プラスチックは、電気機器、車両、建物、家電製品、産業機械、消費者製品などに広く使用されています。軽量、設計の柔軟性、耐食性、コスト効率の高さにより、現代の製造業に欠かせないものとなっています。ただし、ほとんどのポリマーは有機材料であり、十分な熱や発火源にさらされると発火し、熱を放出し、火炎の延焼に寄与する可能性があります。
この火災の危険性を軽減するために、プラスチック配合物に難燃剤が組み込まれていその化学的性質とポリマー系に応じて、発火を遅らせ、燃焼を遅らせ、火炎伝播を抑制し、保護炭の形成を促進し、発火源が取り除かれた後の材料の自己消火を助ける可能性があります。 ます 。
プラスチック用の難燃剤 の選択は 、単に樹脂に化学物質を添加するだけではありません。正しいソリューションは、ポリマー、加工温度、製品の形状、目標の可燃性評価、機械的要件、電気的特性、外観、環境上の義務、および総配合コストに適合する必要があります。
このガイドでは、難燃剤の仕組み、利用可能な主な化学オプション、難燃剤を使用するプラスチックと業界、添加剤を選択する前にメーカーが評価すべき実際的な要素について説明します。
難燃剤は、ポリマーが発火したり燃え続ける傾向を軽減するためにポリマーに添加または化学的に組み込まれた物質です。プラスチックが完全に不燃になるわけではありません。代わりに、その目的は、 火にさらされる前、火にさらされている間、または火にさらされた直後に材料の挙動を変えることです。.
配合に応じて、難燃剤は次のような可能性があります。
点火までの時間を長くしてください。
炎の広がる速度を減らします。
燃焼時の熱放出が少なくなります。
溶融液の滴下を減らしたり、滴下した物質の消火を助けます。
保護炭素質層の形成を促進します。
ポリマー表面近くの可燃性ガスを希釈します。
炎を維持する化学反応を中断します。
完成したプラスチック部品が指定された耐火試験を満たすのに役立ちます。
これらの効果により、居住者は応答するまでの時間が長くなり、近くの物質の関与が制限され、プラスチック部品が意図された用途の安全要件を満たすのに役立ちます。
難燃システムの性能は、その化学名以上のものに依存します。 添加剤の濃度、分散、粒子サイズ、加工履歴、肉厚、顔料、充填剤、強化繊維、その他の添加剤はすべて最終結果に影響を与える可能性があります。 このため、難燃剤の選択は、単一製品の購入決定ではなく、完全な配合プロジェクトとして扱う必要があります。
難燃剤は、2 つの一般的なアプローチを通じてポリマーに導入できます。
添加難燃剤は 、配合または製品の製造中に樹脂と物理的にブレンドされます。加工業者がポリマー自体を再設計することなく、添加レベルを調整して添加剤を導入できるため、広く使用されています。例には、特定の臭素化化合物、リンベースの製品、金属水酸化物、および窒素含有システムが含まれます。
反応性難燃剤には、 ポリマーの形成に関与する官能基、またはポリマー構造に化学結合する官能基が含まれています。これらは材料の一部となるため、移行、抽出、または長期保持を注意深く制御する必要がある用途で利点を提供できます。
より適切なルートは、樹脂の化学的性質、製造プロセス、予想される使用環境、および性能目標によって異なります。
プラスチックに関連する火災の危険性は大きく異なります。一部のポリマーは他のポリマーよりも容易に発火しますが、特定のエンジニアリング プラスチックは自然に優れた耐燃焼性を備えています。製品のデザインも重要です。薄い電気コネクタ、厚いエンクロージャ、柔軟なケーブル ジャケット、強化された自動車部品、および断熱フォームは、火災時に同じように動作しません。
多くのプラスチック部品は、次のような潜在的な発火源の近くに取り付けられています。
生きている電気回路。
ワイヤーとコネクターが過熱。
バッテリーと充電システム。
モーター、変圧器、電源。
暖房器具。
車両エンジンおよび高温アセンブリ。
溶接、切断、建設作業。
