阻燃級PP

介紹

阻燃級塑膠,又稱防火級塑膠;但塑膠包括PP、PE在內,為碳氫化合物,一旦起火會持續燃燒、熔融,傳播火勢,所以不可能做到字面意義的防火。取而代之,材料生產商轉而使用不同添加劑對塑膠作改質,讓塑膠在起火後不會繼續燃燒;因此,材料商將改質後的塑膠。在不同使用場合,像是建築、電力與電子設備、交通運輸、礦業和其他工業,針對塑膠材料與成品規範了不同種類的阻燃測試,作為阻止燃燒性能的參考;這是為了符合火災安全法規,保障使用者人身財產安全。問題在於,要將容易持續燃燒的塑膠提升到不同程度阻燃等級,需要添加高比例的阻燃劑;但是阻燃劑卻又沒有塑膠材料本身的延展性或剛性。加入愈多阻燃劑,會破壞整體物件的強度與韌性。同時,許多過去常用的阻燃劑因為環保因素遭到限制使用。因此,如何達到阻燃規範,同時降低阻燃劑比例,成為一大課題。

阻燃規範

在選擇阻燃方案之前,必須先了解、確認應該通過的阻燃標準,才能確定合適的規格與添加比例。常見規範如下:

  • UL 94:塑膠可燃性標準試驗,最常使用規範。

    • UL 94 HB:水平燃燒試驗。一般PP即可通過。

    • UL 94 V0、V1、V2:20mm垂直燃燒試驗。其中難度以從V2到V0依序上升。

    • UL 94 5VA、5VB:125mm垂直燃燒試驗,比起V0更加嚴苛。

    • UL 94 VTM-0、VTM-1、VTM-2:薄片垂直燃燒試驗,若材料太柔軟,燃燒會捲曲,必須使用這項。

    • UL 94 HBF、HF-1、HF-2:發泡水平燃燒試驗,發泡材料必須使用此項。

  • EN 13501-1:歐盟規範。

  • DIN 4102-1 B1、B2:德國建築規範;平板發泡聚苯乙烯XPS產品經常使用此項。

  • IEC 60695 / CEI 13947:德國與歐盟電器規範。

    • GWT 熾熱線試驗,包括GWIT起燃溫度與GWFI可燃指數。

    • Needle test 針焰燃燒試驗。

  • LOI 氧指數:主要用於線纜產業。

  • DIN EN 50267-2-2:歐洲無鹵規範要求。

  • DIN EN 61034-2:線纜煙密度要求。

  • FMVSS 3022:車材馬達安全要求。

阻燃劑

另一項在選擇方案前必須確認的是,應用與使用國對於阻燃劑的限制。過去常用的許多阻燃劑最後發現對人體或環境有不良影響,漸漸被禁用;或者是一些電子應用,要避免阻燃劑本身,或阻燃機制產生的煙霧影響機器運作。常見的規範限制包括歐洲的REACH、RoHS;常出現的要求則包括低煙無鹵、或者絕對無鹵。

  • 鹵素基礎 Halogen base:直接中止燃燒反應,效果最佳。就耐燃效率而言,溴基大於氯基;環烷族大於芳香族。但芳香族類的熱安定性較優。

    • 氯化石蠟 Chlorinated paraffin :價格低廉,無法通過REACH。

    • 多溴聯苯醚 PBDEs :其中最著名的是溴化二苯醚 DECA。無法通過RoHS。

    • 六溴環十二烷 HBCD :目前最主流的溴化耐燃劑;但歐洲也開始有部分應用限制使用。

    • 目前的綠色鹵素耐燃劑,多為八溴/十溴環烷規格。

  • 磷系:加速表面脫水碳化,形成磷酸脂表面保護層。是最常用的非鹵素阻燃劑。

    • 聚磷酸銨 APP :最常用的磷系耐燃劑,但有部分應用限制使用。

  • 氫氧化物:釋放結晶水,並吸熱。所需添加量較高。

    • 氫氧化鋁、氫氧化鎂

  • 銻系:三氧化二銻;作為輔助鹵素耐燃劑使用。

阻燃母粒

一般塑膠成型,不會直接加入阻燃劑。這是因為阻燃劑通常為粉狀或液態,加入一般的塑膠押出機或射出機,無法分散均勻。這時候,有兩種選擇:一種是仿照色母粒添加的方式,由專業的配料色母廠,將阻燃劑預先分散,打成高濃度母粒,加工廠再買入這些高濃度母粒,依照客戶所要求的使用規範,以2-10%不等的添加比例加入塑膠原料中,簡單拌料後進行熔融成形。

使用母粒方式的好處:可以因應不同的材料與使用規範,調整添加比例;可以達到採購規格單純化,不用因為客戶要求備太多種規格,同時將供應商最小訂購量限制的影響壓到最低。若客戶有特殊的阻燃規範,也能較彈性的因應。

智昱公司代理以色列Tosaf公司阻燃母粒,Tosaf在歐洲負有盛名,尤其由於以色列盛產溴礦,特別擅長生產阻燃的母粒。歐洲各項規範,包括前面所提均有對應方案,完整的實驗室也能針對其他規範客製化規格。Tosaf目前針對發泡PS、PE、PP;中空板PP、PP板材;體育場館PE、PP座椅;透明與不透明PC板材;無鹵ABS,均有開發對應的阻燃規格。

  • FR6413PE

    • 用於PP的標準規格,能讓產品通過UL94 V0 (1.6mm)

  • FR0156PE

    • 用於HDPE的標準規格,能讓產品通過UL94 V0 (4.0mm)

  • FR1653PE

    • 用於發泡產品(XPE、EVA、EPE、EPP)的標準規格,能讓產品通過UL94 HF-1

  • FR1161PS

    • 用於發泡產品(XPS)的標準規格,能讓產品通過DIN4102 B-2

阻燃全造粒規格

另一種方式,是直接買入複合材料廠已經打好的規格。複合材料廠會告知他所提供規格的物性,以及可以通過的阻燃規範。這個方式的好處是不用另外調整比例,單一規格對應專一產品;但採購就受限於複合材料廠所提供的產品規格與最小訂購量。PP一般常見規格採用的是UL-94 V0與V2。

一般要達到UL94 V0等級,PP需要加20%左右的八溴環烷型的耐燃劑與3%左右三氧化二銻助劑。智昱公司提供的阻燃PP,牌號AS-644,為全造粒規格,可直接使用;裡頭的有效成分為綠色溴基耐燃劑,係選用日本新型半透明結晶狀產品,阻燃劑有效含量10%,產品即有UL94 V0等級,讓物性受影響的程度與吐霜情形降到最低。

  • AS-644

    • UL94 V0

    • 本色/黑色/其他客製化色彩

    • 降低產品比重

    • 最大程度降低析出風險

    • 提高物性

    • 減少所需色母用量

加入4%碳黑的射出產品。可以明顯看出,智昱的AS-644 (圖左)灰黑度明顯優於競爭廠商。這是因為智昱選用的綠色溴基耐燃劑是日本新型半透明結晶狀產品,與一般常用的白色粉狀耐燃劑相比,用量減半,優勢明顯。

加入4%碳黑的射出產品。可以明顯看出,智昱的AS-644 (圖左)灰黑度明顯優於競爭廠商。這是因為智昱選用的綠色溴基耐燃劑是日本新型半透明結晶狀產品,與一般常用的白色粉狀耐燃劑相比,用量減半,優勢明顯。