Warum ist die Flammhemmung von TPE schwierig? Was sind die Herausforderungen bei der Verarbeitung?

Warum ist die Flammhemmung von TPE schwierig? Was sind die Verarbeitungsherausforderungen?

Thermoplastisches Elastomer TPE, auch bekannt als Kunstkautschuk oder Synthesekautschuk. Seine Produkte verfügen nicht nur über die hohe Elastizität, Alterungsbeständigkeit und Ölbeständigkeit herkömmlicher vernetzter vulkanisierter Kautschuke, sondern zeichnen sich auch durch den Verarbeitungskomfort und die breite Palette an Verarbeitungsmethoden gewöhnlicher Kunststoffe aus.

TPE besteht hauptsächlich aus zwei Teilen: Der eine ist Kunststoff, der als kontinuierliche Phase dient, und der andere ist Gummi, der als dispergierte Phase dient. Normalerweise muss der Gummi mit weichmachendem Öl oder Weichmacher kombiniert werden. Außerdem sind Vulkanisationsmittel und einige Hilfszusätze unerlässlich. Um die Kosten zu senken oder bestimmte Eigenschaften zu verbessern, werden darüber hinaus auch einige anorganische Füllstoffe zugesetzt.

Basierend auf der Materialzusammensetzung kann es unterteilt werden in: Styrol (SBS, SIS, SEBS, SEPS), Olefin (TPO, TPV), Dien (TPB, TPI), Chlor (TPVC, TCPE), Urethan (TPU), Ester (TPEE), Amid (TPAE), Fluor (TPF), Silikon und Vinyl usw. und deckt fast alle Bereiche des modernen synthetischen Gummis und Kunstharzes ab.

Im Folgenden ist die Zusammensetzung mehrerer gängiger TPE aufgeführt.

Das TPE-Formulierungssystem für thermoplastische Elastomere besteht jedoch aus zahlreichen Komponenten. Aufgrund der unterschiedlichen Struktur und Eigenschaften der einzelnen Komponenten sowie unklarer Mechanismen bringt die flammhemmende Behandlung erhebliche Schwierigkeiten mit sich. Darüber hinaus bestehen bei der Verwendung erhebliche potenzielle Sicherheitsrisiken, die bestimmte Einschränkungen bei der Anwendung von TPE-Produkten mit sich bringen. Was sind also die Grundvoraussetzungen für die flammhemmende TPE-Behandlung und welche Schwierigkeiten können auftreten?

I. Grundanforderungen an Flammschutzmittel in TPE
Bei der Auswahl von Flammschutzmitteln geht es meist darum, eine Kompromissmethode unter der Bedingung zu wählen, dass die folgenden Grundanforderungen erfüllt werden, basierend auf dem Prinzip des Value Engineering, um ein „Grad“ zu meistern, um eine optimale Balance zu finden:

• Hohe Flammschutzwirkung, erfordert weniger Dosierung pro Flammschutzwirkungseinheit, was ein hohes Wirksamkeits-/Preisverhältnis bedeutet.

• Sollte ökologische und umweltschutztechnische Anforderungen und Eigenschaften aufweisen.

• Gute Verträglichkeit mit dem zu flammgeschützten Untergrund, neigt nicht zum Ausblühen und erfüllt die Verarbeitungsbedingungen für Kunststoffe.

• Über eine ausreichende thermische Stabilität verfügen.

• Die Verarbeitungsleistung des flammhemmenden Materials sowie die physikalischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Endprodukts werden nicht übermäßig beeinträchtigt, wodurch eine harmonische Einheit zwischen Flammhemmung und Praktikabilität des Materials erreicht wird.

• Besitzen Sie eine akzeptable Lichtstabilität.

• Die Rohstoffquellen sind ausreichend, der Herstellungsprozess ist einfach, der Preis ist moderat und für die Benutzer akzeptabel.

