Anzahl Durchsuchen:40 Autor:Yinsu Flame Resparedant veröffentlichen Zeit: 2026-06-26 Herkunft:www.flameretardantys.com
Mit der kontinuierlichen Verbesserung des globalen Umweltbewusstseins und den immer strengeren Brandschutzbestimmungen verzeichnen raucharme, halogenfreie (LSHF) Materialien als umweltfreundliche Alternativen zu herkömmlichen halogenhaltigen flammhemmenden Materialien eine wachsende Nachfrage in Bereichen wie Drähten und Kabeln, Baumaterialien und neuen Energien.
Der Hauptvorteil von LSHF-Materialien liegt in der Abwesenheit von Halogenelementen wie Chlor und Brom. Bei der Verbrennung setzen sie keine giftigen Schadgase wie Chlorwasserstoff und Dioxine frei und ihre Rauchentwicklung ist äußerst gering. Dies reduziert effektiv Sekundärverletzungen an Brandorten, verbessert die Fluchtwahrscheinlichkeit des Personals und den Geräteschutz erheblich und entspricht den Kernanforderungen einer modernen industriellen grünen und sicheren Entwicklung.
Derzeit wird die flammhemmende Leistung von LSHF-Materialien hauptsächlich durch das Füllen anorganischer flammhemmender Füllstoffe erreicht, unter denen Aluminiumhydroxid (ATH) und Magnesiumhydroxid (MH) aufgrund ihrer geringen Kosten, Umweltfreundlichkeit, Ungiftigkeit und stabilen flammhemmenden Wirkung zu den am häufigsten verwendeten anorganischen flammhemmenden Füllstoffen geworden sind. Diese anorganischen Füllstoffe weisen jedoch eine relativ geringe Flammschutzwirkung auf und erfordern einen hohen Füllgrad von 60–75 %, damit das Material den Flammschutzstandard UL94 V0 erfüllt.
Hohe Füllgrade verändern nicht nur die Systemstruktur des Materials, sondern bringen auch eine Reihe von Schwierigkeiten und Schwachstellen bei der Verarbeitung und Produktleistung von LSHF-Materialien mit sich. Diese Schwachstellen verringern nicht nur die Produktionseffizienz, sondern führen auch leicht zu Qualitätsmängeln wie rauen Oberflächen, Rissen und Pulverabwurf, was die Förderung und Anwendung von LSHF-Materialien in High-End-Szenarien erheblich einschränkt. Als Reaktion auf die oben genannten Probleme haben Forscher im In- und Ausland umfangreiche Studien durchgeführt, die sich hauptsächlich auf die Modifizierung von Füllstoffen, die Formulierung von Formulierungen und die Optimierung der Verarbeitung konzentrierten. Allerdings befasst sich die bestehende Forschung hauptsächlich mit einzelnen Problempunkten und es mangelt an systematischen Analysen und umfassenden Lösungen für die fünf Hauptproblempunkte.
Auf dieser Grundlage werden in diesem Artikel die Verarbeitungseigenschaften und praktischen Anwendungsanforderungen von LSHF-Materialien kombiniert, die Grundursachen verschiedener Probleme, die durch hohe Füllung entstehen, eingehend analysiert und eine umfassende Lösung vorgeschlagen, die flammhemmende Leistung, Verarbeitungsleistung und mechanische Eigenschaften in Einklang bringt und eine starke technische Unterstützung für die leistungsstarke und industrialisierte Produktion von LSHF-Materialien bietet.
Die mit der hohen Füllmenge verbundenen Schwachstellen von LSHF-Materialien sind im Wesentlichen auf die wesentlichen Unterschiede zwischen anorganischen flammhemmenden Füllstoffen und Polymermatrixharzen sowie auf die direkte Auswirkung hoher Füllgrade auf die Systemstruktur und -verarbeitung zurückzuführen.
Anorganische Füllstoffe sind meist starre Pulver mit starker Oberflächenpolarität und Hydrophilie, während die Matrixharze von LSHF-Materialien (wie EVA, PE, TPE usw.) meist unpolare, hydrophobe Polyolefinmaterialien sind. Die Kompatibilität zwischen beiden ist äußerst schlecht. Gleichzeitig stören hohe Füllgrade die kontinuierliche Phasenstruktur des Harzes, behindern die Bewegung der Molekülketten und führen folglich zu erheblichen Verschlechterungen der Verarbeitungsleistung und der mechanischen Eigenschaften.
Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Analyse der Grundursachen der fünf Kernprobleme.
Bei LSHF-Materialien muss der Füllgrad anorganischer flammhemmender Füllstoffe wie ATH und MH normalerweise 60–75 % erreichen, um die V0-Flammschutzanforderung zu erfüllen. Dieser hohe Füllgrad wird durch den Flammschutzmechanismus anorganischer Füllstoffe bestimmt.
Die flammhemmende Wirkung von ATH und MH beruht hauptsächlich auf endothermer thermischer Zersetzung und Dehydratisierungskarbonisierung, wodurch eine dichte Kohleschicht entsteht, um Sauerstoff und Wärme zu isolieren und die Freisetzung brennbarer Gase zu unterdrücken. Allerdings ist ihre flammhemmende Wirksamkeit weitaus geringer als bei halogenhaltigen Flammschutzmitteln, so dass ein relativ hoher Füllgrad erforderlich ist, um die erwartete flammhemmende Wirkung zu erzielen.
Das Hauptproblem einer hohen Füllung ist die Agglomeration des Füllstoffs. Anorganische Füllstoffoberflächen enthalten viele Hydroxylgruppen und sind stark polar. Beim Mischen mit unpolaren Harzen neigen die Füllstoffpartikel aufgrund der großen Oberflächenenergiedifferenz zwischen den beiden dazu, sich über Wasserstoffbrückenbindungen anzuziehen und miteinander zu aggregieren, wodurch größere Agglomerate entstehen.
Das Vorhandensein von Agglomeraten führt zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Füllstoffe in der Harzmatrix. Dies führt nicht nur dazu, dass die flammhemmende Wirkung nicht vollständig entfaltet wird, sondern es entstehen auch mechanische Defektstellen im System, was die Sprödigkeit des Materials verschlimmert, den Schmelzfluss behindert und die Verarbeitungsschwierigkeiten weiter erhöht.
Darüber hinaus führen hohe Füllgrade dazu, dass die kontinuierliche Harzphase durch eine große Anzahl an Füllstoffpartikeln segmentiert wird, was die Einkapselung der Füllstoffe durch das Harz deutlich verringert und die Agglomeration weiter verstärkt. Dadurch entsteht ein Teufelskreis aus „Füllstoffagglomeration → ungleichmäßige Verteilung → Leistungseinbußen“, der die Gesamtleistung des Materials erheblich beeinträchtigt.
Darüber hinaus erhöht eine hohe Füllung auch die Schwierigkeit der Kostenkontrolle. Ein Überschuss an anorganischen Füllstoffen erhöht die Materialdichte erheblich und verringert die Leichtbauleistung, was den zentralen Leichtbauanforderungen von Bereichen wie neuen Energien und dem Schienenverkehr nicht gerecht wird.