照明システムと電子制御。
ポリマーが加熱されると、分解が始まり、可燃性ガスが発生することがあります。これらのガスが酸素と混合し、十分な熱にさらされると、発火が発生する可能性があります。炎はプラスチックに追加の熱を供給し、分解と燃焼のサイクルを繰り返します。
適切な難燃剤は、このサイクルの 1 つ以上の段階を妨げます。 その機能は、局所的な発火イベントが制御不能な火炎の広がりに発展する可能性を減らすことです。
難燃剤は、密閉空間、電気エネルギーの近く、輸送システム、または排気が困難な製品でプラスチックが使用される場合に特に重要です。それにもかかわらず、添加剤は実際のリスクと適用される試験方法に従って選択する必要があります。電気ハウジング用に設計された配合は、建築パネルや軟質フォームには適切ではない場合があります。
難燃システムはいくつかのメカニズムを通じて機能します。主に気相で作用するものもあれば、凝縮ポリマー相で作用するものもあり、多くの市販製剤は複数の効果を組み合わせています。
燃焼は炎中の反応性の高いラジカルによって持続されます。特定の難燃剤は熱にさらされると活性種を放出し、これらの連鎖反応を妨げ、炎が燃え続ける能力を低下させます。
臭素系難燃剤は気相活性が効率的であることがよく知られています。比較的中程度の負荷レベルで強力な難燃性能を発揮できるため、ポリマー本来の機械的特性や加工特性をより多く保持できる可能性があります。
それらの適合性は、特定の製品、アプリケーション、規制要件、および耐用年数終了の考慮事項によって異なります。製造業者は、すべての臭素化製品を単一のカテゴリーとして扱うのではなく、完全な物質と配合を評価する必要があります。
一部のリンおよび窒素ベースのシステムは、プラスチックの表面に安定した炭化層の形成を促進します。この炭素を豊富に含むバリアにより、次のことが可能になります。
下層のポリマーへの熱伝達を低減します。
可燃性分解ガスの放出を制限します。
酸素がポリマー表面に到達するのを制限します。
材料のさらなる劣化を遅らせます。
膨張システムは、熱にさらされると膨張して断熱性の炭化物を生成することにより、このメカニズムをさらに発展させます。このような配合は、表面保護と熱侵入の低減が主要な要件である場合に価値があります。
水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの無機難燃剤は、吸熱により分解する可能性があります。このプロセスは熱を吸収して水蒸気を放出し、材料を冷却し、可燃性ガスを希釈します。
これらの添加剤は、低煙やハロゲンフリーの配合オプションなどの利点を提供します。ただし、多くの場合、比較的高い負荷レベルが必要になります。ミネラル含有量が多いと、密度、柔軟性、衝撃強度、メルトフロー、表面品質、加工条件に影響を与える可能性があります。
いくつかの添加剤はセラミック状またはガラス状のバリアを形成しますが、他の添加剤は主な難燃成分の効率を向上させます。これらの相乗剤は、主な活性物質の必要量を減らしたり、チャーの品質、滴下挙動、および熱保護を改善したりできます。
相乗剤は主システムとは独立して選択されるべきではありません。 相互作用によって性能が向上したり低下したりする可能性があるため、完全な添加剤パッケージは実際のポリマーでテストする必要があります。
普遍的に優れた化学は存在しません。各グループには、異なる長所、制限、および互換性特性があります。
難燃タイプ | 一般的なメカニズム | 共通の利点 | 配合上の重要な考慮事項 |
|---|---|---|---|
臭素系難燃剤 | 主に気相消炎 | 高効率、適度な荷重、エンジニアリングプラスチックでの幅広い用途 | 規制状況、移行、熱安定性、煙、相乗剤の要件 |
リンベースのシステム | チャーの形成と気相活性 | ハロゲンフリーの溶液で入手可能、多くのエンジニアリングポリマーに有用 | 感湿性、加水分解安定性、色、腐食、加工温度 |
