Termoplastické elastomery TPE bez halogenů se zpomalovačem hoření: UL 94 a výběr
Průvodce termoplastickými elastomery TPE bez halogenů se zpomalovačem hoření
TPE kombinuje měkkou pružnost pryže s efektivitou zpracování termoplastů, díky čemuž se široce používá v oblasti vodičů a kabelů, elektronických konektorů, součástí domácích spotřebičů, automobilových dílů a průmyslových zařízení. Pokud se však výrobky používají při přenosu elektrické energie, v elektronických zařízeních nebo v prostředí vystaveném vysokým teplotám či otevřenému ohni, stává se kromě měkkosti, mechanických vlastností a zpracovatelnosti také nehořlavost zásadním kritériem výběru materiálu.
Konvenční TPE je organický polymerní materiál, který může při vystavení dostatečnému teplu nebo plameni hořet. Požadované vlastnosti zpomalující hoření se proto dosahují výběrem polymeru, systémy zpomalujícími hoření a celkovým návrhem složení, které snižují možnost vznícení a zpomalují šíření plamene.
Vzhledem k tomu, že elektronický a elektrotechnický průmysl klade stále větší důraz na bezpečnost, ochranu životního prostředí a dodržování předpisů, stává se termoplastický elastomer TPE bez halogenů se zpomalovačem hoření stále důležitější volbou materiálu.
Tento článek vysvětluje základy termoplastických elastomerů TPE bez halogenů se zpomalovačem hoření, běžné mechanismy zpomalování hoření, klasifikace hořlavosti podle UL 94 a klíčové aspekty návrhu výrobků a výběru materiálu.
Zjistěte, jak bezhalogenový nehořlavý TPE potlačuje hoření a zpomaluje šíření plamene.
Co je nehořlavý TPE?
Samozhášivý TPE je termoplastický elastomer navržený prostřednictvím struktury materiálu nebo složení tak, aby při vystavení ohni vykazoval nižší hořlavost, omezoval šíření plamene a po odstranění zdroje zapálení rychleji zhasl.
Samozhášivost neznamená, že materiál je zcela nehořlavý. Je navržen tak, aby dosahoval následujících vlastností:
● Oddálit vznícení
● Omezit šíření plamene
● Zkrátit dobu dohořívání po odstranění zdroje zapálení
● Minimalizovat riziko sekundárního vznícení způsobeného odkapáváním taveniny
● Omezit uvolňování tepla během hoření
● Zvýšit bezpečnost elektrických a elektronických výrobků
Skutečná úroveň samozhášivosti závisí na faktorech, jako je tloušťka výrobku, složení, zkušební metoda a provozní podmínky.
Proto není výběr materiálu založený pouze na označení „nehořlavý TPE“ dostačující. Je také třeba ověřit příslušnou zkušební normu, tloušťku vzorku a klasifikaci nehořlavosti.
Co je bezhalogenový samozhášivý TPE?
„Bezhalogenový“ obecně znamená, že systém zpomalující hoření není primárně založen na retardérech hoření na bázi halogenů, jako je brom nebo chlor.
Konvenční halogenované zpomalovače hoření poskytují vynikající účinnost zpomalování hoření, ale za určitých podmínek hoření mohou vytvářet korozivní plyny a větší množství kouře. Proto se u elektroniky, elektrických zařízení, komunikačních přístrojů a výrobků s vyššími ekologickými požadavky často upřednostňují materiály bez halogenů.
Bezhalogenový nehořlavý TPE obvykle vyžaduje vyvážení následujících vlastností:
● Nehořlavost
● Měkkost
● Pevnost v tahu
● Tažnost
● Tepelná odolnost
● Kvalita povrchu
● Tekutost
● Stabilní výkon při vytlačování nebo vstřikování
Nadměrné množství retardéru hoření může zvýšit tvrdost, snížit houževnatost nebo změnit charakteristiky toku při zpracování, zatímco nedostatečné množství nemusí zajistit požadovanou klasifikaci hořlavosti. Vývoj bezhalogenového TPE se zpomalovačem hoření proto zahrnuje komplexní návrh složení, který zohledňuje polymer, systém zpomalující hoření, kompatibilitu a podmínky zpracování, nikoli pouhé přidání retardérů hoření.
Běžné mechanismy zpomalování hoření v TPE
Formulace zpomalující hoření obvykle využívají několik mechanismů působících společně, včetně účinků v plynné i kondenzované fázi, namísto jediného způsobu ochrany.
Tepelná a kyslíková bariéra
Některé systémy zpomalující hoření vytvářejí při vystavení teplu na povrchu materiálu ochrannou vrstvu, která snižuje přenos tepla do materiálu a zároveň omezuje kontakt mezi kyslíkem a hořlavými plyny.
