В сложната система за формулиране на поливинилхлоридни (PVC) кабелни материали, добавеното количество отцинков борат(основно 2ZnO·3B₂O3·3,5H₂O) не е изолирана емпирична стойност, а резултат от оптимизация на системата, определен от синергичната химия за потискане на дима на "хлор-цинк-бор", целите за производителност на крайния продукт и цялостната рентабилност. Тази статия ще започне от присъщите огнезащитни свойства на PVC, ще анализира задълбочено уникалния механизъм на цинковия борат в неговата система и ще изгради научна логика за вземане на решения за добавяне на количество.
Самият PVC е полимер с присъщо забавяне на горенето (съдържание на хлор~56,7%) и неговият механизъм за забавяне на горенето разчита главно на прекъснатата верижна реакция на свободните хлорни радикали в газовата фаза. PVC обаче има две основни болни точки по време на горене:
1. Масивно отделяне на дим: Непълното изгаряне произвежда голямо количество въглеродни частици (гъст черен дим).
2. Освободете корозивен и токсичен газ хлороводород (HCl).
Поради това при PVC кабелните материали (особено безхалогенен тип с ниско съдържание на дим, LSZH-FR), основната цел на добавките се е изместила от „подобряване на забавянето на горенето“ към „ефективно потискане на дима, намаляване на отделянето на HCl и подобряване на качеството на остатъците от горенето“. Цинковият борат е „функционален синергист“, предназначен да адресира тези болезнени точки.
Ефикасността на цинковия борат в PVC се определя от химичната му реакция с пиролизните продукти на PVC, което определя обхвата на ефективната му концентрация.
Основна химична реакция - трикомпонентна синергия "хлор цинк бор":
PVC се разлага и освобождава HCl при нагряване. HCl реагира с цинков борат за получаване на цинков хлорид (ZnCl ₂) и борен оксихлорид.
2ZnO·3B₂O3·3,5H2O + 22HCl → 2ZnCl₂ + 6BCl3 + 14,5H2O
（Впоследствие ZnCl ₂ и BCl3 ще бъдат допълнително преобразувани в кислородсъдържащи хлорни съединения при условия на висока температура и водна пара）
· Ефектът на каталитична карбонизация на ZnCl ₂: Генерираният ZnCl 2 е силен катализатор на Люис киселина. Той може силно да катализира реакциите на омрежване, циклизиране и ароматизиране на полиеновата структура, образувана след отстраняване на HCl в PVC, насърчавайки образуването на по-ранни, по-плътни и по-здрави разширени въглеродни слоеве. Плътният въглероден слой може:
1. Физически блокирайте преноса на топлина и маса.
2. Ефективното улавяне на частици сажди и фиксирането им в кондензираната фаза е ключът към потискането на дима.
· Ефектът на стъклената бариера на видовете бор: Борният оксихлорид, образуван по време на реакцията, се топи при високи температури, образувайки стъклен защитен слой, покриващ повърхността на въглеродния слой, допълнително стабилизирайки въглеродния слой, изолирайки кислорода и насърчавайки окисляването на органичната материя на повърхността на въглеродния слой (намаляване на черния дим).
Следователно количеството нацинков боратдобавеният трябва да бъде достатъчен, за да осигури достатъчна реакция с HCl, освободен от PVC, генерирайки достатъчно количество ZnCl ₂ за изграждане на ефективна каталитична овъглена мрежа.
В традиционните съдържащи антимон PVC кабелни материали, забавящи горенето, цинковият борат често се използва като частичен заместител или подобрител.
· Еволюция на героя:
· Пълно заместване: В екологично чисти формули, които изискват пълно „без антимон“, цинковият борат може да се използва самостоятелно като синергист за потискане на дима.
·Частично заместване (основна тенденция): За да се балансират производителността и разходите и да се отговори на изискванията за намаляване на антимона, цинковият борат обикновено се използва за заместване на 20% -50% Sb₂O3. Например, ако оригиналната формула използва 4 phr Sb₂O3, тя може да се коригира до 2 phr Sb2O3+1,5-3 phr цинков борат.
· Логика на сътрудничество: Sb₂O₃ основно подобрява ефективността на забавяне на горенето на газовата фаза, докато цинковият борат укрепва кондензираната фаза, за да потисне образуването на дим и овъглен. Комбинацията от двете постига "триизмерно предотвратяване на пожар" между газовата фаза и кондензираната фаза.
Това е основният движещ фактор, който определя количеството на добавяне.
·Стандартен кабелен материал, забавящ горенето и дима:
·Цел: Да отговаря на стандартите за забавяне на горенето като UL 1581 VW-1/IEC 60332 и да има добро потискане на дима.
·Типичен диапазон на добавяне: 1-3 phr (части на сто части PVC смола).
· Нискодимни халогенни (LSZH) или кабелни материали със строги изисквания за потискане на дима:
·Цел: Покриване на стандарти за ниски нива на дим като IEC 61034/EN 50268-2 или строги изисквания на места като метро, кораби (като EN 45545-2), атомни електроцентрали и др.
·Типичен диапазон на добавяне: 3-8 phr. Високото добавено количество има за цел да изгради изключително мощна бариерна система за каталитична карбонизация и витрификация, гарантираща, че пропускливостта на дим отговаря на стандарта при сценарии с принудителна вентилация или пожар в тунел.