窒素ベースのシステム | ガス希釈と炭化促進 | ハロゲンフリーまたは膨張性配合物でよく使用されます | ポリマーの適合性、充填レベル、ブルーミング、および湿気の挙動 |
金属水酸化物 | 吸熱冷却と水の放出 | 低煙、ミネラルベース、ハロゲンフリー | 高い荷重、密度、機械的特性、および加工温度 |
膨張性システム | 拡張された保護チャー形成 | 強力な表面バリアと断熱性 | 分散性、耐水性、外観、長期耐久性 |
ポリマー難燃剤 | 化学構造に依存する | 低い移行の可能性と長期の保持 | 溶融粘度、相溶性、分散、および処理ウィンドウ |
臭素系難燃剤は 、その効率と適応性により、幅広いプラスチックに使用されています。関連する製品には 、エチレン ビス(テトラブロモフタルイミド)、デカブロモジフェニル エタン、臭素化ポリスチレン、ポリ(ペンタブロモベンジル アクリレート)、リン酸トリス(トリブロモネオペンチル)、無水テトラブロモフタル酸、臭素化ポリエーテル ポリオールなどが含まれます。 Qianghao Group は、これらを難燃性新素材のポートフォリオの一つに挙げています。
異なる臭素化製品は互換性があると考えるべきではありません。分子量、臭素含有量、反応性官能基、熱安定性、および相溶性により、各グレードがどこで使用できるかが決まります。
たとえば、低移行性と長期保持が優先される場合は、ポリマー臭素化難燃剤を検討することができます。高温で加工されるエンジニアリングプラスチックには、熱安定性の高いグレードが必要となる場合があります。対照的に、反応性臭素化ポリオールは、従来の熱可塑性樹脂配合ではなく、ポリウレタン化学向けに設計されています。
ハロゲンフリー システムは、 電気、電子、自動車、および特定の環境要件または材料要件を持つその他の用途でますます評価されています。一般的なアプローチには、ジエチルホスフィン酸アルミニウム、リンと窒素の組み合わせ、膨張システム、鉱物ベースの添加剤などがあります。
Qianghao の製品範囲には、PA6 や PA66 などのエンジニアリング プラスチック向けのアルミニウム ジエチル ホスフィン酸塩および PA に焦点を当てたリン窒素システムが含まれます。
「ハロゲンフリー」ということは、配合物がすべてのカテゴリーでより優れた性能を提供することを自動的に意味するものではありません。加工業者は、難燃性の効率、煙、毒性データ、機械的保持力、電気的挙動、吸湿性、熱安定性、リサイクル性、およびコンプライアンスを評価する必要があります。
各ポリマーは異なる化学構造と燃焼挙動を持っています。したがって、添加剤はベース樹脂およびその加工条件と適合する必要があります。
PA6 および PA66 は、コネクタ、スイッチ、回路保護部品、電気ハウジング、自動車部品に広く使用されています。ガラス繊維強化により強度や耐熱性が向上する場合が多いですが、燃焼や滴下挙動が変化する可能性があります。
強化ポリアミド用の難燃剤は、電気的および機械的特性を維持しながら、コンパウンドの加工温度で適切な熱安定性を提供する必要があります。吸湿性、腐食の危険性、色の安定性、表面の外観にも注意が必要な場合があります。
PBT および PET は、電気コネクタ、家電部品、ボビン、自動車部品、精密ハウジングなどに使用されます。ポリエステル用の難燃システムは、高い加工温度に適合する必要があり、許容できない加水分解、変色、または機械的性能の損失を引き起こしてはなりません。
臭素化ポリスチレンおよび選択されたポリマー臭素化製品は、必要な定格および用途条件に応じて、一部のエンジニアリング熱可塑性樹脂配合物として考慮できます。
ABS は優れた加工性と表面品質を提供し、PC/ABS は靭性、耐熱性、寸法性能を兼ね備えています。どちらも、電子機器の筐体、電化製品、自動車の内装、機器の筐体などで一般的です。
