Gummimaterialien wurden aufgrund ihrer hervorragenden Elastizität, Verschleißfestigkeit und Isolationseigenschaften in verschiedenen Bereichen wie Automobil, Bau, Elektronik und Luft- und Raumfahrt weit verbreitet. Aufgrund der organischen Polymerstruktur von Gummi ist es jedoch leicht, bei hohen Temperaturen oder im Brandfall zu verbrennen, wodurch eine große Menge an Wärme und giftigem Rauch freigesetzt wird, was eine ernsthafte Bedrohung für die Sicherheit und Ausrüstung des Personals darstellt. Daher ist die Verbesserung der Flammschutzfähigkeit von Gummiprodukten zu einem wichtigen Leistungsindikator geworden. Dieser Artikel wird systematisch die Schlüsselelemente der flammhemmenden Kautschuktechnologie vorstellen, einschließlich flammhemmender Standardsysteme, Analyse flammhemmender Mechanismen, Formeldesign, praktische Anwendungsfälle und zukünftige Entwicklungstrends, mit dem Ziel, umfassende technische Referenzen für Kautschuktechniker bereitzustellen.

1,5Gummi flammhemmendes Standardsystem

Der Flammschutzstandard ist die Rechtsgrundlage für die Bewertung der Flammschutzleistung von Materialien und deckt Parameter wie Verbrennungsrate, Rauchtoxizität und Tröpfchenverhalten ab. Im Folgenden sind die wichtigsten globalen flammhemmenden Standardklassifizierungen für Kautschuk und ihre Eigenschaften aufgeführt:

Internationale Norm

UL 94 (Underwriters Laboratories Standard)

Sortierung: HB (horizontale Verbrennung), V-0/V-1/V-2 (vertikale Verbrennung), 5VA/5VB (hohe Flammenaufprall).

Testbedingungen: Probengröße (125 × 13 × 3 mm), Verbrennungszeit (zwei 10-Sekunden-Zündungen), Restflammenzeit und Tröpfchenbestimmung.

Anwendung: Elektronische und elektrische Gehäuse, Kabelhüllen, etc.

ISO 4589 (Internationale Organisation für Normung)

Oxygen Index (LOI)-Methode: Bestimmen Sie die minimale Sauerstoffkonzentration, die zur Aufrechterhaltung der Verbrennung erforderlich ist (LOI ≥ 28% für selbstlöschende Materialien).

Anwendungsbereich: Quantifizieren Sie die Flammschutzklasse von Materialien, die für die Laborgrundlagenforschung geeignet sind.

IEC 60332 (International Electrotechnical Commission Standard)

Kabel flammhemmende Prüfung: einschließlich einzelner vertikaler Verbrennung (IEC 60332-1) und gebündelter Verbrennung (IEC 60332-3).

Schlüsselparameter: Karbonisierungshöhe, Flammenausbreitungsgeschwindigkeit.

Branchenspezifische Normen

FMVSS 302 (Automotive Interior Materials)

Brennende Rate Anforderung: Horizontale brennende Rate ≤ 100 mm/min, benutzt für Autositze, Instrumententafeln, etc.

EN 45545 (Eisenbahntransit)

Sortiersystem: R1-R26-Werte, umfassende Bewertung der Wärmefreisetzung, Rauchdichte und Toxizität (wie CO- und HCN-Konzentrationen).

Chinesische nationale Normen

GB/T 2408 (Vertikale Verbrennungsprüfung)

Klassifizierung: FV-0/FV-1/FV-2， Ähnlich wie UL 94, aber mit strengeren Parametern.

GB/T 8627 (Rauchdichte von Baustoffen)

Zusätzlicher Test der Rauchtoxizität: Quantifizieren Sie Rauchdichteniveau durch Lichtabsorptionsmethode (SDR ≤ 75 ist qualifiziert).

2,Gummi flammhemmender Mechanismus und technischer Weg

Die Essenz der Flammschutzfähigkeit besteht darin, die Verbrennungskettenreaktion durch physikalische oder chemische Mittel zu unterbrechen, und der spezifische Mechanismus umfasst:

Gasphasen-Flammschutzmittel: setzt inerte Gase (wie H ₂ O, CO ₂) frei, um Sauerstoff zu verdünnen oder fängt freie Radikale (· OH, · H) ein, um die Flammenausbreitung zu unterdrücken.

Flammschutzmittel in kondensierter Phase: bildet eine Kohlenstoffschicht, um Wärme und Sauerstoff zu isolieren (wie Phosphatester, der die Karbonisierung fördert).

Kühleffekt: Die endotherme Zersetzung reduziert die Oberflächentemperatur des Materials (wie die endotherme Zersetzung von Aluminiumhydroxid, das 1.96 kJ/g absorbiert).