Gleichzeitig erhöhen hohe Füllgrade den Energieverbrauch in Verarbeitungsschritten wie Mischen und Extrudieren, verringern die Produktionseffizienz, erhöhen die industriellen Produktionskosten weiter und schränken die Skalierung der industriellen Entwicklung ein.
Die Fließfähigkeit der Schmelze ist ein wichtiger Kernindikator bei der Verarbeitung von LSHF-Materialien und bestimmt direkt die Durchführbarkeit von Extrusion, Spritzguss und anderen Verarbeitungstechniken sowie die Qualität der Produktformung.
Hohe Füllgrade sind die Hauptursache für schlechte Schmelzfließfähigkeit in LSHF-Materialien, wobei die Ursachen hauptsächlich in zwei Aspekten zum Ausdruck kommen: erstens in der behindernden Wirkung anorganischer Füllstoffe auf die Bewegung der Harzmolekülkette; Zweitens die deutliche Erhöhung des Reibungswiderstands zwischen Füllstoffen und der Harzschnittstelle.
Die Matrixharze von LSHF-Materialien (wie EVA, PE) weisen im geschmolzenen Zustand ein gewisses Maß an Fließfähigkeit auf. Anorganische Füllstoffe sind starre Partikel. Wenn der Füllgrad hoch ist, wird eine große Anzahl von Füllstoffpartikeln gleichmäßig zwischen den Molekülketten des Harzes verteilt und bildet eine „Barriereschicht“, die das Gleiten und Bewegen der Molekülketten verhindert. Dies führt dazu, dass die Schmelzviskosität stark ansteigt und die Schmelzflussrate (MFR) deutlich abnimmt.
Typischerweise hat ungefülltes EVA-Harz einen MFR von 10–20 g/10 min (Testbedingungen: 190 °C, 2,16 kg). Wenn der ATH-Füllgrad 65 % erreicht, sinkt der MFR des Materials auf 1–3 g/10 Min. oder sogar weniger, wodurch die grundlegenden Anforderungen an die Schmelzfließfähigkeit bei Extrusion, Spritzguss und anderen Verarbeitungstechniken nicht erfüllt werden, was einen reibungslosen Verarbeitungsablauf erschwert.
Darüber hinaus ist die Grenzflächenbindung aufgrund der schlechten Kompatibilität zwischen anorganischen Füllstoffen und Harz nicht fest. Während der Schmelzverarbeitung entsteht ein erheblicher Reibungswiderstand zwischen den Füllstoffpartikeln und den Molekülketten des Harzes, was die Viskosität der Schmelze weiter erhöht und zu einem kontinuierlichen Rückgang der Fließfähigkeit der Schmelze führt.
Gleichzeitig bilden Füllstoffagglomerate „Fließhindernisse“, die einen gleichmäßigen Schmelzfluss behindern. Dies führt zu Problemen wie ungleichmäßiger Fließgeschwindigkeit und unzureichender Plastifizierung während der Verarbeitung, was sich direkt auf die Formqualität des Produkts auswirkt und leicht zu Oberflächenfehlern führt.
Die kombinierten Auswirkungen der schlechten Fließfähigkeit der Schmelze und der Agglomeration des Füllstoffs führen direkt zu deutlich erhöhten Schwierigkeiten bei der Extrusion und dem Spritzgießen von LSHF-Materialien, die sich insbesondere in Folgendem äußern:
Während der Extrusion: hohe Extruderlast, übermäßiger Strom, Kohlenstoffablagerungen in der Düse, raue Produktoberflächen und Strangbruch; beim Spritzgießen: unvollständige Formfüllung, schwieriges Einspritzen, schlechte Entformung und Qualitätsmängel wie Einfallstellen und Blasen auf Produktoberflächen. Diese beeinträchtigen die Produktionseffizienz und Produktausbeute erheblich und erhöhen die Kosten der industriellen Produktion.
Während der Extrusion weisen hochfüllende Materialien eine hohe Schmelzviskosität und eine schlechte Fließfähigkeit auf, sodass ein höherer Extrusionsdruck erforderlich ist, um die Schmelze durch die Düse zu drücken. Dies erhöht die Schraubenlast und den Strom. Langfristiger Betrieb beschleunigt den Geräteverschleiß und verkürzt die Lebensdauer der Geräte.
Gleichzeitig führt eine unzureichende Schmelzplastifizierung und eine unvollständige Verschmelzung zwischen Füllstoffpartikeln und Harz leicht zu einer Ansammlung und Karbonisierung an der Matrize, wodurch sich in der Matrize Kohlenstoff ansammelt. Dies beeinträchtigt die Qualität der Produktoberfläche und führt sogar zum Bruch des Strangs, was häufige Stillstände zur Düsenreinigung erforderlich macht und die Produktionseffizienz erheblich verringert.
Darüber hinaus weisen hochfüllende Materialien eine schlechte Schmelzelastizität auf. Während der Extrusion kann es zu Schmelzbrüchen kommen, die Wellen und Grate auf den Produktoberflächen verursachen und das Aussehen und die Leistung des Produkts beeinträchtigen.
Während des Spritzgießens verhindert eine schlechte Fließfähigkeit der Schmelze, dass die Schmelze den Formhohlraum schnell und gleichmäßig füllt, was leicht zu unvollständiger Füllung und kurzen Spritzschüssen führt. Gleichzeitig erfordert eine hohe Schmelzeviskosität einen deutlich erhöhten Einspritzdruck, was den Formverschleiß beschleunigt und leicht Gratdefekte verursacht.
Darüber hinaus ist aufgrund der schlechten Kompatibilität zwischen Füllstoffen und Harz und der losen Grenzflächenbindung beim Abkühlen beim Einspritzen der Unterschied in der Schrumpfrate zwischen Füllstoffen und Harz groß, was leicht zu inneren Spannungen führen kann. Dies führt zu Rissen und Verformungen der Produkte, was die Entformung erschwert, die Produktausbeute weiter verringert und die Massenproduktion einschränkt.
Hohe Füllgrade führen zu einer erheblichen Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften von LSHF-Materialien , insbesondere zu einer Verschlechterung der Zähigkeit und einer erhöhten Sprödigkeit. Dies äußert sich insbesondere in einer erheblichen Verringerung der Schlagfestigkeit und Bruchdehnung, wobei es bei der Verarbeitung, dem Transport oder der Verwendung leicht zu Rissen und Beschädigungen kommt. Dies erfüllt nicht die grundlegenden mechanischen Leistungsanforderungen für praktische Anwendungen und schränkt den Anwendungsbereich ein.
Die Kernursache dieses Problems liegt in der schlechten Verträglichkeit zwischen anorganischen Füllstoffen und Harz sowie in der Zerstörung der kontinuierlichen Harzphasenstruktur durch hohe Füllgrade.
