در سیستم فرمولاسیون پیچیده مواد کابل پلی وینیل کلرید (PVC)، مقدار اضافه شده ازبورات روی(عمدتا 2ZnO·3B2O3·3.5H2O) یک مقدار تجربی مجزا نیست، بلکه یک نتیجه بهینه سازی سیستم است که توسط شیمی سرکوب دود هم افزایی «کلر روی بور»، اهداف عملکرد محصول نهایی، و مقرون به صرفه بودن جامع تعیین می شود. این مقاله از خواص بازدارنده شعله ذاتی PVC شروع می شود، مکانیزم منحصر به فرد بورات روی در سیستم آن را عمیقا تجزیه و تحلیل می کند و یک منطق تصمیم گیری علمی برای مقدار اضافه ایجاد می کند.
پی وی سی خود پلیمری با بازدارندگی ذاتی شعله (محتوای کلر 56.7 درصد) است و مکانیسم بازدارنده شعله آن عمدتاً به واکنش زنجیره ای قطع شده رادیکال های آزاد کلر در فاز گاز متکی است. با این حال، PVC دو نقطه درد اصلی در هنگام احتراق دارد:
1. انتشار دود عظیم: احتراق ناقص مقدار زیادی ذرات کربن (دود سیاه غلیظ) تولید می کند.
2. گاز خورنده و سمی کلرید هیدروژن (HCl) را آزاد کنید.
بنابراین، در مواد کابل PVC (به ویژه نوع بدون هالوژن کم دود، LSZH-FR)، هدف اصلی افزودنی ها از "بهبود بازدارندگی در شعله" به "سرکوب کارآمد دود، کاهش انتشار HCl و بهبود کیفیت باقیمانده های احتراق" تغییر کرده است. زینک بورات یک "هم افزایی عملکردی" است که برای رفع این نقاط درد طراحی شده است.
کارایی بورات روی در PVC با واکنش شیمیایی آن با محصولات پیرولیز PVC تعیین می شود که محدوده غلظت موثر آن را تعیین می کند.
واکنش شیمیایی هسته - هم افزایی سه تایی "کلر روی بور":
پی وی سی پس از گرم شدن، HCl را تجزیه و آزاد می کند. هیدروکلراید با بورات روی واکنش می دهد و کلرید روی (ZnCl 2) و بور اکسی کلرید تولید می کند.
2ZnO·3B2O3·3.5H2O + 22HCl → 2ZnCl2 + 6BCl3 + 14.5H2O
(بعد از آن، ZnCl2 و BCl3 بیشتر به ترکیبات کلر حاوی اکسیژن در شرایط دمای بالا و بخار آب تبدیل می شوند).
· اثر کربنیزاسیون کاتالیزوری ZnCl2: ZnCl2 تولید شده یک کاتالیزور قوی اسید لوئیس است. این می تواند به شدت واکنش های پیوند متقابل، چرخه ای شدن و آروماتیزاسیون ساختار پلی لن تشکیل شده پس از حذف HCl در PVC را کاتالیز کند و باعث تشکیل لایه های کربن منبسط شده زودتر، متراکم تر و با استحکام بالاتر شود. یک لایه کربن متراکم می تواند:
1. از نظر فیزیکی انتقال گرما و جرم را مسدود کنید.
2. گرفتن کارآمد ذرات دوده و تثبیت آنها در فاز متراکم، کلید دستیابی به مهار دود است.
· اثر سد شیشه ای گونه های بور: اکسی کلرید بور تشکیل شده در طی واکنش در دماهای بالا ذوب می شود، یک لایه محافظ شیشه ای تشکیل می دهد که سطح لایه کربن را می پوشاند، لایه کربن را بیشتر تثبیت می کند، اکسیژن را جدا می کند و باعث اکسیداسیون مواد آلی روی سطح لایه کربن می شود (کاهش دود سیاه).
بنابراین، مقداربورات رویاضافه شده باید برای اطمینان از واکنش کافی با هیدروکلراید آزاد شده توسط PVC کافی باشد و مقدار کافی ZnCl2 برای ایجاد یک شبکه کاراکتر کاتالیزوری موثر تولید کند.
در آنتیموان سنتی حاوی مواد کابلی مقاوم در برابر شعله PVC، بورات روی اغلب به عنوان یک جایگزین جزئی یا تقویت کننده استفاده می شود.