Stabilní a souvislá ochranná vrstva pomáhá oddálit další rozklad a hoření polymeru.
Tvorba vrstvy uhlí
Některé systémy zpomalující hoření podporují zuhelnatění povrchu a vytvářejí izolační uhlíkovou vrstvu.
Zuhelnatělá vrstva pomáhá:
● Blokovat vnější teplo
● Omezit pokračující degradaci polymeru
● Minimalizovat uvolňování hořlavých plynů
● Zpomalit pronikání plamene do materiálu
Integrita a stabilita zuhelnatělé vrstvy přímo ovlivňují účinnost zpomalování hoření.
Absorpce a uvolňování tepla nehořlavými plyny
Některé bezhalogenové přísady zpomalující hoření absorbují během tepelného rozkladu teplo, čímž snižují teplotu povrchu materiálu a zároveň uvolňují vodní páru nebo jiné nehořlavé plyny, které ředí hořlavé plyny a kyslík v zóně hoření.
Tyto systémy však obecně vyžadují relativně vysoké dávkování, proto je důležité zohlednit jejich vliv na měkkost, hustotu a mechanické vlastnosti TPE.
Potlačení řetězových reakcí hoření
Spalování je řetězová reakce zahrnující volné radikály.Některé systémy zpomalující hoření tyto reakce přerušují, čímž snižují schopnost materiálu udržovat hoření.
V praktických formulacích se často kombinují různé mechanismy zpomalující hoření, aby bylo dosaženo účinného zpomalení hoření i vyvážených vlastností materiálu.
Co je UL 94?
UL 94 je jednou z nejčastěji používaných norem pro zkoušení hořlavosti plastových materiálů. Hodnotí chování materiálů při hoření za stanovených rozměrů vzorku a zkušebních podmínek.
Mezi běžné klasifikace vertikálního hoření podle UL 94 pro TPE patří:
| Klasifikace UL 94 | Obecný popis |
|---|---|
| V-0 | Krátká doba dohořívání po odstranění zdroje zapálení s přísnějšími požadavky na hořící kapky |
| V-1 | Samovolně zhasne ve stanovené době, ale umožňuje delší dobu dohořívání než V-0 |
| V-2 | Samovolně zhasne ve stanovené době, ale mohou vznikat hořící kapky schopné zapálit bavlnu |
Z klasifikací V-0, V-1 a V-2 je V-0 obecně nejpřísnější klasifikací.
Hodnocení podle UL 94 však musí být vždy interpretováno společně s tloušťkou testovaného vzorku.Například stejný materiál může při větší tloušťce dosáhnout klasifikace V-0, ale ne nutně při menší tloušťce.
Při výběru materiálů je třeba potvrdit následující:
● Stupeň odolnosti proti hoření
● Tloušťka testovaného vzorku
● Barva materiálu
● Skutečná tloušťka stěny výrobku
● Zda je výsledek založen na formální certifikaci, nebo interním testování
● Zda se na konečný výrobek vztahují další bezpečnostní předpisy pro hotové výrobky
Hodnocení materiálu podle UL 94 není ekvivalentem úplné certifikace požární bezpečnosti hotového výrobku. V závislosti na zamýšleném použití může být stále vyžadováno další testování.
Použití bezhalogenového nehořlavého TPE
Bezhalogenový samozhášivý TPE se běžně používá ve výrobcích vyžadujících flexibilitu, elektrickou izolaci a samozhášivé vlastnosti, včetně:
● Plášťů vodičů a kabelů
● Kabelů USB a Type-C
● Napájecích a signálních kabelů
● Objímek elektronických konektorů
● Ochranných prvků proti ohybu kabelů
● Nástřiků zástrček a konektorů
● Měkké komponenty pro domácí spotřebiče
● Komunikační kabely
● Komponenty elektronických kabelových svazků pro automobily
● Nabíjecí zařízení a příslušenství
● Kabely pro průmyslové řízení
● Měkké vstřikované díly vyžadující nehořlavé vlastnosti
Různé aplikace vyžadují různé úrovně nehořlavosti, měkkosti, tepelné odolnosti, odolnosti proti únavě při ohýbání a různé způsoby zpracování. Materiály by proto měly být vybírány podle konkrétních požadavků na design výrobku.
Jak vybrat správný bezhalogenový samozhášivý TPE
Výběr materiálu by neměl být založen pouze na klasifikaci UL 94. Je třeba vyhodnotit také celkové požadavky dané aplikace.