Anorganische Füllstoffe sind starre Partikel mit starker Oberflächenpolarität. Die Grenzflächenbindungskraft mit unpolarem Harz ist schwach. Wenn das Material äußeren Kräften ausgesetzt ist, konzentrieren sich die Spannungen tendenziell an der Grenzfläche zwischen Füllstoff und Harz, was zu Ablösungen und Rissen an der Grenzfläche führt, was dann einen gesamten Materialbruch auslöst. Gleichzeitig zerstören hohe Füllgrade die kontinuierliche Phasenstruktur des Harzes. Die Verbindungen zwischen den Molekülketten des Harzes werden durch eine große Anzahl von Füllstoffpartikeln unterbrochen, wodurch eine wirksame Übertragung äußerer Kräfte verhindert wird. Dies führt zu einer verringerten Zähigkeit und einer erhöhten Sprödigkeit, wodurch es schwierig wird, äußeren Stößen und Biegungen standzuhalten.
Experimentelle Daten zeigen, dass bei einer Erhöhung des ATH-Füllgrades von 30 % auf 65 % die Bruchdehnung von LSHF EVA-Materialien von über 500 % auf unter 50 % sinkt und die Charpy-Schlagzähigkeit von 20 kJ/m² auf unter 5 kJ/m² sinkt. Das Material geht von einem zähen Zustand in einen spröden Zustand über und ist nicht in der Lage, Biegungen, Stößen und anderen äußeren Kräften standzuhalten. Dies schränkt seine Anwendung in Szenarien wie Drähten und Kabeln sowie Automobilteilen, die ein gewisses Maß an Zähigkeit erfordern, erheblich ein.
Darüber hinaus führt das Vorhandensein von Füllstoffagglomeraten zu Spannungskonzentrationspunkten, was die Sprödigkeit des Materials weiter verschlimmert. Dies führt dazu, dass das Material bei geringen äußeren Kräften reißt, was sich auf die Lebensdauer des Produkts auswirkt.
Hochfüllende LSHF-Materialien weisen eine schlechte Oberflächenleistung auf, die sich hauptsächlich in einer unzureichenden Kratzfestigkeit und Abriebfestigkeit äußert. Leichte Reibung kann zu Kratzern und Weißfärbungen und sogar zur Ablösung des Füllstoffs und zum Ablösen des Pulvers führen. Dies wirkt sich stark auf die Qualität des Erscheinungsbilds und die Lebensdauer des Produkts aus und macht es insbesondere für High-End-Anwendungsszenarien mit hohen Anforderungen an die Oberflächenleistung ungeeignet, was die Verbesserung des Produktmehrwerts einschränkt.
Die Ursache dieses Problems liegt hauptsächlich in der Zerstörung der kontinuierlichen Harzphase durch hohe Füllgrade und der lockeren Bindung zwischen Füllstoffen und Harz. Wenn der Füllgrad des anorganischen Füllstoffs zu hoch ist, kann das Harz die Füllstoffpartikel nicht vollständig einkapseln. Einige Füllstoffpartikel liegen auf der Materialoberfläche frei, was zu einer unzureichenden Oberflächendichte und einer verringerten Härte führt. Wenn die Materialoberfläche Reibung ausgesetzt wird, werden freiliegende Füllstoffpartikel leicht abgekratzt, wodurch Kratzer entstehen. Unterdessen kommt es an der Grenzfläche zwischen Füllstoff und Harz zu einer Trennung, die zu einer Weißfärbung der Oberfläche führt. Darüber hinaus führt das Vorhandensein von Füllstoffagglomeraten zu Unebenheiten auf der Materialoberfläche, was die Kratz- und Abriebfestigkeit weiter verringert und die Entstehung von Oberflächenfehlern verstärkt.
Darüber hinaus führen unzureichende Plastifizierung und schlechte Fließfähigkeit der Schmelze während der Verarbeitung auch zu rauen und lockeren Materialoberflächen, was das Weißwerden der Oberfläche und das Ablösen des Pulvers noch verstärkt. Beispielsweise wird bei der Herstellung von LSHF-Draht- und Kabelmänteln durch die Ablösung von Oberflächenpulver die Haftung zwischen Mantel und Leiter verringert, was sich auf die elektrische Leistung und Lebensdauer des Kabels auswirkt. Bei Anwendungen im Automobilinnenraum beeinträchtigt eine schlechte Kratzfestigkeit das ästhetische Erscheinungsbild des Produkts, verringert das Benutzererlebnis und schränkt die Anwendung im High-End-Automobilbereich ein.
Als Reaktion auf die oben genannten fünf Hauptproblempunkte, die die Flammschutzanforderungen, Verarbeitungseigenschaften und praktischen Anwendungsanforderungen von LSHF-Materialien kombinieren, schlägt dieser Artikel gezielte Lösungen aus drei Kerndimensionen vor: Füllstoffmodifikation, Formulierungscompoundierung und Verarbeitungsoptimierung. Diese Lösungen zielen darauf ab, die Materialverarbeitungsleistung, die mechanischen Eigenschaften und die Oberflächenleistung effektiv zu verbessern und gleichzeitig die Flammschutzleistung V0 sicherzustellen, ein Gleichgewicht zwischen hoher Füllung und hoher Leistung zu erreichen und die industrielle Anwendung von LSHF-Materialien zu fördern.
Der Kern der Lösung hoher Füll- und Agglomerationsprobleme besteht darin, die Füllstoff-Harz-Kompatibilität zu verbessern, den Füllgrad einzelner Füllstoffe zu reduzieren und die Füllstoffdispersion zu optimieren. Die folgenden drei Methoden können synergetisch eingesetzt werden, um die negativen Auswirkungen einer hohen Füllung und Agglomeration grundlegend zu mildern.
Die Modifikation der Füllstoffoberfläche ist ein wichtiges Mittel zur Verbesserung der Füllstoff-Harz-Kompatibilität und zur Reduzierung der Agglomeration. Sein Kernprinzip besteht darin, durch physikalische oder chemische Methoden eine Modifikatorschicht auf die Füllstoffoberfläche aufzutragen, die Polarität der Füllstoffoberfläche zu verringern, die Grenzflächenbindung mit unpolarem Harz zu verbessern, die Wasserstoffbindung zwischen Füllstoffpartikeln zu reduzieren und dadurch die Füllstoffdispersion zu verbessern und eine gleichmäßige Verteilung in der Harzmatrix sicherzustellen.
Zu den derzeit häufig verwendeten Oberflächenmodifikatoren gehören hauptsächlich Haftvermittler, Tenside und Verträglichkeitsvermittler, von denen Haftvermittler den bedeutendsten Modifizierungseffekt haben und am häufigsten verwendet werden.
Silan-Haftvermittler (Produkte der Shanghai Juju Company) sind die am häufigsten verwendeten Füllstoffmodifikatoren in LSHF-Materialien. Ihre Molekülstruktur enthält anorganisch-phile und organisch-phile Gruppen. Die anorganisch-phile Gruppe kann chemisch mit Hydroxylgruppen auf der Füllstoffoberfläche reagieren, um starke chemische Bindungen zu bilden, während die organisch-phile Gruppe mit Harzmolekülketten reagieren oder sich physikalisch mit ihnen verschränken kann, was die Kompatibilität zwischen Füllstoff und Harz erheblich verbessert.