Klassifizierung der flammhemmenden Technologie:

Additiv flammhemmend: direkt mit Gummi gemischt (geringe Kosten, aber kann mechanische Eigenschaften beeinträchtigen).

Reaktive Flammschutzmittel: Beteiligung an der Vulkanisation durch chemische Bindung (mit guter Haltbarkeit und komplexem Prozess).

Synergistisches System: Mehrkomponenten-Synergie erhöht die Effizienz (wie das "Halogen-Antimon"-System erhöht die Effizienz um das 3-5-fache).

3,5Schlüsselpunkte der flammhemmenden Formel Design aus Gummi

Auswahl und Änderung des Substrats

Polarkautschuk: wie NBR (LOI kann 28% bei Acrylnitrilgehalt erreichen>33%) CR (enthält Cl-Atome, mit inhärenter Flammhemmung).

Unpolarer Kautschuk: EPDM erfordert die Zugabe eines hohen Anteils an Flammschutzmitteln (normalerweise ≥ 60 phr), der die Verträglichkeit durch Pfropfen polarer Monomere (wie MAH) verbessern kann.

Konstruktion des flammhemmenden Systems

anorganische Flammschutzmittel

Aluminiumhydroxid (ATH): Die Zusatzmenge sollte ≥ 60 phr sein, die Zersetzungstemperatur sollte 180-200 ℃ sein, und es ist für Niedrigtemperatur-Vulkanisationssysteme geeignet.

Magnesiumhydroxid (MH): hat eine höhere thermische Stabilität (Zersetzungstemperatur 340 ℃), erfordert aber Oberflächenmodifikation (Silankoppelungsmittel), um die Dispergierbarkeit zu verbessern.

Halogeniertes Flammschutzmittel

Decabromodiphenylether (DBDPO): Mit einem Br-Gehalt von 83%, zeigt es eine synergistische Wirkung mit Sb ₂ O3 im Verhältnis von 3:1, unterliegt aber RoHS-Vorschriften.

Chloriertes Wachs (Cl-70): Geringe Kosten, aber leicht zu migrieren und ausfällen.

Phosphorstickstoff schwer entflammbar

Ammoniumpolyphosphat (APP): der Kern eines expandierbaren flammhemmenden Systems, das mit Pentaerythritol (PER) zur Förderung der Karbonisierung verbunden ist.

Melamincyanurat (MCA): Es hat sowohl flammhemmende als auch schmierende Funktionen und ist für dünnwandige Produkte geeignet.

Nanoflammhemmend

Schichtes Silikat (MMT): Die Zugabe von 2-5 phr kann die Gasdiffusion durch den "Labyrinth-Effekt" verzögern.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs): haben doppelte Funktionen der Leitfähigkeit und Flammschutzfähigkeit, erfordern aber hohe Dispersionsprozesse.

Synergieeffekte und Compoundierungsstrategien

Das "Halogenantimon"-System hat die höchste Effizienz bei der Abscheidung freier Radikale, wenn das Br/Sb Molverhältnis 3:1 beträgt.

Das Expansionssystem "Phosphorstickstoff": Wenn das Massenverhältnis von APP/PER/MCA 3:1:1 ist, wird die Karbonisierungsrate um 40%.

Synergistische Wirkung von Metallhydroxid: Durch Mischen von ATH/MH in einem 1:1-Verhältnis können Verarbeitungstemperatur und Flammschutzeffizienz ausgeglichen werden.

Optimierung der Prozessanpassungsfähigkeit

Mischprozess: Flammschutzmittel müssen Schritt für Schritt hinzugefügt werden (zuerst anorganisch, später organisch), um Zersetzung durch Scherung bei hoher Temperatur zu vermeiden.

Schwefelungssystem: Peroxidvulkanisation (wie DCP) ist hitzebeständiger als Schwefelsystem und reduziert das Risiko der thermischen Zersetzung von Flammschutzmitteln.

Verarbeitungshilfen: Die Zugabe von 2-5 Phr Polyethylenwachs kann die Dispersion von Flammschutzmitteln verbessern und Mooney Viskosität reduzieren.

Leistungsbilanz und Kostenkontrolle

Mechanische Leistungskompensation: Fügen Sie weißen Ruß (15-30 phr) oder kurze Fasern (Aramidfasern) hinzu, um den Festigkeitsverlust durch Flammschutzmittel auszugleichen.

Alterungsbeständiges Design: Kombiniert mit Antioxidantien (wie RD/TMQ) und UV-Absorbern (wie UV-531), um die Lebensdauer zu verlängern.