Je třeba zvážit následující faktory:
Regulační požadavky
Různé produkty mohou podléhat různým průmyslovým normám, včetně:
● UL 94
● RoHS
● REACH
● požadavků na bezhalogenové materiály
● specifikací konkrétního zákazníka
Regulační požadavky se liší podle trhů a značek finálních produktů, proto je třeba příslušné normy ověřit již v rané fázi vývoje produktu.
Metoda zpracování
Různé metody zpracování vyžadují různé úrovně toku materiálu a tepelné stability, například:
● Vstřikování
● Extruze
● Koextruze
● Vstřikování na povrch
Materiály zpomalující hoření jsou obecně citlivější než standardní formulace TPE, a proto vyžadují vhodné podmínky zpracování.
Mechanické vlastnosti
Při zlepšování nehořlavosti by si měl materiál také zachovat:
● Měkkost
● Pevnost v tahu
● Tažnost
● Pružnost
● Odolnost proti oděru
● Odolnost proti únavě při ohýbání
Vyvarujte se obětování požadovaných vlastností výrobku pouze za účelem dosažení vyššího stupně nehořlavosti.
Prostředí služby
U výrobků používaných v prostředí s vysokými teplotami nebo ve venkovním prostředí je třeba posoudit také následující:
● Odolnost proti tepelnému stárnutí
● Odolnost proti povětrnostním vlivům
● Odolnost proti UV záření
● Odolnost proti vlhkému teplu
● Chemická odolnost
Zohlednění celého provozního prostředí pomáhá zlepšit životnost výrobku a jeho dlouhodobou spolehlivost.
DING JI Řešení polymerních materiálů s retardéry hoření bez halogenů
DING JI POLYMER nabízí širokou škálu bezhalogenových samozhášivých směsí TPS pro elektroniku, elektrické výrobky, vodiče a kabely, průmyslová zařízení a spotřební elektroniku.
K dispozici jsou směsi na míru s různými stupni samozhášivosti a zpracovatelskými vlastnostmi, které poskytují:
● Vynikající tekutost při zpracování
● Stabilní výkon při vstřikování a vytlačování
● Měkký povrch na dotek
● Dobré mechanické vlastnosti
● Odolnost proti tepelnému stárnutí
● Odolnost vůči povětrnostním vlivům
● Možnosti přizpůsobené tvrdosti
Mezi nimi je řada TOP-PELLET® CE společnosti DING JI POLYMER řadou bezhalogenových samozhášivých směsí TPS vyvinutou speciálně pro elektroniku, elektrické výrobky a kabelové aplikace, která poskytuje na míru šitá řešení v oblasti samozhášivosti a zpracování pro různé požadavky na výrobky.
Závěr
Vzhledem k tomu, že elektronický, komunikační a nový energetický průmysl nadále vyžadují vyšší úroveň bezpečnosti výrobků a dodržování environmentálních předpisů, stává se TPE bez halogenů se zpomalovačem hoření stále důležitější volbou materiálu.
Účinný materiál zpomalující hoření by měl nejen splňovat příslušné předpisy, ale také poskytovat vynikající efektivitu zpracování, mechanické vlastnosti a dlouhodobou spolehlivost. Prostřednictvím komplexního návrhu materiálu, optimalizovaných systémů zpomalujících hoření a hodnocení specifického pro danou aplikaci lze dosáhnout optimální rovnováhy mezi bezpečností, výkonností výrobku a efektivitou výroby.
- Často kladené otázky (FAQ)
-
Dosahuje bezhalogenový samozhášivý TPE vždy klasifikace UL 94 V-0?
Ne nutně.
To, zda materiál dosáhne klasifikace V-0, závisí na jeho složení, tloušťce zkušebního vzorku a podmínkách zkoušky.Různé produkty mohou poskytovat různé výsledky testů.Znamená absence halogenů, že materiál je zcela nehořlavý?
Ne.
Materiály zpomalující hoření jsou navrženy tak, aby snižovaly riziko vznícení, zpomalovaly šíření plamene a zkracovaly dobu dohořívání, nikoli aby byl materiál zcela nehořlavý.Jsou materiály zpomalující hoření vždy tvrdší?
Ne nutně.
Formulace zpomalující hoření mohou ovlivnit tvrdost materiálu a jeho mechanické vlastnosti.Při vhodném výběru polymeru a návrhu složení je však stále možné dosáhnout rovnováhy mezi měkkostí, zpracovatelností a účinností zpomalování hoření.Lze TPE se zpomalovačem hoření použít pro vytlačování?
Ano.
Mnoho formulací TPE se zpomalovačem hoření je vhodných pro aplikace vytlačování, včetně oplášťování vodičů a kabelů, komunikačních kabelů a ochranných návleků.Vhodný materiál by však měl být stále vybrán podle konstrukce výrobku a zpracovatelského zařízení.