選択したシステムは、可燃性性能と衝撃強度、流動性、光沢、色、および耐熱老化性のバランスをとらなければなりません。長い耐用年数と表面の一貫性が重要な場合には、移行の可能性が低いポリマー添加剤が役立つ場合があります。
ポリオレフィンは、フィルム、シート、パイプ、ハウジング、自動車部品、建築資材、消費者製品に使用されています。それらの非極性の性質と比較的高い可燃性は、難燃剤の配合を困難にする可能性があります。
考えられる解決策には、臭素化システム、リンと窒素の組み合わせ、膨張性配合物、または鉱物充填剤が含まれます。選択は、製品が硬いか、柔軟か、強化されているか、充填されているか、薄壁であるか、または屋外での露出を目的としているかによって大きく異なります。
ポリスチレンは、包装、断熱材、電化製品、建築関連の用途に使用されます。固体形状と発泡形状の両方で、耐火性能の変更が必要な場合があります。
フォームは表面積が大きく、空気が満たされたセルを多く含むため、添加剤の分散と熱安定性が特に重要です。また、配合物は発泡体の膨張、セル構造、密度、寸法安定性を維持する必要があります。
ポリウレタンは、硬質フォーム、軟質フォーム、コーティング、接着剤、エラストマーに使用されます。ポリウレタン系に応じて、反応性難燃剤または添加剤難燃剤を使用することができます。
選択した製品は、ポリオールおよびイソシアネートの化学的性質と適合する必要があり、粘度、泡立ち、セル構造、硬化、放出、経時変化、および最終的な機械的特性について評価する必要があります。
電気部品は、難燃性プラスチックの最も重要な用途の 1 つです。コネクタ、ソケット、スイッチ、リレー、回路ブレーカー、電源、充電器ハウジング、およびケーブル関連部品は、過熱、アーク放電、または電気的故障にさらされる可能性があります。
これらの製品の難燃剤配合は、次の要件を満たす必要がある場合があります。
耐発火性。
自己消火動作。
絶縁耐力。
追従性能の比較。
熱老化。
寸法安定性。
薄肉加工性。
色と表面の品質。
可燃性分類を満たすだけでは、すべての電気的要件が満たされていることは確認できません。
現代の車両では、配線、電子機器、モーター、バッテリー、充電システム、発熱部品の近くにプラスチックが大量に使用されています。電気自動車およびハイブリッド自動車には、耐火性能と電気絶縁性および熱耐久性を組み合わせた軽量材料に対する需要がさらに高まっています。
アプリケーションには、バッテリー関連のハウジング、コネクタ、充電コンポーネント、ボンネット下の部品、ワイヤー保護、室内電子機器、および制御モジュールが含まれます。 Qianghao は、新エネルギー車の防火最適化を、自社の難燃性材料が役立つ産業の 1 つとして挙げています。
プラスチックパイプ、断熱材、壁部品、屋根材、電線管、シート、異形材、およびケーブル管理システムには、難燃性能が必要な場合があります。
必要なテストは製品と管轄区域によって異なります。小さな試験片のテストでは燃焼挙動の一側面を測定することができますが、建築基準法では火炎の広がり、煙の発生、熱放出、または完全なシステム性能の追加評価が必要になる場合があります。
ケーブル絶縁体、ワイヤー ジャケット、コネクタ、LED ハウジング、トラック、照明コンポーネントは、多くの場合、電気エネルギーの近くに設置されます。配合物は、柔軟性、押出品質、電気絶縁性、耐熱性、および低温性能を維持しながら、難燃性を提供する必要がある場合があります。
Qianghao のポートフォリオには、ワイヤー関連用途向けのリン酸トリス (トリブロモネオペンチル) や、電気および照明材料向けのハロゲンフリー オプションが含まれています。
家庭用電化製品、産業用制御機器、工具、オフィス機器、機械カバー、耐久消費財にはすべて、難燃性プラスチック部品が含まれている場合があります。要件は、製品のサイズ、電圧、壁の厚さ、動作温度、発火源への曝露によって異なります。
外観や成分データだけでは完成したプラスチック部品の完全な動作を予測できないため、耐火試験は不可欠です。