Kostenoptimierung: ATH/MH Mischfüllung (mit 30% Kostensenkung im Vergleich zu reinen halogenierten Systemen) oder die Verwendung von recycelten Kautschukmatrix.

4,Sachverhaltsanalyse

Fall 1: Dichtungsband für Elektrofahrzeugbatteriepack (EPDM Substrat)

Anforderungshintergrund: Der Batteriesatz muss flammhemmende Bewertung UL 94 V-0 erfüllen, Temperaturschwankungen von -40 ℃ bis 150 ℃ standhalten und raucharm und ungiftig sein.

Formeldesign:

Substratmodifikation: EPDM (ENB-Typ) mit hohem Acrylnitrilgehalt wird verwendet, um die Polarität und Kompatibilität mit Flammschutzmitteln zu verbessern.

Flammschutzsystem:

Hauptflammhemmend: Magnesiumhydroxid (MH) 70 phr (Zersetzungstemperatur 340 ℃, passend für Hochtemperaturbedingungen);

Synergistisches Mittel: Ammoniumpolyphosphat (APP) 15 phr+melamin (MEL) 5 phr, die eine expandierte Kohlenstoffschicht bildet;

Rauchunterdrücker: Ammoniummolybdat (3 phr) hemmt die Bildung von CO und HCN.

Prozessoptimierung:

Mischprozess: MH wird in zwei Stufen hinzugefügt (eine Stufe wird bei 60 ℃ im internen Mischer vorgemischt, und die zweite Stufe wird im offenen Mischer verteilt);

Schwefelungssystem: Peroxid DCP 2.5 phr+Vernetzungsmittel TAIC 1 phr, um die Erzeugung von sauren Gasen im Schwefelsystem zu vermeiden.

Leistungsergebnisse:

LOI ≥ 32%, UL 94 V-0 (3mm Stärke);

Rauchdichte Ds ≤ 50 (NBS-Test), Toxizitätsindex ITC ＜ 1.0 (EN 45545-2);

Die Zugfestigkeit bleibt ≥ 8 MPa (verringert um ≤ 20% im Vergleich zur nicht flammhemmenden Formel).

Fall 2: Bergbauförderband Abdeckkleber (NBR/PVC Mischsubstrat)

Anforderungshintergrund: Es ist erforderlich, den Bergbau-flammhemmenden Standard MT 914-2008 (Alkoholsprühlampenverbrennungszeit ≤ 30 Sekunden) zu erfüllen und antistatische Funktion zu haben.

Formeldesign:

Substratauswahl: NBR/PVC (70/30) Mischung, unter Verwendung der Flammschutzfähigkeit von PVC und der Ölbeständigkeit von NBR.

Flammschutzsystem:

Hauptflammhemmend: Decabromodiphenylethan (DBDPE) 20 phr+Sb ₂ O ∙ 6 phr (halogenantimon synergistische Wirkung);

Hilfsflammhemmend: Zinkborat (4 phr) hemmt das Schwelen, während Ruß (35 phr) sowohl verstärkende als auch leitende Funktionen hat;

Antistatisches Mittel: Quartäre Ammoniumsalz-ionische Flüssigkeit (2 phr), Oberflächenwiderstand ≤ 1 × 10 Ω.

Kernpunkte des Prozesses:

Mischungstemperaturkontrolle: PVC plastifizierender Abschnitt ≤ 160 ℃ um NBR thermischen Abbau zu verhindern;

Schwefelungsbedingungen: Schwefel+Beschleuniger DM-System, 150 ℃ × 20 min.

Leistungsergebnisse:

Die Verbrennungszeit des Blasbrenners beträgt ≤ 25 Sekunden, und es gibt keine geschmolzenen Tröpfchen;

Oberflächenwiderstand 3 × 10 Ω, Verschleißmenge ≤ 0.2 cm ³/1.61 km;

Die Migrationsrate des Flammschutzmittels ist weniger als 0.1% (nach Alterung an 70 ℃ für 168 Stunden).

Der Entwicklungstrend der flammhemmenden Gummi-Technologie besteht darin, das beste Gleichgewicht zwischen Sicherheit, Leistung und Umweltfreundlichkeit zu suchen. Derzeit wurden erhebliche Fortschritte in den Bereichen halogenfreie Expansionsflammhemmende Systeme, Nanoverbundtechnologie und biobasierte Flammschutzmittel erzielt, aber Herausforderungen wie Kosten, Prozesskompatibilität und Standardisierung müssen noch vor großflächiger Anwendung angegangen werden. In Zukunft wird bei flammwidrigem Design mehr Wert auf Nachhaltigkeit über den gesamten Lebenszyklus gelegt.