· تکامل شخصیت:
·جایگزینی کامل: در فرمول های سازگار با محیط زیست که نیاز به "بدون آنتیموان" کامل دارند، بورات روی را می توان به تنهایی به عنوان یک هم افزایی سرکوب کننده دود استفاده کرد.
· جایگزینی جزئی (روند اصلی): به منظور متعادل کردن عملکرد و هزینه و پاسخ به نیازهای کاهش آنتیموان، بورات روی معمولاً برای جایگزینی 20٪ -50٪ Sb2O3 استفاده می شود. به عنوان مثال، اگر در فرمول اصلی از 4 phr Sb2O3 استفاده شده باشد، می توان آن را به 2 phr Sb2O3 + 1.5-3 phr روی بورات تنظیم کرد.
· منطق مشارکتی: Sb2O3 عمدتاً راندمان بازدارنده شعله فاز گاز را بهبود می بخشد، در حالی که بورات روی فاز متراکم را برای سرکوب دود و تشکیل زغال سنگ تقویت می کند. ترکیب این دو به یک "پیشگیری از آتش سوزی سه بعدی" بین فاز گاز و فاز متراکم دست می یابد.
این عامل محرک اصلی است که میزان اضافه را تعیین می کند.
· مواد کابلی استاندارد ضد شعله و سرکوب کننده دود:
·هدف: رعایت استانداردهای بازدارنده شعله مانند UL 1581 VW-1/IEC 60332 و مهار دود خوب.
· محدوده افزودن معمولی: 1-3 phr (قسمت در هر صد قسمت از رزین PVC).
· بدون هالوژن دود کم (LSZH) یا مواد کابلی با الزامات شدید سرکوب دود:
·هدف: رعایت استانداردهای کم دود مانند IEC 61034/EN 50268-2 یا الزامات سختگیرانه در مکان هایی مانند مترو، کشتی ها (مانند EN 45545-2)، نیروگاه های هسته ای و غیره.
· محدوده افزودن معمولی: 3-8 ساعت. هدف این مقدار افزوده بالا ساختن یک سیستم کربونیزاسیون کاتالیزوری و سد انجماد بسیار قدرتمند است که اطمینان حاصل می کند که انتقال دود مطابق با استاندارد در تهویه اجباری یا سناریوهای آتش سوزی تونل است.
· سیستم تثبیت کننده کلسیم روی با پر شدن بالا:
· هنگام استفاده از مقدار زیادی پرکننده مانند کربنات کلسیم (CaCO3)، برای جبران «اثر رقیق‌سازی» پرکننده‌ها بر بازدارندگی شعله و سرکوب دود، باید مقدار روی بورات اضافه شده را به طور مناسب افزایش داد (مانند 2-5 phr).
· ترکیب با هیدروکسید آلومینیوم (ATH): در فرمولاسیون های بدون هالوژن، ATH پرکننده اصلی است. بورات روی (5-2 phr) می تواند یک هم افزایی دما را با اثر گرماگیر کم آبی ATH ایجاد کند و اثرات سرکوب دود را در محدوده دمایی وسیع تری اعمال کند.
· ترکیب با ترکیبات مولیبدن: مولیبدات کلسیم/مولیبدات روی یک سرکوب کننده دود در سطح بالایی است. بورات روی را می توان با هزینه کمتر (مانند نسبت 1:0.5-1) با آن ترکیب کرد تا کارایی هم افزایی حاصل شود.
افزودن بورات روی لزوماً بهتر نیست و یک نقطه تعادل باید در "مثلث عملکرد" زیر پیدا شود:
1. اثر مثبت (با افزایش دوز افزایش می یابد):
· عملکرد مهار دود (کاهش قابل توجه در تراکم دود)
· بهبود استحکام و کیفیت کربن باقیمانده
· درجه خاصی از اثر هم افزایی بازدارنده شعله (شاخص اکسیژن ممکن است کمی افزایش یابد)
2. اثر منفی (در صورت اضافه شدن بیش از حد آشکار می شود):
· کاهش سیالیت پردازش: بورات روی یک پودر معدنی است و افزودن بیش از حد آن می تواند ویسکوزیته مذاب را افزایش دهد و بر سرعت اکستروژن و صافی سطح تأثیر بگذارد.
· از دست دادن خواص مکانیکی: پر شدن بیش از حد ممکن است منجر به کاهش استحکام کششی، به ویژه ازدیاد طول در هنگام شکست شود.