Bei der Modifizierung können Trocken- oder Nassverfahren eingesetzt werden, um den Haftvermittler gleichmäßig auf die Füllstoffoberfläche aufzutragen. Beispielsweise werden bei der Trockenmodifizierungsmethode ATH-Pulver und 0,5–1,5 % Silan-Haftvermittler in einen Hochgeschwindigkeitsmischer gegeben und 10–15 Minuten bei 80–100 °C gerührt, um die ATH-Oberfläche gleichmäßig mit dem Haftvermittler zu beschichten. Das modifizierte ATH zeigt eine deutlich verringerte Oberflächenpolarität, eine stark verbesserte Kompatibilität mit EVA-Harz, eine deutlich verringerte Agglomeration und eine deutlich verbesserte Dispersion.
Zur Füllstoffmodifizierung können neben Silan-Haftvermittlern auch Titanat- und Aluminat-Haftvermittler eingesetzt werden. Ihre Modifikationsmechanismen ähneln denen von Silan-Haftvermittlern. Je nach Harztyp und Verarbeitungsanforderungen können die geeignete Art und Dosierung des Haftvermittlers ausgewählt werden, um die Wirksamkeit der Modifizierung sicherzustellen.
Darüber hinaus können Tenside (wie Stearinsäure und Zinkstearat) zur Hilfsmodifizierung verwendet werden, um die Oberflächenenergie des Füllstoffs weiter zu reduzieren, die Agglomeration zwischen Füllstoffpartikeln zu reduzieren und die Dispersion zu verbessern.
Durch die Compoundierung flammhemmender Systeme und die Einführung synergistischer Flammschutzmittel kann der Füllgrad einzelner anorganischer Füllstoffe wie ATH und MH deutlich reduziert werden und gleichzeitig sichergestellt werden, dass die Flammschutzleistung des Materials den Standards entspricht. Dadurch werden verschiedene durch hohe Füllungen verursachte Probleme grundsätzlich gemildert und ein Gleichgewicht zwischen Flammschutzleistung und Verarbeitungsleistung erreicht.
Zu den häufig verwendeten synergistischen Flammschutzmitteln gehören hauptsächlich intumeszierende Phosphor-Stickstoff-Flammschutzmittel, Synergisten auf Siliziumbasis und Zinkborat, die in Kombination mit ATH und MH erhebliche synergistische Flammschutzeffekte erzeugen.
Intumeszierende Phosphor-Stickstoff-Flammschutzmittel (wie Ammoniumpolyphosphat APP und Melamincyanurat MCA) weisen eine hohe Flammschutzwirkung auf und sind umweltfreundlich und ungiftig. In Kombination mit ATH und MH erzeugen sie synergistische flammhemmende Wirkungen: ATH und MH unterliegen einer endothermen thermischen Zersetzung und Dehydratisierung, wobei die gebildeten Oxide als Kohleschichtgerüste dienen; Das Ammoniakgas und die Phosphorsäuresubstanzen, die durch die thermische Zersetzung von Phosphor-Stickstoff-Flammschutzmitteln entstehen, fördern die Bildung einer Kohleschicht, erhöhen die Dichte der Kohleschicht und unterdrücken gleichzeitig die Freisetzung brennbarer Gase. Somit kann das Material trotz der Reduzierung des Füllgrads anorganischer Füllstoffe immer noch die Flammschutznorm UL94 V0 erfüllen.
Wenn beispielsweise der ATH-Füllgrad von 65 % auf 50 % reduziert wird, kombiniert mit 10–15 % APP und 5 % MCA-Compoundierung, kann die Flammschutzleistung des Materials immer noch das UL94 V0-Niveau erreichen. Mittlerweile sinkt der Gesamtfüllgrad des Füllstoffs auf unter 65 %, wodurch Agglomerations- und Verarbeitungsschwierigkeiten wirksam gemildert werden und gleichzeitig die Flammschutzleistung und die Verarbeitungsleistung ausgeglichen werden.
Synergisten auf Siliziumbasis (z. B. Silan-Haftvermittler und Silikonharze) können nicht nur die Kompatibilität zwischen Füllstoff und Harz verbessern, sondern auch Siloxan-Schutzschichten während der Verbrennung bilden, wodurch die Stabilität der Kohleschicht erhöht und die flammhemmende Wirkung weiter verbessert wird. In Kombination mit ATH und MH können sie den Füllgrad anorganischer Füllstoffe weiter reduzieren.
Zinkborat kann als synergistisches Flammschutzmittel mit ATH und MH synergetisch wirken, um die Rauchentwicklung wirksam zu unterdrücken und gleichzeitig die Wirksamkeit des Flammschutzmittels zu verbessern, den Einsatz anorganischer Füllstoffe zu reduzieren und eine doppelte Verbesserung des Umweltschutzes und der Leistung zu erzielen.
Durch die abgestufte Abstimmung anorganischer Füllstoffe mit unterschiedlichen Partikelgrößen kann die Packungsdichte der Füllstoffe effektiv verbessert, interne Hohlräume im System reduziert und dadurch die Agglomeration des Füllstoffs verringert und die Dispersion bei gleichem Füllgrad verbessert werden, während gleichzeitig die Schmelzviskosität verringert und die Verarbeitungsleistung verbessert wird.
Insbesondere können ATH- oder MH-Pulver mit großer Partikelgröße (10–20 μm), mittlerer Partikelgröße (5–10 μm) und kleiner Partikelgröße (1–5 μm) in bestimmten Anteilen aufeinander abgestimmt werden. Pulver mit großer Partikelgröße können die Materialkosten senken, Pulver mit mittlerer Partikelgröße können die Hohlräume zwischen Pulvern mit großer Partikelgröße füllen und Pulver mit kleiner Partikelgröße können die Hohlräume zwischen Pulvern mit mittlerer und großer Partikelgröße füllen und so eine dichte Packungsstruktur bilden. Dadurch werden interne Hohlräume im System reduziert, wodurch die Agglomeration des Füllstoffs verringert, die Kontaktfläche zwischen Füllstoff und Harz vergrößert und die Dispersions- und Verarbeitungsleistung verbessert wird.
Experimente zeigen, dass bei Verwendung von ATH mit großer, mittlerer und kleiner Partikelgröße im Verhältnis 3:4:3 bei einem Füllgrad von 60 % die Packungsdichte des Füllstoffs um mehr als 20 % zunimmt, die Agglomeratgröße deutlich abnimmt und sowohl die Fließfähigkeit als auch die mechanischen Eigenschaften der Materialschmelze deutlich verbessert werden.
