要设计一个好的阻燃TPE材料改性配方,必须要有扎实的理论基础和实践经验。这里浅谈一下阻燃TPE配方设计的一些心得体会,分别从材料部分和材料特性之各类关注问题点进行阐述,供大家参考和交流,不足之处请多多指正。
一、材料选择
要想成功设计一个配方,必须熟悉各种基础树脂原料的物性、用途以及相关背景。
(一)主体树脂材料
SEBS+PP+接枝相容剂+OIL+助剂(润滑剂和抗氧抗紫外等)
挤出成型TPE可选择中高分子量的SEBS,注塑成型可选择中低分子量的SEBS,提高材料流动性,有利于成型和良好的外观。
增塑剂OIL(白油和环烷油)可以提高塑化性能,调整材料硬度,并且降低成本,但降低了抗张强度,对阻燃性能影响也大,另外使用粘度高的油品材料的流动性会变小。
接枝相容剂或其它树脂可以提高强度,增加弹性,可以满足粘接其它部件性能等功能性要求。
抗氧剂防止材料在加工过程氧化变黄,但需适量,并且选择合适的抗氧剂,否则过量会有析出风险。
润滑分散剂可选择硅酮粉、硅酮母粒、EBS、PE蜡、芥酸酰胺、油酸酰胺等,液体的润滑剂可以选有机硅油类。
(二)无卤阻燃剂
P/N型无卤阻燃剂-----阻燃效率高,且不析出,要求不能产生PH3。
C-P键化学稳定性强:
阻燃剂类型有MCA或MPP和ADP复配体系,次磷酸铝和焦磷酸哌嗪复配体系等。
有些磷酸酯类阻燃剂需要注意会容易析出和气味很大,务必谨慎添加。
阻燃剂粒径需要选择分散好的范围,黑色产品容易产生白点,另外阻燃剂分散不好,和树脂的相容性差会产生颗粒、杂质、气孔等缺陷。
二、材料特性考虑
一般开发一个新产品,需要了解新产品的相关背景及国内外研究发展趋势和现状,这样可以做到目标明确。从客户这边了解和熟悉自己所要开发的新产品相关资料越多越好,查阅相关文献和市场同类产品信息。
除了产品标准和性能具体要求以外,以下几点是产品开发时需重点考虑的地方。
(一)粘度
材料设计中需要考虑一定的粘度,各组分才能均匀分散和融合,特设计添加接枝苯乙烯类相容剂,有利于无卤阻燃剂和树脂之间的充分相容。
粘度过低,这样的产品是比较容易做到的,这是几年前的传统配方结构,只要在配方当中使用分子量适当高的材料(SEBS和不同粘度的弹性体树脂等),以及多加点含苯环的材料PPO和PS等就可以达到低粘度,多加入些外滑的助剂就可达到不粘螺杆、耐刮好等的效果。
但这样做会造成各组分之间相容差,线材表面容易产生眼渣、颗粒、杂质、抗UV性能差,时间长会有自动变色,抗静电效果更差,更容易粘灰,甚至有析出风险,并且电线在高温下150℃热冲击不易通过,满足不了UL标准要求等。因此设计一款合适粘度是无卤阻燃材料必备考量。
(二)耐刮性
无卤阻燃材料由于添加大量的无机物阻燃剂,容易使材料失去原有的高弹性以及失去表面的耐刮的特征,为了提高材料的耐刮性能,目前普遍使用方法有:
1.使用分子量较高的材料和带苯环结构的PS、PPO搭配适当的接枝材料来提高表面耐刮
在浅色或白色产品中,添加这些物质会造成发黄,抗UV性能严重降低。
在红色等彩色产品中如果采用这些物质后抗UV性能会更差,鲜艳的颜色配色困难且容易导致变色情况。
如果要提升抗UV能力则必须加入大量助剂,这样会使产品析出、表面发粘等情况出现。
降低阻燃等级,减少无卤阻燃剂的添加量,提高材料树脂苯乙烯含量,耐刮性能会随之提高。
特高温热冲击风险,由于过量的刚性苯环结构材料与阻燃剂之间的相容性能如果没有很好的结合会在高温下发生开裂,材料的后患风险较大。
为了避免开裂的风险:降低刚性苯环结构材料,辅以增加阻燃剂和SEBS的相容性材料-----不可避免牺牲材料部分耐刮性能。
2.添加润滑助剂,降低表面摩擦系数,提高材料的表面耐刮性能
由于使用大量的润滑助剂,一方面可以提高材料的平滑度来降低磨擦而提升表面耐刮,但是这些助剂的使用极易造成析出问题发生,会造成大量白粉在表面。
另一方面,也会导致电线表面发粘。一般用作润滑剂的硅酮粉,分子量最小;耐刮擦用途的分子量比润滑剂大,但是也不宜太大,因为要考虑迁移和分散。
改善表面粘手,降低析出风险:润滑等助剂不可过量添加,因此表观上材料表面耐刮性能会略有降低。
(三)产品押出外观
产品押出外观和材料的粘度息息相关,不同的设备和工艺,对外观的影响也较大。另外材料的塑化相容的效果也会影响成型的性能,因此材料设计的配方和设备工艺均需匹配,这样才能做出满意的产品。
(四)耐热等级
阻燃TPE材料还有一个重要特性就是耐热等级(热老化性能)。很多场合使用耐热等级80度就可以了,一般选择适合的SEBS和简单的抗氧化体系就能轻松满足。
但是,有一些电线电缆材料特别是UL电子线的要求耐热等级比较高,很多场合都要求耐热等级要达到105度,甚至125度,因此材料配方设计的时候就需要组合更优秀的抗氧和耐热树脂体系,或者电线采用辐照处理的方式,才能满足高耐热老化等级。
结语
如果过于考量加工的性能,势必会损害相应的其它性能,严重的会造成材料的缺陷风险。我国阻燃TPE材料应用相对较晚,现在也是新材料研发的热点,每一个成熟的配方都是经过大量的试验验证后,规避了很多的潜在风险。
在后期材料设计中我们需充分考量客户的要求和意见,更人性化更合理的设计,以制造出满足客户使用要求的产品,当然也期待着有更多更好的新材料出现来弥补当前产品的不足。


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