UL 94 は、定義された実験室条件下でのプラスチック材料の燃焼挙動を分類するためによく使用されます。試験と試験片の構成に応じて、水平燃焼、垂直燃焼、滴下、残炎時間、またはより厳しい火災への暴露に分類される場合があります。
ただし、UL 94 の結果は、火災安全性の普遍的な保証として解釈されるべきではありません。パフォーマンスは以下によって変化する可能性があります。
試験片の厚さ。
色と顔料の読み込み。
強化内容。
再生樹脂の割合。
添加剤濃度。
加工条件。
老化と湿気への曝露。
最終パーツのジオメトリ。
他の規格は、電気機器、輸送、ケーブル、建設製品、電化製品、または特定の国内市場に適用される場合があります。化学物質のコンプライアンスには、REACH、RoHS、顧客管理物質リストなどのフレームワークがさらに関与する場合があります。
製造業者は、対象市場および用途に対するすべての成分の現在の規制状況を確認する必要があります。 材料は可燃性試験で良好な性能を発揮する場合もありますが、化学物質の制限、煙の要件、移行、またはその他の製品固有の義務により、依然として不適切な場合があります。
正確な樹脂グレード、強化材、フィラー含有量、溶融温度、滞留時間、加工方法を特定します。押出成形や成形中に添加剤が分解すると、変色、ガスの発生、堆積物、臭気、腐食、性能の低下を引き起こす可能性があります。
難燃剤は、ポリマー中に均一に分散しながら、製造全体を通して安定した状態を保つ必要があります。
「プラスチックを耐火にする」などの漠然とした目標から始めないでください。特定：
適用可能な規格。
必須の分類。
テストされた厚さ。
サンプルのコンディショニング。
色の範囲。
強化レベル。
要件が原材料または完成部品に適用されるかどうか。
この情報は、過剰配合、不必要なコスト、後期段階の試験の失敗を防ぐのに役立ちます。
添加剤の添加量を増やすと、引張強度、耐衝撃性、伸び、剛性、密度、メルトフロー、および寸法安定性に影響を与える可能性があります。電気用途では、比較トラッキング、絶縁耐力、絶縁抵抗、および湿気の挙動も重要になる場合があります。
目標は、単に炎の評価に達することだけではありません。ことです。 プラスチックが本来の機能に適さなくなることなく耐火性能を達成する.
色、光沢、透明性、表面の平滑性、臭気、ブルーミングは、目に見えるコンポーネントにとって重要な要素となります。屋外用製品には UV 安定性も必要な場合がありますが、自動車部品や電気部品は長時間にわたる熱劣化を受ける可能性があります。
低分子量添加剤は、特定の条件下で移行またはブルームを発生することがあります。ポリマー製品は移行リスクの軽減に役立つ可能性がありますが、その適合性と溶融挙動への影響は依然として評価が必要です。
分散が不十分だと、局所的な集中と弱い領域が生じます。一貫性のない燃焼挙動、表面欠陥、加工の不安定性、機械的強度の低下を引き起こす可能性があります。
顔料、耐衝撃性改良剤、潤滑剤、ガラス繊維、安定剤、および加工助剤は、難燃剤システムと相互作用する可能性があります。配合の小さな変更でも、最終的なテスト結果に影響を与える可能性があります。
添加剤 1 キログラムあたりのコストは計算の一部にすぎません。はるかに高い投与量を必要とする低価格の製品では、化合物の密度が増加し、生産量が減少し、より多くの特性損失が発生する可能性があります。
現実的な比較には以下を含める必要があります。
必要な負荷レベル。
完成したコンパウンドの 1 トンあたりのコスト。
処理効率。
スクラップして作り直す。
工具または機器のデポジット。
機械的特性の保持。
コンプライアンス文書。
供給の一貫性。
認定試験に合格する確率。
構造化された開発プロセスにより、技術的および商業的なリスクが軽減されます。
まず、樹脂、最終用途、加工方法、対象市場、および関連する防火基準を定義します。次に、ポリマーと熱的および化学的に適合する化学物質の候補リストを作成します。
