Во апликациите од високата класа, како што се електронски уреди за носење, ултра тенки кабли и проѕирни обвивки за паметни домови, термопластичниот полиуретан (TPU) е многу фаворизиран поради неговата одлична флексибилност, отпорност на абење и транспарентност. Како и да е, модификацијата на отпорни на пламен на производите со тенкоѕидни ѕидови TPU (обично се однесува на дебелината на ѕидот<0,8 мм) се соочува со суштинска противречност: традиционалните забавувачи на пламен неизбежно доведуваат до грубост на површината, замрзнување, белење, губење на транспарентноста и остар пад на механичките својства (особено кога ќе се достигне ефективната количина на додавање). Овој проблем сериозно го ограничува развојот на TPU производи од висока класа. Оваа статија ќе навлезе во основната причина за оваа контрадикција и систематски ќе објасни како да се постигнат технолошки откритија со користење на специфични спецификации на ултрафиниот магнезиум хидроксид (како моделMDH-III-3).
1. Физичкиот конфликт помеѓу „високиот додаток“ и „тенок ѕид“: Самиот TPU е запалив (LOI околу 17%) и за да се постигне UL94 V-0 ниво (1,6mm) или дури и VTM-0 ниво (тенок ѕид), додавањето на халогени забавувачи на пламен (како магнезиум хидроксид, MDH) обично треба да биде високо од 50-60wt%. Во тенкоѕидните структури, толку висок процент на крути неоргански честички сериозно ја оштетуваат континуираната фазна структура на TPU како еластомер, што резултира со тоа што производот станува тврд, кршлив и склон кон пукање.
2. Строги барања за изгледот на површината: Компонентите на производите од високата потрошувачка електроника бараат мазна површина како свила, без дефекти и униформа боја. Обичниот MDH има голема големина на честички (>5μm) и широка дистрибуција, која лесно формира „пловечки влакна“, „дупчење“ и „белези на проток“ на површината за време на истиснување или обликување со инјектирање. Неговата висока површина може да предизвика лесна миграција и замрзнување, што сериозно влијае на изгледот и допирот.
3. Контрадикторноста помеѓу транспарентноста и маглата: Многу TPU апликации со тенкоѕиди бараат одреден степен на транспарентност или полупроѕирност. Ако големината на исполнетите честички е поголема од брановата должина на видливата светлина (0,4-0,76μm), тоа ќе предизвика силно расејување на светлината, што ќе резултира со нагло зголемување на маглата и целосно губење на транспарентноста.
Моделот „MDH-III-3“ претставува вид на ултрафини производи со висока чистота и високо површински модифициран магнезиум хидроксид кој е подложен на длабок инженерски дизајн. Нејзиниот основен дизајн концепт е насочен кон решавање на горенаведените предизвици:
·Ултра префинетост и тесна дистрибуција: Големината на честичките D50 е строго контролирана во опсег од 0,8-1,2 μm (т.е. под микронско ниво), а индексот на дистрибуција на големината на честичките (вредност SPAN) е исклучително низок. Неговото значење лежи во:
·Намалете го расејувањето на светлината: Голем број на честички со големини помали од брановата должина на видливата светлина значително ја намалуваат опструкцијата и расејувањето на светлината, овозможувајќи му на производот да одржува одлична проѕирност или барем униформа млечно бел изглед додека ги исполнува барањата за заштитник на пламен, наместо груба сива бела боја.
·Намалете ја концентрацијата на стрес: Ситните и униформни честички имаат помала веројатност да дејствуваат како точки на дефект на напрегањето, што е корисно за одржување на флексибилноста и цврстината на истегнување на TPU.
·Напредна модификација на површинска микрокапсулација:За разлика од едноставната инкапсулација со обични средства за спојување,MDH-III-3 користи висококомпатибилен компатибилизатор на полимерен интерфејс со меки сегменти од TPU за премачкување. Овој „флексибилен интерфејс слој“ има две главни функции:
·Промовирање на дисперзија: во голема мера ги намалува силите на ван дер Валс помеѓу честичките MDH, што ги прави полесно да се отвораат со силите на смолкнување во топењето на TPU, постигнувајќи униформност на дисперзија на нано размери и избегнување на агломератите да станат површински дефекти и извори на концентрација на стрес.
·Пуферирање и пренос на стрес: Овој флексибилен слој може ефикасно да пренесува и да ги растера надворешните сили, минимизирајќи го мешањето на крутите неоргански честички при движењето на молекуларните синџири на меките сегменти на TPU, со што се одржува флексибилното и преклопливо еластично чувство на TPU дури и при ултра високо полнење (како 55 wt.%).
