Halogenfreie Flammschutzmittelformulierung und Verarbeitungstechnologie für Epoxidharz
Der Kunde sucht ein umweltfreundliches, halogen- und schwermetallfreies Flammschutzmittel für Epoxidharz mit Anhydridhärtung, das der Norm UL94-V0 entspricht. Das Härtungsmittel muss ein Hochtemperatur-Epoxidhärter mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) über 125 °C sein und eine Wärmehärtung bei 85–120 °C sowie eine langsame Reaktion bei Raumtemperatur erfordern. Nachfolgend die detaillierte, vom Kunden gewünschte Rezeptur.
I. Flammschutzmittel-Formulierungssystem
1. Kernflammhemmendes System: Phosphor-Stickstoff-Synergie
Tabelle mit Informationen zu Flammschutzmitteln
| Flammschutzmittel | Mechanismus | Empfohlene Beladung | Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| Aluminiumhypophosphit | Flammschutzwirkung in der kondensierten Phase, bildet eine Aluminiumphosphat-Kohleschicht | 10–15 % | Primäres Flammschutzmittel, Zersetzungstemperatur >300°C |
| Ammoniumpolyphosphat (APP) | Intumeszierende Flammschutzwirkung, synergistisch mit Aluminiumhypophosphit | 5–10 % | Säurebeständige App erforderlich |
| Melamincyanurat (MCA) | Stickstoffquelle, verstärkt die Phosphorsynergie, unterdrückt Rauch | 3–5 % | Reduziert das Tropfen |
2. Hilfsflammschutzmittel und Synergisten
Informationstabelle zu Hilfsflammschutzmitteln
| Flammschutzmittel | Mechanismus | Empfohlene Beladung | Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| Zinkborat | Fördert die Verkohlung, unterdrückt das Nachglühen | 2–5 % | Übermäßige Mengen können die Aushärtung verlangsamen |
| Feines Aluminiumhydroxid | Endotherme Kühlung, Rauchunterdrückung | 5–8 % | Kontrollierte Belastung (um eine Tg-Reduktion zu vermeiden) |
3. Beispielformulierung (Gesamtladung: 20–30 %)
Grundrezeptur (im Verhältnis zum Gesamtharzgehalt)
| Komponente | Gehalt (bezogen auf Harz) |
|---|---|
| Aluminiumhypophosphit | 12% |
| APP | 8% |
| MCA | 4% |
| Zinkborat | 3% |
| Aluminiumhydroxid | 5% |
| Gesamtbelastung | 32 % (einstellbar auf 25–30 %) |
II. Wichtigste Verarbeitungsschritte
1. Mischen und Dispergieren
A. Vorbehandlung:
- Aluminiumhypophosphit, APP und MCA 2 Stunden lang bei 80°C trocknen (verhindert Feuchtigkeitsaufnahme).
- Behandeln Sie anorganische Füllstoffe (Aluminiumhydroxid, Zinkborat) mit einem Silan-Haftvermittler (z. B. KH-550).
B. Mischreihenfolge:
- Epoxidharz + Flammschutzmittel (60 °C, 1 Stunde rühren)
- Anhydridhärter zugeben (Temperatur <80°C halten)
- Vakuum-Entgasung (-0,095 MPa, 30 min)
2. Aushärtungsprozess
Stufenhärtung (Gleichgewicht zwischen Flammschutz und hoher Glasübergangstemperatur):
- 85 °C / 2 h (langsame Zündung, reduziert Blasenbildung)
- 120 °C / 2 h (gewährleistet die vollständige Anhydridreaktion)
- 150 °C / 1 h (erhöht die Vernetzungsdichte, Tg > 125 °C)
3. Wichtigste Anmerkungen
- Viskositätskontrolle: Ist die Viskosität zu hoch, 5 % reaktives Epoxidverdünnungsmittel (z. B. AGE) hinzufügen.
- Verzögerte Aushärtung: Methylhexahydrophthalsäureanhydrid (MeHHPA) verwenden oder 0,2 % 2-Ethyl-4-methylimidazol hinzufügen (verlangsamt die Reaktion bei Raumtemperatur).
III. Leistungsüberprüfung und -anpassung
1. Flammschutz:
- UL94 V0-Test (1,6 mm Dicke): Brenndauer <10 Sek., kein Tropfen.
- Falls dies nicht hilft: Aluminiumhypophosphit (+3%) oder APP (+2%) erhöhen.
2. Thermische Leistung:
- DSC-Test zur Bestimmung der Glasübergangstemperatur (Tg): Falls Tg < 125 °C, Aluminiumhydroxid reduzieren (senkt die Tg aufgrund eines endothermen Effekts).
3. Mechanische Eigenschaften:
- Bei nachlassender Biegefestigkeit sollten 1–2 % Nano-Siliciumdioxid zur Verstärkung hinzugefügt werden.
IV. Mögliche Probleme und Lösungsansätze
Tabelle zu Problemen und Lösungen im Bereich Flammschutz
| Ausgabe | Ursache | Lösung |
|---|---|---|
| Unvollständige Aushärtung | Feuchtigkeitsaufnahme oder pH-Wert-Beeinträchtigung durch Flammschutzmittel | Füllstoffe vortrocknen, säurebeständiges APP verwenden |
| Schlechter Harzfluss | Übermäßige Füllstoffbeladung | Reduzieren Sie die Aluminiumhydroxidkonzentration auf 3 % oder fügen Sie Verdünnungsmittel hinzu. |
| UL94-Fehler | Unzureichende PN-Synergie | MCA (auf 6 %) oder Aluminiumhypophosphit (auf 15 %) erhöhen |
V. Alternative Formulierung (falls erforderlich)
Ersetzen Sie einen Teil von APP durch DOPO-Derivate (z. B. DOPO-HQ):
- 8 % DOPO-HQ + 10 % Aluminiumhypophosphit reduzieren die Gesamtbeladung (~18 %) bei gleichbleibender Leistungsfähigkeit.
Diese Kombination vereint Flammschutz, Umweltverträglichkeit und Hochtemperaturleistung. Vor der Serienproduktion werden Versuche im kleinen Maßstab (500 g) empfohlen.
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Veröffentlichungsdatum: 25. Juli 2025