臨床試験では、1 つの製剤に依存するのではなく、複数の用量レベルを評価する必要があります。予備の可燃性スクリーニングは、機械的、電気的、熱的、色、移行、および老化試験と組み合わせることができます。
実験室段階の後は、生産規模の試験を実施します。本格的な押出または成形では、小バッチでは現れない、供給、分散、滞留時間、堆積、または表面の問題が明らかになる場合があります。
最後に、適切な認定試験所を通じて代表的な製造材料または完成部品をテストします。配合、バッチ、処理、およびテストの記録を変更管理下に置きます。樹脂ソース、添加剤グレード、顔料、厚さ、工具、またはプロセスが変更された場合は、再テストが必要かどうかを判断してください。
よくある間違いの 1 つは、別のプラスチックで機能するという理由だけで難燃剤を選択することです。ポリマーの適合性は想定できません。
もう 1 つは、テストされた配合と試験片の厚さを確認せずに、添加剤の公表されている評価を使用することです。厚い無色の試験片で達成された分類は、薄く強化された濃い色の部品には転写されない可能性があります。
メーカーはまた、他の特性を調査せずに投与量を増やすことも避けるべきです。添加剤を増やすと、耐衝撃性、流れ、電気的性能、または表面品質に損傷を与える一方で、火災指標の 1 つが向上する可能性があります。
最後に、コンプライアンス文書は物理的なテストに代わるべきではありません。サプライヤーの文書は材料レビューをサポートしますが、最終的な配合と製品を検証する責任は加工業者にあります。
いいえ、難燃剤は、発火を軽減し、火炎の広がりを遅らせ、燃焼を抑制し、または指定された試験条件下で材料の自己消火を助けることを目的としています。実際の性能は配合、部品設計、発火源、環境、試験方法によって異なります。
あらゆるプラスチックに最適な唯一の選択肢はありません。正しい選択は、ポリマー、加工温度、必要な可燃性評価、壁厚、機械的特性、電気的要件、規制上の義務、および目標コストによって異なります。
臭素化製品は通常、中程度の負荷で効率的な気相炎抑制を実現します。ハロゲンフリーのシステムでは、リン、窒素、鉱物、または膨張メカニズムを使用する場合があります。各カテゴリには、異なる利点と制限がある複数の化学反応が含まれるため、選択はアプリケーション固有である必要があります。
はい。これらは、メルトフロー、強度、耐衝撃性、伸び、密度、色、電気的挙動、吸湿性、および表面品質を変化させる可能性があります。したがって、適切な分散、投与量の最適化、および配合テストが不可欠です。
製造業者は、意図した厚さ、色、強化レベル、および加工条件で実際の配合物をテストする必要があります。検証では、該当する可燃性規格に加え、機械的、熱的、電気的、経年劣化、および規制要件もカバーする必要があります。
プラスチック用の難燃剤 を選択するには 、防火性能、ポリマーの適合性、加工性、物理的特性、適合性、および商業的実現可能性の間で慎重なバランスが必要です。技術的に適切なソリューションは、樹脂、製造プロセス、完成部品、対象市場、必要な試験方法に関する正確な情報から始まります。
1999 年に設立され、中国の濰坊に本社を置く Qianghao Group は 、ファインケミカルおよび先端材料分野の研究開発、生産、販売を統合しています。そのポートフォリオは、臭素化難燃剤、ハロゲンフリー難燃剤、医薬中間体、およびエンジニアリングプラスチック、フォーム、ワイヤー、繊維、電気部品、新エネルギー車用途向けの製品を含むポリマー材料をカバーしています。
新しい難燃剤配合物を開発しているメーカーや既存のプラスチック配合物を最適化しているメーカーに対して、Qianghao はポリマーの種類、加工条件、性能目標、用途要件に基づいて適切な製品オプションを評価するお手伝いをします。商業生産の前に、提案されたすべての配合は、実際の完成した材料の管理された試験とテストを通じて検証される必要があります。
