韩国SK聚酯ES500阻燃配方设计

韩国SK聚酯ES500阻燃配方设计

近日，有客户咨询韩国SK聚酯ES500的阻燃配方设计（UL94 V0级），现在我们分析下。

一、配方设计思路

1、基材特性适配

SK聚酯ES500：热塑性聚酯，加工温度通常在220-260℃，需确保阻燃剂耐温性匹配。

关键要求：兼顾阻燃性（V0）、力学性能（拉伸/冲击强度）及加工流动性。

 

2、阻燃剂协同体系

超细氢氧化铝（ATH）：主阻燃剂，吸热脱水，添加量需平衡阻燃与力学性能。

次磷酸铝：协效成炭剂，与ATH形成磷-铝协效，提升残炭质量。

硼酸锌：炭层增强剂，抑制烟雾，与ATH协同形成致密屏障。

MCA：气相阻燃，稀释氧气，抑制熔滴。

 

二、推荐配方（重量百分比）

 

复合材料组分配比及处理要点表

组分	比例	处理要点
SK聚酯ES500	45-50%	基体树脂，选择高流动性牌号补偿填充粘度
超细氢氧化铝（ATH）	25-30%	硅烷偶联剂（KH-550）表面改性，粒径D50＜3μm
次磷酸铝	10-12%	耐温＞300℃，与ATH预混合后分阶段加入
硼酸锌	6-8%	与MCA同步添加，避免高温剪切破坏结构
MCA	4-5%	控制加工温度＜250℃，后期低速分散
分散剂	2-3%	选用聚酯相容性分散剂（如BYK-161）+ 聚乙烯蜡复合体系
偶联剂（KH-550）	1%	预处理ATH和次磷酸铝，乙醇溶液浸渍后烘干
抗滴落剂	0.5-1%	聚四氟乙烯（PTFE）微粉，抑制熔滴引燃
加工助剂	0.5%	硬脂酸锌（润滑防粘）

 

三、关键工艺控制

1、分散优化

预处理：ATH和次磷酸铝用1% KH-550乙醇溶液浸泡2小时，80℃烘干。

混合顺序：

1. 基体树脂 + 分散剂 + 偶联剂 → 低速混合（500 rpm，5 min）
2. 加入改性ATH/次磷酸铝 → 高速剪切（2500 rpm，20 min）
3. 加入硼酸锌/MCA/PTFE → 低速混合（800 rpm，10 min）

设备：双螺杆挤出机（温度分段控制：进料段200℃，熔融段230℃，机头220℃）。

 

2、加工温度控制

确保熔体温度＜250℃，避免MCA分解（MCA分解温度250-300℃）。

挤出后水冷切粒，防止阻燃剂迁移。

 

四、阻燃协同机制

1、ATH+次磷酸铝

ATH吸热释放水蒸气，稀释可燃气体；次磷酸铝催化生成致密炭层（AlPO₄），阻断热量传递。

2、 硼酸锌+MCA

硼酸锌形成玻璃态屏障覆盖炭层裂缝；MCA分解释放NH₃，稀释氧气并抑制自由基链反应。

3、PTFE抑滴

PTFE微粉形成纤维网络，减少熔滴引燃风险。

 

五、性能调校与问题解决

 

常见问题解决方案表

常见问题	解决方案
阻燃不达标（V1/V2）	增加次磷酸铝至12% + MCA至5%，或添加2%包覆红磷（与次磷酸铝协同）。
力学性能下降	减少ATH至25%，添加5%玻璃纤维（增强）或3%马来酸酐接枝POE（增韧）。
加工流动性差	提高分散剂至3%，或添加0.5%低分子量聚乙烯蜡（润滑）。
表面析出	优化偶联剂用量，改用钛酸酯偶联剂（NDZ-201）提升界面结合。

 

六、验证指标

1、UL94 V0测试：1.6mm和3.2mm样条，两次点燃后总燃烧时间＜50秒，无滴落引燃。

2、 LOI：目标≥30%（实测需≥28%）。

3、力学性能：拉伸强度＞40 MPa，冲击强度＞5 kJ/m²（ASTM标准）。

4、热稳定性（TGA）：800℃残炭率＞20%，分解起始温度＞300℃。

 

七、参考配方示例

SK聚酯ES500配方表

成分名称	百分比含量
SK聚酯ES500	48%
超细氢氧化铝（改性）	28%
次磷酸铝	11%
硼酸锌	7%
MCA	4%
BYK-161分散剂	2.5%
KH-550偶联剂	1%
PTFE抑滴剂	0.8%
硬脂酸锌	0.5%

 

通过该配方及工艺设计，可有效实现SK聚酯ES500的V0级阻燃，同时兼顾加工性与力学性能。建议先进行小试验证分散效果，再根据实测数据微调比例（如次磷酸铝与MCA的平衡）。若需进一步提升阻燃效率，可引入2%氮化硼纳米片（BNNS）作为导热-阻燃双功能填料。