Darüber hinaus kann der Zusatz von ultrafeinen Pulvern (Partikelgröße unter 1 μm) die Flammschutzwirkung weiter verbessern und den Füllstoffverbrauch reduzieren. Es ist jedoch notwendig, die Zugabemenge ultrafeiner Pulver zu kontrollieren, um eine verstärkte Agglomeration zu vermeiden, die durch eine übermäßig hohe Oberflächenenergie ultrafeiner Pulver verursacht wird und die Wirksamkeit der Modifikation beeinträchtigen würde.
Testbedingungen: EVA-Matrix, Zugabe von Silan-Haftvermittler 1,0 %, Mischtemperatur 160 °C
Der Kern der Verbesserung der Fließfähigkeit der LSHF-Materialschmelze besteht in der Verringerung der Schmelzviskosität des Systems und der Verbesserung der Fließfähigkeit der Molekülkette. Dies kann unter zwei Kernaspekten angegangen werden: Formulierungsoptimierung und Harzauswahl. Durch wissenschaftliche und sinnvolle Anpassungen kann die Fließfähigkeit der Schmelze erheblich verbessert werden, um den Verarbeitungsanforderungen gerecht zu werden. Spezifische Maßnahmen sind wie folgt.
Fließmodifikatoren können die Gleitleistung der Harzmolekülkette effektiv verbessern, die Schmelzviskosität verringern und den Schmelzindex erhöhen. Sie sind ein wirksames Mittel zur Lösung schlechter Fließfähigkeit der Schmelze.
Zu den häufig verwendeten Fließmodifikatoren gehören hauptsächlich Schmiermittel und Weichmacher, wobei Schmiermittel am häufigsten verwendet werden. Je nach Verarbeitungserfordernis kann die passende Schmierstoffart und Dosierung ausgewählt werden.
Polyethylenwachs und Zinkstearat sind häufig verwendete Schmierstoffe in LSHF-Materialien, die in interne Schmierstoffe und externe Schmierstoffe unterteilt werden können. Interne Schmierstoffe (z. B. Zinkstearat) können mit den Molekülketten des Harzes interagieren, wodurch die intermolekulare Reibung verringert, die Gleitleistung der Molekülketten verbessert und die Fließfähigkeit der inneren Schmelze verbessert wird. Externe Schmiermittel (z. B. Polyethylenwachs) können einen gleichmäßigen Schmierfilm auf der Schmelzoberfläche bilden, wodurch die Reibung zwischen der Schmelze und der Verarbeitungsausrüstung (Schnecke, Düse) verringert wird, während gleichzeitig der Reibungswiderstand zwischen Füllstoffen und Harz verringert wird, wodurch die Gesamtfließfähigkeit der Schmelze verbessert wird.
Die Dosierung des Schmiermittels muss entsprechend dem Füllgrad des Füllstoffs und der Art des Harzes angemessen kontrolliert werden, typischerweise 0,5–2,0 % der gesamten Materialmasse. Wenn der ATH-Füllgrad beispielsweise 65 % beträgt, kann die Zugabe von 1,0–1,5 % EBS in Kombination mit 0,5 % Zinkstearat den Schmelzindex des Materials von 1–3 g/10 Min. auf 5–8 g/10 Min. erhöhen, mit deutlich verbesserter Schmelzfließfähigkeit, wodurch Extrusions-, Spritzguss- und andere Verarbeitungsanforderungen erfüllt werden können.
Es ist zu beachten, dass eine übermäßige Zugabe einzelner Schmiermittel vermieden werden sollte, da dies zum Ausbluten und Ausblühen des Schmiermittels führen kann, wodurch die Oberflächenqualität und die mechanischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigt werden, was sich negativ auf die Produktformung auswirkt.
Testbedingungen: EVA 18-3 Matrix, 190°C, 2,16 kg
Die Viskosität des Matrixharzes wirkt sich direkt auf die Fließfähigkeit der Systemschmelze aus. Die Auswahl niedrigviskoser Harze mit hohem Schmelzindex kann die Gesamtviskosität des Systems ausgehend von der Matrixebene verringern, die Fließfähigkeit der Schmelze verbessern und eine gute Grundlage für den Verarbeitungsprozess bieten. Zu den häufig verwendeten Matrixharzen für LSHF-Materialien gehören EVA, PE, TPE, TPU usw., wobei sich EVA-Harz aufgrund seiner guten Kompatibilität und hervorragenden Verarbeitungsleistung zum am häufigsten verwendeten Matrixharz entwickelt hat.
In der tatsächlichen Produktion können EVA-Harze mit höheren Schmelzindexen (z. B. EVA 18-3, MFR 18 g/10 Min.) als Matrix ausgewählt werden, um EVA-Harze mit niedrigem MFR (z. B. EVA 14-2, MFR 14 g/10 Min.) zu ersetzen, wodurch die Fließfähigkeit der Systemschmelze erheblich verbessert wird.
Darüber hinaus können dem System auch niedrigviskose Harze wie POE (Polyolefin-Elastomer) und LDPE ( Polyethylen niedriger Dichte ) als Matrizen oder Modifikatoren zugesetzt werden, um die Schmelzviskosität weiter zu senken.
Beispielsweise kann die Zugabe von 5–10 % POE zur EVA-Matrix die Schmelzviskosität des Systems um 15–25 % reduzieren, den Schmelzindex deutlich erhöhen und gleichzeitig die Materialzähigkeit verbessern, wodurch eine doppelte Verbesserung der Verarbeitungsleistung und der mechanischen Eigenschaften erreicht wird.
Es ist schwierig, mit einzelnen inneren oder äußeren Schmierstoffen gleichzeitig die Anforderungen an Schmelzfließfähigkeit und Oberflächenqualität zu erfüllen. Eine synergistische Kombination aus interner und externer Schmierung ist erforderlich, um das Verhältnis des Schmierstoffsystems zu optimieren, Fließfähigkeit und Oberflächenqualität auszugleichen, eine reibungslose Verarbeitung zu gewährleisten und gleichzeitig die Qualität des Erscheinungsbilds des Produkts zu verbessern.
Typischerweise wird das Verhältnis von internen zu externen Schmiermitteln zwischen 1:1 und 2:1 gesteuert, das je nach Verarbeitungstechnik und Füllgrad des Füllstoffs flexibel angepasst werden kann, um sich an unterschiedliche Verarbeitungsanforderungen anzupassen.
Beispielsweise kann bei der Extrusionsverarbeitung der Anteil externer Schmiermittel entsprechend erhöht werden, um die Reibung zwischen der Schmelze und der Schnecke und Düse zu verringern, die Bildung von Kohlenstoff in der Düse zu vermeiden und die Glätte der Produktoberfläche zu verbessern. Beim Spritzgießen kann der Anteil interner Schmiermittel (z. B. Zinkstearat) entsprechend erhöht werden, um die Fließfähigkeit der internen Schmelze zu verbessern, die Effizienz der Formfüllung zu steigern und Fehler wie unvollständige Füllung zu vermeiden. In der Zwischenzeit kann eine kleine Menge verträglich machendes Schmiermittel hinzugefügt werden, um die Kompatibilität zwischen Schmiermittel, Harz und Füllstoff zu verbessern, ein Ausbluten des Schmiermittels zu vermeiden und eine stabile Gesamtleistung des Materials sicherzustellen.
