доданог МДХ за 5-10%, стварајући простор за одржавање механичких својстава и изгледа.
· Реолошки модификатор: Додавање у траговима (0,1-0,5%) високоефикасних помоћних средстава за обраду (као што су флуорополимери) може значајно смањити вискозитет и експанзију калупа високо пуњене ТПУ талине, чинећи ток растопа глаткијим и равномернијим у калупима са танким зидовима, чиме се елиминишу линије и побољшавају глатке површине.
· Процес дисперзије смицања при ниској температури: Због високо дисперговане природе МДХ-ИИИ-3, језгро обраде треба да „спречи поновно агрегацију“ и „избегне термичку деградацију“. Треба користити екструдер са два пужа са ниским до средњим смицањем и прецизном контролом температуре, са благом конфигурацијом завртња и температуром секције топљења која је строго контролисана на 185-195 ℃ (далеко испод почетне температуре распадања МДХ на 340 ℃) како би се избегло топлотно оштећење ТПУ-а и модификатора површине.
· Висок притисак и бризгање велике брзине: За бризгање танких зидова, треба користити велику брзину ињектирања и висок притисак држања како би се осигурало да растопина богата пунилом брзо и густо испуњава шупљину калупа, смањујући разлику у протоку између површинског слоја очвршћавања и слоја језгра, чиме се добија изглед попут огледала.
| метрика учинка | Традиционална производња танких зидова ТПУ пуњена магнезијум хидроксидом (>5 μм)品 | МДХ-ИИИ-3 ултрафини ТПУ производи са танким зидовима пуњени магнезијум хидроксидом | Принцип побољшања |
| Завршна обрада | Грубо, са очигледним траговима и траговима тока | Глатко и равно, приближава се изгледу чистог ТПУ-а | Ултра фина величина честица и савршена дисперзија елиминишу макроскопске дефекте |
| Магла/транспарентност | Потпуно непрозиран, сиво беле боје | Једноличне полупровидне или млечно беле боје, врхунске текстуре | Субмикронске честице значајно смањују расипање видљиве светлости |
| Ефикасност успоравања пламена | За постизање В-0 потребна је веома висока количина додавања (>65%) | В-0 се може постићи додатком од 55-60% | Висока дисперзибилност максимизира његову ефикасност успорења пламена |
| Затезна чврстоћа/издужење | Озбиљно пропадање и крхкост | Стопа задржавања>70%, и даље има добру флексибилност | Флексибилни интерфејс слој и ултрафине честице смањују концентрацију напона |
| Отпорност на мраз | Површински бели мраз се појављује у року од неколико недеља | Дуготрајно (>6 месеци) без миграције или смрзавања | Висока чистоћа и стабилно хемијско везивање површине |
| Обрада ликвидности | Висок вискозитет и лоша флуидност растопа | Добра течност талине, погодна за обликовање танких зидова | Сфероидизација и третман површинског подмазивања смањују трење |
Решавање проблема равнотеже између отпорности пламена и изгледа ТПУ производа са танким зидовима није само питање „замене пунила“, већ систематског инжењеринга који укључује дизајн микроструктуре пунила, хемију интерфејса, реологију и технологију обраде. Ултрафини магнезијум хидроксид високих перформанси, представљен са МДХ-ИИИ-3, фундаментално преокреће дилему традиционалних неорганских успоривача пламена са "прекомерним пуњењем, лошим перформансама и лошим изгледом" кроз своје три основне карактеристике субмикронске величине честица, полимерног флексибилног интерфејсног слоја и ултра-високе чистоће.