II. Mögliche Probleme bei der Flammhemmung von TPE

1. Schwierigkeiten bei der Auswahl von Flammschutzmitteln
Aufgrund der geringen Flammschutzwirkung von halogenfreien Flammschutzmitteln und einem weiteren wichtigen Grund: Normalerweise haben halogenfreie Flammschutzmittel eine relativ geringe Dichte. Wird dem Material die gleiche Menge Flammschutzmittel zugesetzt, ist der Volumenanteil des halogenfreien Flammschutzmittels im Material größer.
Zu viel Flammschutzmittel führt daher zu einer schlechten Kompatibilität mit dem Substrat, einer erheblichen Verschlechterung des Elastizitätsmoduls, der Flexibilität, der mechanischen Eigenschaften und der Verschleißfestigkeit des thermoplastischen Elastomers TPE-S, einer schlechteren Schmelzfließfähigkeit, Schwierigkeiten beim Formen des Elastomers und der Oberfläche ist anfällig für die Migration von Flammschutzmitteln, was die Umwelt verschmutzt.

2. Unklarer Flammschutzmechanismus
Das TPE-S-System ist hauptsächlich eine mehrphasige Mischstruktur, die aus Styrol-Blockcopolymer-Elastomeren, Polyolefinharzen, Weichmachern und Füllstoffen besteht.
Obwohl es relativ ausgereifte Formulierungen und Beispiele für die halogenfreie Flammhemmung von Polyolefinharzen gibt, sind die Flammschutzmechanismen von SEBS und Polyolefinen wie PP und PE tatsächlich nicht die gleichen. Es ist schwierig, mit einem einzigen Flammschutzmittel gleichzeitig mehrere Kunststoffkomponenten wirksam flammhemmend zu machen.

3. Weichmacher reduzieren die Flammhemmung
Um die Härte zu verringern und die Haptik weicher zu machen, erfordern TPE-Kunststoffe häufig die Zugabe von Weichmachern (Weißöl), hauptsächlich Weißöl Nr. 26, Nr. 32 und Nr. 70.
Aufgrund der Unterschiede im Grenzsauerstoffindex und der Fließfähigkeit dieser vier Öltypen sowie der inhärenten Entflammbarkeit von Ölsubstanzen, die die Flammhemmung des Elastomers erheblich verringert, ist es von entscheidender Bedeutung, wie die Beziehung zwischen Weichmacher und Flammhemmung bei der Herstellung von Produkten mit geringer Härte gelöst werden kann und wie die Art des Weißöls ausgewählt wird.

III. Mögliche Probleme bei der Verarbeitung von flammhemmendem TPE

1. Unglatte Drahtoberfläche
Dies kommt häufig bei der TPE-Drahtverarbeitung vor. Die Ursache hierfür ist im Allgemeinen eine falsche Temperatureinstellung und ungleichmäßige Mischung des Flammschutzmittels oder möglicherweise eine falsche Formauswahl. Natürlich hängt es auch stark mit der Materialformulierung zusammen.
Erfahrene Prozessoren schließen Geräteprobleme aus und können durch wiederholtes Debuggen die geeignete Temperatur finden. Die Auswahl des geeigneten Materials und der spezifischen Formulierung erfordert jedoch sorgfältige Überlegungen der Ingenieure. Es wird empfohlen, mehr mit Rohstofflieferanten zu kommunizieren, um die Materialeigenschaften und Vorsichtsmaßnahmen bei der Verarbeitung zu verstehen. Mit der Wahl des richtigen Materials erzielen Sie mit halbem Aufwand das doppelte Ergebnis. TPU-Drähte weisen im Vergleich zu TPE-Drähten im Allgemeinen eine bessere Oberflächenbearbeitung auf.

2. Exsudation auf der Drahtoberfläche
Spezifische Exsudation äußert sich als: Oberflächenbleichung, Ölaustritt oder ein nebelartiges Aussehen. Kunden wird empfohlen, vorzugsweise Materialien mit leichter Oberflächenaufhellung zu wählen; Diese Art der Ausschwitzung hat keinen Einfluss auf die physikalischen und elektrischen Eigenschaften. Verwenden Sie keine Materialien, auf deren Oberfläche Öl austritt, da diese während des Gebrauchs leicht abblättern und abblättern können.
Darüber hinaus variiert der Schweregrad der Exsudation. Gute Materialien weisen eine leichte Ausschwitzung auf, die kurzfristig nicht auftreten kann, und selbst wenn sie auftritt, kann sie vorsichtig mit der Hand abgewischt werden.