· Високопълнеща калциево-цинкова стабилизираща система:
· Когато се използва голямо количество пълнители като калциев карбонат (CaCO3), е необходимо да се увеличи количеството добавен цинков борат по подходящ начин (като 2-5 phr), за да се компенсира "ефектът на разреждане" на пълнителите върху забавянето на пламъка и потискането на дима.
·Съединение с алуминиев хидроксид (ATH): В съставите без халогени ATH е основният пълнител. Цинковият борат (2-5 phr) може да образува температурна синергия с дехидратиращия ендотермичен ефект на ATH, упражнявайки ефекти за потискане на дима в по-широк температурен диапазон.
·Съединение с молибденови съединения: Калциевият молибдат/цинковият молибдат е средство за потискане на дима от най-високо ниво. Цинковият борат може да се комбинира с него на по-ниска цена (като съотношение 1:0,5-1), за да се постигне синергична ефективност.
Добавянето на цинков борат не е непременно по-добро и точката на баланс трябва да се намери в следния "триъгълник на ефективността":
1. Положителен ефект (засилен с увеличаване на дозата):
· Ефективност на потискане на дима (значително намаляване на плътността на дима)
·Подобряване на силата и качеството на остатъчния въглерод
· Определена степен на забавящ горенето синергичен ефект (кислородният индекс може леко да се повиши)
2. Отрицателен ефект (проявява се при прекомерно добавяне):
· Намалена течливост на обработка: Цинковият борат е неорганичен прах и прекомерното добавяне може да увеличи вискозитета на стопилката, което влияе върху скоростта на екструзия и гладкостта на повърхността.
· Загуба на механични свойства: Препълването може да доведе до намаляване на якостта на опън, особено удължението при скъсване.
·Влияние върху електрическите характеристики: Следи от метални йони могат да имат потенциално въздействие върху обемното съпротивление и трябва да бъдат внимателно оценени за материали за кабели с високо напрежение.
· Увеличаване на разходите.
Следователно „оптималното количество на добавяне“ е точката, която има най-малко цялостно въздействие върху обработваемостта, механичните свойства и разходите, като същевременно отговаря на целевите нива на потискане на дим и забавяне на горенето.
Препоръчително е да използвате следните стъпки, за да определите оптималното количество на добавяне в конкретната формула:
1. Определяне на бенчмарк: Изяснете крайните стандарти за приложение на кабелните материали (ниво на забавяне на горенето, ниво на плътност на дим, среда на използване).
2. Дизайн на началната точка:
·За общи материали за забавяне на горенето и за потискане на дима: започвайки от 1,5 phr.
·За материал LSZH: от 3,5 phr.
·Ако заменяте Sb₂O3: използвайте 30% от масата на Sb2O3 като начална точка зацинков борат.
3. Експериментален план: Използвайки началната точка като медиана, проектирайте допълнителен градиент (като ± 1,5 phr), за да подготвите серия от проби.
4. Ключово тестване на производителността:
·Основни функции: Изпитване на плътност на дим (кутия NBS), кислороден индекс, вертикално горене.
· Цялостни характеристики: якост на опън и удължение, скорост на потока на стопилката (или капилярна реология), обемно съпротивление.
5. Анализ на данни и определяне: Начертайте графика на кривата на добавяне на ефективността. Намерете „областта на инфлексната точка“, където ефективността на потискане на дима достига целевата площ на платформата, но обработката и механичните свойства все още не са намалели рязко и тази област е оптималният диапазон на добавено количество.
Количеството цинков борат, добавен в PVC кабелния материал, е типична променлива, ориентирана към производителността. Просто число (като 3 phr) не може да се приложи към всички сценарии.
Научната логика за вземане на решения е:
1. Задвижван от механизма: Уверете се, че добавеното количество е достатъчно, за да инициира ефективна каталитична реакция "хлор-цинк-бор".
2. Стандартно управляван: Определете крайната линия на търсене въз основа на стриктността на стандартите за потискане на дима и забавяне на горенето, които крайният продукт трябва да премине.
3. Съвместно задвижване: В сложната система (със Sb₂O3, ATH и т.н.), синергичният ефект на "1+1>2" може да бъде постигнат чрез оптимизиране на съотношението, което може да намали общата доза.
4. Балансирано задвижване: При предпоставката за изпълнение на функционалните изисквания, намерете оптималната икономическа точка чрез експерименти, които минимизират въздействието върху обработката и производителността на приложението.
Следователно, за инженерите по формулиране на кабелни материали истинската професионална способност не се крие в запомнянето на универсално съотношение, а в овладяването на горните системни методи, способността да се изчисли оптималната схема за добавяне на цинков борат за всеки конкретен продукт от PVC кабелен материал, балансирайки неговата производителност, цена и регулаторни изисквания.
Разработвате ли или оптимизирате формули с ниско съдържание на дим и без халогени за специфични PVC кабелни материали като кабели за данни, захранващи кабели и морски кабели? Ние можем да предоставим поддръжка при проектиране на формули, ключови тестове за ефективност и услуги за оптимално оптимизиране на добавките, базирани на синергична химия на цинков борат, за да ви помогнем да посрещнете точно вашите специфични нужди и да подобрите конкурентоспособността на продукта.