· تأثیر عملکرد الکتریکی: یون های فلزی کمیاب ممکن است تأثیر بالقوه ای بر مقاومت حجمی داشته باشند و باید برای مواد کابلی با ولتاژ بالا به دقت ارزیابی شوند.
· افزایش هزینه
بنابراین، «مقدار افزودن بهینه» نقطه‌ای است که کمترین تأثیر جامع را بر فرآیندپذیری، خواص مکانیکی و هزینه دارد، در حالی که سطوح کاهش دود و بازدارنده شعله را برآورده می‌کند.
برای تعیین مقدار افزودن بهینه در فرمول خاص توصیه می شود از مراحل زیر استفاده کنید:
1. تعیین معیار: استانداردهای کاربرد نهایی مواد کابل (سطح بازدارنده شعله، سطح تراکم دود، محیط استفاده) را روشن کنید.
2. طراحی نقطه شروع:
· برای مواد ضد شعله و سرکوب کننده دود عمومی: شروع از 1.5 phr.
· برای مواد LSZH: شروع از 3.5 ساعت.
· در صورت جایگزینی Sb2O3: از 30 درصد جرم Sb2O3 به عنوان نقطه شروع استفاده کنید.بورات روی.
3. طراحی آزمایشی: با استفاده از نقطه شروع به عنوان میانه، یک گرادیان جمعی (مانند ± 1.5 phr) برای تهیه یک سری نمونه طراحی کنید.
4. تست عملکرد کلیدی:
· توابع اصلی: تست چگالی دود (جعبه NBS)، شاخص اکسیژن، احتراق عمودی.
· عملکرد جامع: استحکام کششی و ازدیاد طول، سرعت جریان مذاب (یا رئولوژی مویرگی)، مقاومت حجمی.
5. تجزیه و تحلیل و تعیین داده ها: نمودار منحنی جمع عملکرد را رسم کنید. "منطقه نقطه عطف" را پیدا کنید که در آن عملکرد مهار دود به منطقه سکوی هدف می رسد، اما خواص پردازشی و مکانیکی هنوز به شدت کاهش نیافته است، و این منطقه محدوده بهینه مقدار اضافه است.
مقدار روی بورات اضافه شده در مواد کابل PVC یک متغیر معمولی عملکرد گرا است. یک عدد ساده (مانند 3 phr) را نمی توان برای همه سناریوها اعمال کرد.
منطق تصمیم گیری علمی:
1. مکانیزم رانده: اطمینان حاصل کنید که مقدار اضافه شده برای شروع یک واکنش موثر زغال سنگ کاتالیزوری "کلر روی بور" کافی است.
2. استاندارد محور: خط نهایی تقاضا را بر اساس سختگیری استانداردهای مهار دود و بازدارنده شعله که محصول نهایی باید پاس کند، تعیین کنید.
3. محرک مشترک: در سیستم پیچیده (با Sb2O3، ATH، و غیره)، اثر هم افزایی "1+1>2" را می توان با بهینه سازی نسبت به دست آورد، که ممکن است دوز کل را کاهش دهد.
4. درایو متوازن: با فرض برآوردن الزامات عملکردی، نقطه اقتصادی بهینه را از طریق آزمایش‌هایی پیدا کنید که تأثیر آن بر پردازش و عملکرد برنامه را به حداقل می‌رساند.
بنابراین، برای مهندسان فرمول بندی مواد کابل، توانایی حرفه ای واقعی در به خاطر سپردن نسبت جهانی نیست، بلکه در تسلط بر روش های سیستم فوق، توانایی محاسبه طرح افزودن بهینه بورات روی برای هر محصول خاص از مواد کابل PVC، متعادل کردن عملکرد، هزینه و الزامات نظارتی آن است.
آیا در حال توسعه یا بهینه سازی فرمولاسیون های بدون دود و هالوژن برای مواد خاص کابل PVC مانند کابل های داده، کابل های برق، و کابل های دریایی هستید؟ ما می‌توانیم پشتیبانی طراحی فرمول، تست عملکرد کلید، و خدمات بهینه‌سازی افزودن بهینه را بر اساس شیمی هم افزایی بورات روی ارائه دهیم تا به شما کمک کند نیازهای خاص خود را به طور دقیق برآورده کنید و رقابت محصول را افزایش دهید.