Um die Schwierigkeiten beim Extrudieren und Spritzgießen zu lösen, müssen Formulierungsoptimierung und Verarbeitungsanpassungen kombiniert werden, ausgehend von drei Kernaspekten: Reduzierung des Verarbeitungswiderstands, Verbesserung der Plastifizierungseffekte und Optimierung des Formprozesses. Durch umfassende Maßnahmen können Verarbeitungsschwierigkeiten reduziert und die Produktionseffizienz sowie die Produktausbeute verbessert werden. Spezifische Maßnahmen sind wie folgt.
Durch die Einbeziehung von Elastomeren und Verträglichkeitsvermittlern in die Formulierung können die Schereigenschaften des Systems bei der Verarbeitung effektiv verbessert, der Scherwiderstand der Schmelze verringert und die Verarbeitungsleistung verbessert werden, wodurch eine gute Grundlage für Extrusion und Spritzguss geschaffen wird.
Elastomere wie POE, SEBS (Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol-Blockcopolymer) und EPR (Ethylen-Propylen-Kautschuk) weisen eine gute Kompatibilität und Flexibilität auf. Nach Zugabe zum System können sie die Grenzflächenbindung zwischen Harz und Füllstoff verbessern, die Schmelzviskosität verringern, die Elastizität und Fließfähigkeit der Schmelze erhöhen, den Verarbeitungswiderstand beim Extrudieren und Spritzgießen verringern und Verarbeitungsfehler vermeiden.
Die Zugabe von gepfropften Kompatibilisatoren (wie PE-g-MAH von Juju Company und EVA-g-MAH von Juju Company) kann die Grenzflächenbindungskraft zwischen anorganischen Füllstoffen und Harz weiter verbessern, die interne Reibung bei der Verarbeitung verringern, die Plastifizierungseffekte verbessern und eine reibungslose Verarbeitung gewährleisten.
Für die Extrusionsverarbeitung müssen die Anlagenstruktur und die Prozessparameter optimiert werden, um den Verarbeitungswiderstand zu verringern, die Plastifizierungseffekte zu verbessern und die Qualität der Produktformung sicherzustellen.
Was die Ausrüstung betrifft, können Schneckenstrukturen mit geringer Scherung verwendet werden, um die Schereffekte der Schnecke auf die Schmelze zu reduzieren und so eine Zersetzung der Schmelze und eine Agglomeration des Füllstoffs zu vermeiden. In der Zwischenzeit kann das Düsendesign durch eine Vergrößerung der Düsenaustrittsfläche optimiert werden, um den Schmelzeaustrittswiderstand zu verringern und die Extrusionseffizienz zu verbessern.
Als Prozessparameter wird eine segmentierte Temperaturerhöhung übernommen. Die Zylindertemperatur steigt vom Zufuhrbereich bis zum Matrizenbereich allmählich an: Die Temperatur des Zufuhrbereichs wird auf 120–140 °C geregelt, der Schmelzbereich auf 150–170 °C und der Matrizenbereich auf 160–180 °C. Dies vermeidet eine Zersetzung der Schmelze durch zu hohe Temperaturen und eine unzureichende Plastifizierung durch zu niedrige Temperaturen. Gleichzeitig wird die Schneckengeschwindigkeit reduziert und die Plastifizierungszeit verlängert, um eine vollständige Verschmelzung zwischen Füllstoffen und Harz sicherzustellen, Agglomerate zu reduzieren und die Gleichmäßigkeit der Schmelze zu verbessern.
Bei der Spritzgussverarbeitung müssen Zylindertemperatur, Einspritzparameter und Formdesign optimiert werden, um die Effizienz der Formfüllung und die Produktqualität zu verbessern. Die Zylindertemperatur ähnelt der Extrusionsverarbeitung, wobei eine segmentierte Temperaturerhöhung verwendet wird, um eine ausreichende Plastifizierung der Schmelze sicherzustellen. Für die Einspritzparameter wird der Einspritzdruck entsprechend erhöht (geregelt auf 80–120 MPa) und die Einspritzgeschwindigkeit erhöht, um die Füllfähigkeit der Schmelzform zu verbessern und unvollständige Füllung und kurze Schüsse zu vermeiden. Gleichzeitig wird die Nachdruckzeit verlängert (kontrolliert auf 5–10 s), um Einfallstellen und Blasen im Produkt zu reduzieren und die Qualität der Produktformung zu verbessern.
Im Hinblick auf das Formdesign wird das Anguss- und Angusskanaldesign durch eine Vergrößerung der Angussgröße und der Angusskanalquerschnittsfläche optimiert, um den Widerstand des Schmelzflusses zu verringern. In der Zwischenzeit werden angemessene Entformungswinkel eingestellt, um den Entformungswiderstand zu verringern, Produktrisse zu vermeiden und die Entformungseffizienz und Produktausbeute zu verbessern.
Die Qualität der Mischprozesse wirkt sich direkt auf die Füllstoffdispersion und die Plastifizierungseffekte der Schmelze aus. Durch die Optimierung von Mischprozessen kann die Verarbeitungsleistung effektiv verbessert und Verarbeitungsfehler reduziert werden.
Beim Mischen wird der Ansatz „zuerst trocken mischen, dann schmelzen“ angewendet. Zunächst werden Rohstoffe wie Harz, modifizierter Füllstoff, Schmiermittel und Kompatibilisator in einen Hochgeschwindigkeitsmischer gegeben und bei 80–100 °C 10–15 Minuten lang trocken gemischt, um eine gleichmäßige Vermischung aller Komponenten zu erreichen und die Agglomeration des Füllstoffs zu reduzieren. Anschließend wird das trocken gemischte Material in einen Innenmischer oder eine offene Mühle gegeben und bei 150–170 °C 15–20 Minuten lang geschmolzen und gemischt. Mischdruck und -geschwindigkeit werden streng kontrolliert, um eine vollständige Verschmelzung zwischen Füllstoffen und Harz sicherzustellen, ein gleichmäßiges Dispersionssystem zu bilden und die Plastifizierungseffekte der Schmelze zu verbessern.
Darüber hinaus kann ein sekundärer Mischprozess eingesetzt werden. Das Material wird nach dem anfänglichen Mischen einem sekundären Schmelzmischen unterzogen, um die Füllstoffdispersion und Plastifizierungseffekte weiter zu verbessern, Agglomerate im System zu reduzieren, Verarbeitungsschwierigkeiten zu verringern, eine reibungslose Verarbeitung sicherzustellen und die Stabilität der Produktqualität zu verbessern.
