Back to Blog

Механизм огнезащиты ATH: Почему гидроксид алюминия охлаждает и обугливается

---

Гидроксид алюминия (ATH) является самым крупнотоннажным антипиреном в мире по объему, с мировым потреблением, превышающим 1,5 миллиона тонн в год. Его механизм действия как антипирена принципиально отличается от галогенсодержащих систем: вместо вмешательства в газофазную химию горения, ATH работает в конденсированной фазе, поглощая тепло, выделяя воду и способствуя образованию угля.

Сравнение ATH и MDH как антипиренов В Aluminaworld мы производим ATH специально для применения в качестве антипиренов, с годовой мощностью 80 000 тонн в различных поверхностно-обработанных и необработанных сортах. Приведенные ниже данные отражают наши стандартные сорта и производительность, которую наши клиенты достигают в кабельных, компаундных и искусственных каменных приложениях.

Эта статья объясняет химию огнезащитного действия ATH, практические пределы нагрузки в обычных полимерах и как формулировать для оптимальной производительности.

1. Реакция разложения: поглощается 1 300 кДж/кг Когда ATH нагревается до 200–300°C, он разлагается эндотермически:

2 Al(OH)3 = Al2O3 + 3 H2O (пар), дельта-H = +1 300 кДж/кг

Эта единственная реакция одновременно выполняет четыре действия:

Поглощение тепла (1 300 кДж на кг ATH). Полимер охлаждается ниже его температуры воспламенения, замедляя или останавливая цикл горения. Выделение водяного пара (35% от исходной массы). Пар разбавляет горючие газы и кислород в зоне пламени. Образование оксида алюминия. Остаток Al2O3 действует как барьер, изолируя нижележащий полимер от тепла и кислорода. Подавление дыма. В отличие от галогенных систем, ATH производит минимальное количество дыма и не выделяет коррозионных или токсичных газов.

Температурное окно разложения (200–300°C) критически важно: оно должно быть ниже температуры обработки полимера, но выше его нормальной температуры использования. Для большинства термопластов, обрабатываемых при 180–220°C, ATH разлагается во время обработки. Для полиолефинов, обрабатываемых при 200–240°C, требуется специальная поверхностная обработка для предотвращения преждевременного разложения.

2. Уровни нагрузки по системам полимеров Полиэтилен и полипропилен (кабели, трубы) Нагрузка ATH: 50–65% по весу (максимум, позволяющий разумный текучесть расплава). Ниже 40% огнестойкость маргинальна. Выше 65% механические свойства (особенно удлинение при разрыве) значительно ухудшаются. Общий компромисс: 55–60% ATH с агентом связи для поддержания механических характеристик.

EVA и другие эластомеры (оболочка кабеля) Нагрузка ATH: 60–75% по весу достижима, потому что эластомерная матрица допускает более высокое содержание наполнителя. EVA + 65% ATH является стандартным LSZH-компаундом для кабелей в отрасли.

Ненасыщенные полиэфиры и эпоксидные смолы (искусственный камень, электроника) Нагрузка ATH: 40–60% в зависимости от применения. Более низкая нагрузка (40–50%) используется в литых полимерных столешницах, где важна поверхностная эстетика. Более высокая нагрузка (55–60%) используется в электрических ламинатах, где требуется максимальная огнестойкость.

ПВХ (провода и кабели) Нагрузка ATH: 20–40% по весу в качестве подавителя дыма и поглотителя кислоты. Используется вместе с синергистом триоксида сурьмы в гибком ПВХ. Комбинация снижает выброс дыма на 50–70% в тестах с конусным калориметром.

3. Распространенные ошибки в формулировке Ошибка 1: Использование стандартного ATH вместо сортов с поверхностной обработкой Необработанный ATH имеет полярную поверхность, которая плохо связывается с полиолефинами. В результате получаются плохие механические свойства (особенно ударная прочность и удлинение) и высокая вязкость, что затрудняет обработку. Поверхностно-обработанный ATH (покрытие силаном, стеаратом или титанатом) стоит на 20–30% дороже, но значительно улучшает свойства компаунда. Используйте его для любой нагрузки выше 40% по весу.

Ошибка 2: Игнорирование эффектов размера частиц Размер частиц ATH влияет как на огнестойкость, так и на обработку. Крупный ATH (10–20 мкм) обеспечивает лучшую огнестойкость (больше угля, медленнее выделение тепла), но худшие механические свойства. Мелкий ATH (1–3 мкм) обеспечивает лучшую отделку поверхности и механическую прочность, но немного худшую огнестойкость. Большинство LSZH-компаундов для кабелей используют бимодальную смесь: 70% крупный + 30% мелкий.

Ошибка 3: Не использовать