3. Oberflächenaufhellung, Schälen und Entschleimung
Die Aufhellung durch Schaben wird durch die Zugabe von PP- und PE-Komponenten im Material verursacht und kann verbessert werden. Einige Hersteller haben Produkte entwickelt, die nicht weiß kratzen, aber das ist bei TPE schwieriger als bei TPU. Wenn es zu einer Ablösung oder Entschleimung kommt, ist der Grad recht niedrig. Hervorzuheben sind hier noch die Formulierung und der Ablauf!

4. Verarbeitungsschwierigkeiten
Elastomere zeigen sich in relativ langsamen Verarbeitungsgeschwindigkeiten, etwa 50 % langsamer als PVC. Die Temperatur lässt sich nur schwer einstellen, bei der Maschineneinstellung wird viel Material verschwendet und die Maschine muss vor der Produktion gereinigt werden, was zu erheblichem Abfall führt. Diese sind unvermeidbar. Manchmal treten Probleme auf, selbst wenn die Anfangsphase der Produktion völlig normal verläuft, und Probleme treten erst in späteren Phasen auf. An dieser Stelle muss festgehalten werden: Die Verwendung minderwertiger Materialien birgt Risiken und erfordert Vorsicht.

IV. Zukünftige Trends und Lösungsaussichten
In Zukunft wird flammhemmendes TPE kontinuierlich höhere Flammschutzwerte und bessere Flammschutzwirkungen anstreben. Das Forschungs- und Entwicklungspersonal wird sich der Entwicklung neuer Flammschutzsysteme oder der Verbesserung bestehender Flammschutzformulierungen widmen, um die Flammschutzleistung von TPE zu verbessern und es so in die Lage zu versetzen, strengere Brandschutznormen zu erfüllen.
Vor diesem Hintergrund bietet das organische Phosphor-Flammschutzmittel WADP-10 von Yinsu eine hervorragende Lösung für die oben genannten Herausforderungen. WADP-10 verfügt als effizientes und umweltfreundliches organisches Phosphor-Flammschutzmittel über Eigenschaften, die genau auf die Schwachstellen der TPE-Flammschutzausrüstung eingehen:

1. Effiziente Flammhemmung: Hoher Phosphorgehalt, erhebliche Flammhemmwirkung, hilft, die zugesetzte Menge zu reduzieren.

2. Hervorragende Kompatibilität: Eine gute Kompatibilität mit den wichtigsten TPE-Komponenten wie SEBS und PP kann das Risiko von Oberflächenausschwitzungen durch die Zugabe von Flammschutzmitteln wirksam reduzieren und die mechanischen Eigenschaften und das Handgefühl von TPE besser aufrechterhalten.

3. Umweltfreundlich und halogenfrei: Entspricht dem Trend zur Halogenfreiheit und eignet sich für Anwendungen mit strengen Umweltanforderungen wie elektronische Geräte und Drähte/Kabel.

4. Gute thermische Stabilität: Kann die Anforderungen herkömmlicher TPE-Verarbeitungstemperaturen erfüllen und sorgt so für Stabilität im Produktionsprozess.

Fazit
Die Flammhemmung von TPE ist ein systematisches Projekt, bei dem drei Aspekte berücksichtigt werden müssen: Auswahl des Flammschutzmittels, Formulierungsdesign und Verarbeitungstechnologie. Obwohl die Herausforderungen erheblich sind, werden TPE-Materialien mit der kontinuierlichen Entwicklung leistungsstarker, spezieller Flammschutzmittel wie WADP-10 von Yinsu eine Schlüsselrolle in breiteren sicherheitskritischen Anwendungen spielen.