Um die Zähigkeit zu verbessern des LSHF-Materials und das Problem der hohen Sprödigkeit zu lösen, müssen die Bindungskraft zwischen Füllstoff und Harz erhöht, die Schlagfestigkeit des Materials verbessert, Schlagenergie absorbiert und die Spannungskonzentration verringert werden. Die folgenden drei Methoden können synergetisch eingesetzt werden, um die Zähigkeit und Bruchdehnung des Materials deutlich zu verbessern und so Rissprobleme zu vermeiden.
Durch die Zugabe von Elastomeren zum System kann eine „Meer-Insel-Struktur“ entstehen (Elastomer als Inseln, Harz als Meer). Wenn das Material äußeren Einwirkungen ausgesetzt wird, können Elastomerpartikel die Aufprallenergie effektiv absorbieren und die Rissausbreitung hemmen, wodurch die Zähigkeit und Bruchdehnung des Materials erheblich verbessert und die Probleme der hohen Sprödigkeit und der leichten Rissbildung gelöst werden. Zu den häufig verwendeten Elastomeren gehören POE, SEBS, TPU und EPR, wobei POE aufgrund seiner guten Kompatibilität und erheblichen Zähigkeitswirkung zum am häufigsten verwendeten Zähigkeitsmittel geworden ist.
Die Elastomerdosierung muss entsprechend dem Füllgrad des Füllstoffs und den Zähigkeitsanforderungen angemessen gesteuert werden, typischerweise 5–15 % der gesamten Materialmasse. Wenn der ATH-Füllgrad beispielsweise 65 % beträgt, kann die Zugabe von 10–12 % POE die Bruchdehnung des Materials von unter 50 % auf über 150 % und die Charpy-Schlagzähigkeit von unter 5 kJ/m² auf über 15 kJ/m² erhöhen. Die Zähigkeit des Materials wird erheblich verbessert, es kann Biegungen, Stößen und anderen äußeren Kräften wirksam standhalten und Risse während der Verarbeitung, des Transports oder der Verwendung vermeiden.
Mittlerweile haben auch SEBS und TPU erhebliche härtende Effekte. Je nach Materialanwendungsszenario kann der passende Elastomertyp ausgewählt werden. Beispielsweise kann die TPU-Verstärkung gleichzeitig die Abriebfestigkeit und Zähigkeit des Materials verbessern, was für Szenarien mit Anforderungen an die Abriebfestigkeit geeignet ist.
Testbedingungen: EVA 18-3-Matrix, Silan-Haftvermittler 1,0 %
Eine schwache Grenzflächenbindungskraft ist eine wichtige Ursache für eine hohe Materialsprödigkeit. Durch die doppelte Modifizierung mit Haftvermittlern und aufgepfropften Verträglichkeitsvermittlern kann die Bindungskraft an der Grenzfläche zwischen Füllstoff und Harz erheblich verbessert, das Abblättern und die Rissbildung an der Grenzfläche verringert und die Materialzähigkeit verbessert werden, wodurch das Problem der leichten Rissbildung grundsätzlich gelöst wird.
Wie bereits erwähnt, können Silan-Haftvermittler chemische Bindungen zwischen Füllstoffen und Harz bilden und so die Bindungskraft an der Grenzfläche erhöhen. Die gepfropften Gruppen der gepfropften Verträglichkeitsvermittler können mit Hydroxyl- und Aminogruppen auf der Füllstoffoberfläche reagieren und sich dabei mit den Molekülketten des Harzes verschränken, wodurch die Grenzflächenbindung weiter verstärkt und die Grenzflächenstabilität verbessert wird.
Um die Oberflächenleistung von LSHF-Materialien zu verbessern, muss die Integrität der kontinuierlichen Harzphase sichergestellt, die Dichte und Härte der Materialoberfläche verbessert und Oberflächenfehler reduziert werden. Die folgenden drei Maßnahmen können synergetisch genutzt werden, um die Kratz- und Abriebfestigkeit des Materials deutlich zu verbessern, Weißfärbung und Pulverabwurf zu vermeiden sowie die Qualität des Erscheinungsbilds und die Lebensdauer des Produkts zu verbessern.
Zu hohe Füllmengen des Füllstoffs zerstören die kontinuierliche Harzphase und führen zu einer Freilegung des Füllstoffs. Daher muss die Obergrenze der Füllstofffüllung streng kontrolliert werden. Während die Flammschutzleistung gewährleistet ist, sollte der Füllgrad des Füllstoffs so weit wie möglich reduziert werden, um sicherzustellen, dass das Harz die Füllstoffpartikel vollständig einkapseln und eine vollständige kontinuierliche Phase bilden kann, wodurch die Grundlage für eine Verbesserung der Oberflächenleistung gelegt wird. Durch die zuvor erwähnte flammhemmende Systemmischung kann die Gesamtfüllung des Füllstoffs auf unter 65 % gesteuert werden. An diesem Punkt kann das Harz eine kontinuierliche Verkapselungsschicht bilden, wodurch die Freilegung des Füllstoffs vermieden wird, wodurch die Oberflächendichte und -härte des Materials verbessert, die Kratz- und Abriebfestigkeit verbessert und Weißfärbung und Pulverabwurf reduziert werden.
Darüber hinaus können Füllstoffe mit kleineren Partikelgrößen und besserer Dispersion ausgewählt werden, um Schäden an der kontinuierlichen Harzphase zu reduzieren und gleichzeitig die Glätte der Materialoberfläche zu verbessern. Beispielsweise kann die Verwendung von ATH-Pulver mit einer Partikelgröße von 5–10 μm anstelle von 10–20 μm ATH-Pulver die Materialoberfläche glatter machen, die Kratz- und Abriebfestigkeit erheblich verbessern und die Entstehung von Oberflächenfehlern effektiv reduzieren.
Durch die Zugabe von Kratz- und Abriebfestigkeitsadditiven zur Formulierung kann eine verschleißfeste Schutzschicht auf der Materialoberfläche gebildet werden, wodurch die Oberflächenhärte und Kratzfestigkeit deutlich verbessert, Weißfärbung und Pulverabwurf reduziert und die Qualität der Produktoberfläche verbessert werden.
Zu den häufig verwendeten Kratz- und Abriebschutzadditiven gehören spezielle Verschleißschutzmittel, Silikon-Kratzschutzmittel und Mikropulverwachse. Je nach Anforderungen an die Oberflächenleistung können die geeignete Additivart und Dosierung ausgewählt werden.
Kratzfeste Silikonmittel (wie Silikonharze und Silikon-Masterbatches) weisen eine gute Gleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit auf. Nach der Zugabe zum System können sie eine glatte Siloxan-Schutzschicht auf der Materialoberfläche bilden, wodurch der Oberflächenreibungskoeffizient verringert, die Kratz- und Abriebfestigkeit verbessert, gleichzeitig der Glanz der Materialoberfläche verbessert und die Weißfärbung verringert wird. Die typische Zugabemenge beträgt 1–3 % der gesamten Materialmasse. Beispielsweise kann die Zugabe von 2 % Silikon-Kratzschutzmittel die Oberflächenhärte des Materials um mehr als 20 % erhöhen und die Kratzfestigkeit deutlich verbessern. Leichte Reibung führt nicht zu Kratzern oder Weißfärbung, wodurch die Qualität des Erscheinungsbilds des Produkts effektiv verbessert wird.