·Исклучително ниска содржина на јони на нечистотија: Преку прецизни процеси на синтеза и прочистување, содржината на нечистотии на хлоридните јони, натриумовите јони и другите нечистотии се контролира на ниво на ppm. Ова е директно поврзано со стабилноста на обработката и отпорноста на мраз. Нечистотиите се катализатори за деградација на TPU (пожолтување, намалување на вискозноста) при обработка на висока температура, а исто така се главната причина за подоцнежна миграција на површината за да се формира „бел мраз“. MDH-III-3 со висока чистота го елиминира овој проблем од корен.
·Синергетски систем за огноотпорен: Измешајте MDH-III-3 со специфичен дел од синергистички агенси кои го забавуваат пламенот нано (како органски модифицирани слоевити силикати). Последново може да формира структура „нано бариера“ во матрицата TPU, која се синергира со гасната фаза на застој на пламен и ендотермично распаѓање на MDH, и се очекува да ја намали вкупната количина на додадена MDH за 5-10%, создавајќи простор за одржување на механичките својства и изгледот.
·Реолошки модификатор: Додавањето на количини во трагови (0,1-0,5%) на помагала за обработка со висока ефикасност (како што се флуорополимерите) може значително да го намали вискозноста и експанзијата на мувлата на топењето со високо наполнето TPU, правејќи го топењето да тече помазен и порамномерно во калапи со тенкоѕидни калапи, со што се намалуваат белезите на протокот и се елиминираат површинските дамки.
·Процес на дисперзија на смолкнување со ниска температура: Поради високо дисперзираната природа на MDH-III-3, јадрото за обработка е да „спречи повторно агрегација“ и „да се избегне термичка деградација“. Треба да се користи екструдер со два завртки со низок до средно смолкнување и прецизна контрола на температурата, со блага конфигурација на завртката и температура на делот за топење строго контролирана на 185-195℃ (далеку под почетната температура на распаѓање на MDH на 340℃) за да се избегне термичко оштетување на TPU и површинските модификатори.
· Висок притисок и високо-брзинско обликување со вбризгување: За обликување со тенки ѕидови, треба да се користат голема брзина на вбризгување и висок притисок на задржување за да се осигура дека богатото полнење брзо се топи и густо ја пополнува шуплината на мувлата, намалувајќи ја разликата во протокот помеѓу слојот за зацврстување на површината и јадрото, со што се добива изглед како огледало.
| Метрика на перформанси | Традиционално производство на TPU со тенкоѕидни ѕидови исполнето со магнезиум хидроксид (> 5μm). | MDH-III-3 ултрафини производи со тенкоѕидни TPU исполнети со магнезиум хидроксид | Принцип на подобрување |
| Површинска завршница | Груб, со очигледни жабови и траги | Мазна и рамна, приближувајќи се кон изгледот на чист TPU | Ултра ситната големина на честичките и совршената дисперзија ги елиминираат макроскопските дефекти |
| Магла/Транспарентност | Целосно матна, сива бела боја | Униформна полупроѕирна или млечно бела боја, со врвна текстура | Субмикронските честички значително го намалуваат расејувањето на видливата светлина |
| Ефикасност на застој на пламен | Потребна е многу висока количина на додавање (>65%) за да се постигне V-0 | V-0 може да се постигне со додавање од 55-60% | Високата дисперзибилност ја максимизира ефикасноста на отпорност на пламен |
| Јакост на истегнување/издолжување | Тешко влошување и кршливост | Стапката на задржување> 70%, сепак има добра флексибилност | Флексибилниот интерфејс слој и ултра ситните честички ја намалуваат концентрацијата на стрес |
| Отпорност на мраз | Површинскиот бел мраз се појавува во рок од неколку недели | Долгорочно (>6 месеци) без миграција или мраз | Висока чистота и стабилно површинско хемиско поврзување |
| Ликвидност за обработка | Висок вискозитет и слаба флуидност на топењето | Добра проточност на топење, погодна за формирање со тенкоѕиди | Сфероидизацијата и третманот со подмачкување на површината го намалуваат триењето |
Решавањето на проблемот со рамнотежата помеѓу заостанатоста на пламенот и изгледот на производите со тенкоѕидни TPU не е само прашање на „замена на полнила“, туку систематско инженерство кое вклучува дизајн на микроструктурата на полнењето, хемијата на интерфејсот, реологијата и технологијата на обработка. Ултрафин магнезиум хидроксид со високи перформанси, претставен со MDH-III-3, фундаментално ја поништува дилемата за традиционалните неоргански забавувачи на пламен со „прекумерно полнење, слаби перформанси и слаб изглед“ преку неговите три основни карактеристики на големината на субмикронските честички, полимерниот флексибилен меѓусебен слој и ултра високата чистота.