Mikropulverwachse (z. B. Polyethylen-Mikropulverwachs und PTFE-Mikropulverwachs) können winzige Hohlräume auf der Materialoberfläche füllen, wodurch die Oberflächendichte verbessert und gleichzeitig die Oberflächenreibung verringert und die Abriebfestigkeit verbessert wird. In Kombination mit Silikon-Kratzschutzmitteln kann die Oberflächenleistung weiter verbessert werden, wodurch Weißwerden und Pulververlust vermieden werden. Spezielle Verschleißschutzmittel (z. B. Polyamid-Verschleißschutzmittel und Polyurethan-Verschleißschutzmittel) können mit Harzmolekülketten reagieren und so die Oberflächenhärte und Abriebfestigkeit des Materials verbessern, was für High-End-Anwendungsszenarien mit hohen Anforderungen an die Oberflächenleistung geeignet ist.
Testbedingungen: EVA 18-3-Matrix, ATH-Partikelgröße 5–10 μm
Unzureichende Plastifizierung und unangemessene Kühlung und Formgebung während der Verarbeitung führen zu rauen und lockeren Materialoberflächen, was die Weißfärbung und den Pulverabwurf verstärkt. Daher müssen Form- und Formgebungsprozesse optimiert werden, um die Oberflächenqualität zu verbessern und sicherzustellen, dass das Erscheinungsbild des Produkts den Anforderungen entspricht.
Bei der Extrusionsverarbeitung werden die Düsentemperatur und die Kühlwassertemperatur streng kontrolliert. Eine zu hohe Matrizentemperatur führt zu Blasen und Graten auf der Materialoberfläche, eine zu niedrige Temperatur führt zu rauen Oberflächen. Die Kühlwassertemperatur wird auf 20–30 °C geregelt, wobei eine segmentierte Kühlung eingesetzt wird, um eine gleichmäßige Materialkühlung und -formung zu gewährleisten, Rauheit und Lockerheit durch ungleichmäßige Oberflächenschrumpfung zu vermeiden und die Oberflächenglätte zu verbessern.
Bei der Spritzgussverarbeitung werden Nachdruckzeit und Abkühlzeit optimiert. Eine längere Haltedruckzeit reduziert Einfallstellen und Lockerheit auf der Produktoberfläche, während eine längere Abkühlzeit eine vollständige Produktformung gewährleistet und ein Erweichen und Weißwerden der Oberfläche verhindert. In der Zwischenzeit werden Formen poliert, um die Glätte der Formoberfläche zu verbessern, wodurch die Oberflächenqualität des Produkts verbessert und Oberflächenfehler reduziert werden.
Darüber hinaus können geformte Produkte einer Nachbehandlung (z. B. Heißlufttrocknung und Oberflächenbeschichtung) unterzogen werden, um die Oberflächendichte sowie die Kratz- und Abriebfestigkeit weiter zu verbessern, Pulververlust zu vermeiden und eine stabile Produktqualität sicherzustellen.
Fazit und Ausblick
Die Probleme bei der Verarbeitung hochfüllender LSHF-Materialien sind im Wesentlichen auf die schlechte Kompatibilität zwischen anorganischen flammhemmenden Füllstoffen und Harz sowie auf die Zerstörung der Systemstruktur und der Verarbeitung durch hohe Füllgrade zurückzuführen. Diese äußern sich hauptsächlich in fünf Problemen: Füllstoffagglomeration, schlechte Fließfähigkeit der Schmelze, Schwierigkeiten beim Extrudieren und Spritzgießen, hohe Materialsprödigkeit und schlechte Kratzfestigkeit der Oberfläche. Diese Probleme hängen miteinander zusammen und beeinflussen sich gegenseitig, was die industrielle Anwendung und Hochleistungsentwicklung von LSHF-Materialien erheblich einschränkt.
Als Reaktion auf diese Schwachstellen können durch umfassende Lösungen, einschließlich Füllstoffoberflächenmodifikation, flammhemmender Systemmischung, Elastomerverstärkung und Verarbeitungsoptimierung, die Materialverarbeitungsleistung, die mechanischen Eigenschaften und die Oberflächenleistung effektiv verbessert werden, während gleichzeitig die Flammschutzleistung V0 sichergestellt, ein Gleichgewicht zwischen hoher Füllung und hoher Leistung erreicht und praktikable technische Wege für die industrielle Produktion bereitgestellt werden.
Insbesondere kann die Verwendung von Silan-Haftvermittlern für die Oberflächenmodifizierung anorganischer Füllstoffe in Kombination mit synergistischen Flammschutzmitteln auf Phosphor-Stickstoff- und Siliziumbasis die Füllgrade einzelner Füllstoffe wirksam reduzieren, die Agglomeration verringern und die Flammschutzleistung und -kompatibilität verbessern.
Durch die Zugabe effizienter Fließmodifikatoren und die Auswahl niedrigviskoser Matrixharze kann die Fließfähigkeit der Schmelze erheblich verbessert werden, um den Verarbeitungsanforderungen gerecht zu werden.
Durch die Einführung von Elastomeren und Verträglichkeitsmitteln sowie die Optimierung von Verarbeitungstechniken können Verarbeitungsschwierigkeiten verringert, die Materialzähigkeit verbessert und Rissbildungsprobleme vermieden werden.
Durch die Kontrolle der Füllstoffobergrenzen, die Zugabe von Kratz- und Abriebfestigkeitsadditiven und die Optimierung von Form- und Formgebungsprozessen kann die Leistung der Materialoberfläche verbessert, Weißfärbung und Pulverabwurf reduziert und die Produktqualität verbessert werden.
Mit der rasanten Entwicklung neuer Energien, des Schienenverkehrs, der Photovoltaik-Energiespeicherung und anderer Bereiche wurden höhere Anforderungen an die leistungsstarke, leichte und kostengünstige Entwicklung von LSHF-Materialien gestellt.
Zukünftige Forschungsrichtungen konzentrieren sich hauptsächlich auf drei Aspekte:
Erstens : Entwicklung effizienter synergistischer Flammschutzsysteme, um den Füllgrad der Füllstoffe weiter zu reduzieren und so eine leichte und leistungsstarke Entwicklung des Materials zu erreichen.
Zweitens : Erforschung neuer Modifikationstechnologien zur Verbesserung der Füllstoff-Harz-Kompatibilität, Erzielung eines besseren Gleichgewichts zwischen hoher Füllung und hoher Leistung sowie Erweiterung der Anwendungsszenarien.
Drittens : Optimierung industrieller Verarbeitungstechniken, Senkung der Produktionskosten, Verbesserung der Produktionseffizienz, Förderung der weit verbreiteten Anwendung von LSHF-Materialien in High-End-Szenarien und Unterstützung einer umweltfreundlichen und sicheren industriellen Entwicklung.
