Essendo una tecnologia ritardante di fiamma priva di alogeni, a bassa emissione di fumi, a bassa tossicità e rispettosa dell'ambiente, laSistema ignifugo intumescente(IFR) è stato ampiamente utilizzato nel campo dei materiali polimerici come poliolefine (PP/PE), elastomeri termoplastici, sigillanti epossidici, rivestimenti, poliuretani, guaine per cavi, ecc. È la scelta principale secondo le normative globali sui ritardanti di fiamma verdi (RoHS, REACH, UL, IEC) grazie al suo meccanismo ritardante di fiamma di espansione termica nel carbonio e formazione di uno strato di carbonio duro termoisolante e isolante dall'ossigeno.
Tuttavia, in condizioni di lavoro pratiche quali elevata umidità, immersione in acqua, pioggia, condensa e servizio sotterraneo/subacqueo, l'espansione convenzionaleritardante di fiammai sistemi comunemente soffrono di problemi fatali come la migrazione della solubilità in acqua, l'assorbimento di umidità e l'aumento di peso, l'assorbimento e il collasso dell'acqua dello strato di carbonio, la diminuzione del grado di ritardante di fiamma, il deterioramento delle prestazioni di isolamento e il degrado delle prestazioni meccaniche, che portano direttamente al cedimento dei materiali ritardanti di fiamma in ambienti umidi e caldi a lungo termine, alla rottamazione dei componenti e a maggiori rischi per la sicurezza. Pertanto, la resistenza all'acqua è diventata un indicatore fondamentale per misurare se il sistema ritardante di fiamma ad espansione può soddisfare applicazioni affidabili a lungo termine in ambienti esterni, subacquei e ad alta umidità.
Un tipico sistema ritardante di fiamma ad espansione è costituito da tre parti: fonte di acido, fonte di carbonio e fonte di gas. Quando riscaldato, si verifica una reazione sinergica per ottenere il ritardo di fiamma:
1. Fonte di acido (catalizzatore di disidratazione):composti contenenti principalmente fosforo, decompongono e rilasciano acidi inorganici/sostanze di acido fosforico ad alte temperature, catalizzano la disidratazione del substrato e della fonte di carbonio in carbonio;
2. Fonte di carbonio (agente di carbonizzazione):composti ricchi di carbonio poliidrossilico che formano rapidamente uno scheletro di carbonio tridimensionale continuo e denso sotto catalisi acida;
3. Fonte di gas (agente schiumogeno):La decomposizione ad alta temperatura rilascia gas non combustibili come NH3, N ₂, H ₂ O, che provocano l'espansione e la schiuma dello strato di carbonio, formando uno strato di carbonio espanso isolante termico poroso e barriera contro l'ossigeno.
Questo strato di carbonio può bloccare il trasferimento di calore, isolare la diffusione dell'ossigeno, sopprimere le goccioline, ridurre il rilascio di fumo e raggiungere livelli elevati di ritardante di fiamma come V-0 e 5VA.
L'IFR convenzionale ha una scarsa resistenza all'acqua, dovuta essenzialmente all'elevata polarità dei componenti, alla forte solubilità in acqua, al debole legame interfacciale e al danno irreversibile sotto l'azione di acqua/umidità
1. Precipitazione idrosolubile di componenti di piccole molecole:Componenti tradizionali come melamina, pentaeritritolo epolifosfato di ammonio(APP comuni) hanno un'elevata solubilità in acqua e, dopo un'immersione a lungo termine in acqua, migrano e si dissolvono verso la superficie del materiale, causando uno squilibrio nella proporzione dei componenti del sistema ritardante di fiamma e perdendo il loro effetto sinergico;
2. Rigonfiamento e collasso dello strato di carbonio espanso:Lo strato di carbonio generato dalla combustione contiene al suo interno gruppi idrofili. A contatto con l'acqua, i pori assorbono acqua, la struttura si ammorbidisce e si disintegra, perdendo la capacità di isolamento termico e dell'ossigeno, e il rischio di riaccensione aumenta notevolmente;
3. Debonding dell'interfaccia della matrice:I ritardanti di fiamma formano spazi vuoti sull'interfaccia della matrice riempitiva dopo aver assorbito l'acqua, riducendo le proprietà meccaniche come resistenza alla trazione, allungamento a rottura e modulo di flessione, migliorando al contempo la perdita dielettrica e riducendo la resistenza di isolamento;
4. Sbiancamento e glassatura delle precipitazioni superficiali:I ritardanti di fiamma solubili in acqua migrano sulla superficie del prodotto, causando difetti estetici, ridotta adesione del rivestimento, scarso contatto elettrico e altri problemi, portando direttamente al guasto del prodotto nei settori dell'elettronica, dei cavi e dei materiali da costruzione per esterni.
Selezione differenziata in base alle condizioni di lavoro, tenendo conto delle richieste dei principali mercati terminalistici globali:
-Caratteristiche delle condizioni di lavoro: esposizione a lungo termine alla luce solare e alla pioggia, umidità ad alta e bassa temperatura, requisiti di isolamento ad alta tensione;
-Requisiti di selezione: IFR incapsulato con microcapsule ultra resistenti all'acqua, grado di polimerizzazione APP ≥ 2000, agente reattivo che forma carbonio, nessuna precipitazione dopo 72 ore di immersione, ritenzione UL94 V-0, resistività di volume ≥ 10 ¹⁶Ω· cm, bassa emissione di fumi senza alogeni (LSFH).
-Caratteristiche delle condizioni di lavoro: elevata umidità, acqua di condensa, contatto con liquido refrigerante e shock termico;
-Requisiti di selezione: migrazione resistente all'umidità di tipo IFR, eccellente compatibilità con la matrice PP/TPU, assenza di brina o guasti ritardanti di fiamma dopo invecchiamento a lungo termine a 125 ℃ e cicli di condensazione.
-Caratteristiche delle condizioni di lavoro: immersione a lungo termine, elevata umidità e ambiente microbico;
-Requisiti di selezione: sistema di rivestimento resistente all'acqua e ignifugo, buone proprietà filmogene con la resina, il rivestimento non si stacca dopo l'immersione, lo strato di carbonio non si idrolizza e soddisfa la certificazione di livello A/UL di protezione antincendio degli edifici.
-Caratteristiche delle condizioni di lavoro: elevata umidità, condensa e severi requisiti di isolamento elettrico;
-Requisiti di selezione: bassa migrazione ionica, IFR resistente all'acqua, solubilità in acqua estremamente bassa, nessun deterioramento delle prestazioni di isolamento dopo l'immersione in acqua, evitando il rischio di perdite e cortocircuiti.
1. Idea sbagliata 1:Concentrarsi solo sulla valutazione iniziale del ritardante di fiamma e ignorare il tasso di ritenzione dopo condizioni umide e calde
Il V-0 iniziale non equivale all'affidabilità a lungo termine e il degrado del ritardo di fiamma dopo l'immersione è la modalità di guasto più comune per i prodotti per esterni/ad alta umidità.
2. Idea sbagliata 2:Ritenendo che maggiore è la quantità aggiunta, migliore è la resistenza all'acqua
Un'aggiunta eccessiva ridurrà la compatibilità della matrice e invece aggraverà l'assorbimento e la migrazione dell'acqua interfacciale. È necessario trovare il rapporto di addizione ottimale tra efficienza ignifuga e resistenza all'acqua.
3. Idea sbagliata 3:Le app ordinarie possono essere facilmente modificate per soddisfare i requisiti di resistenza all'acqua
Anche con la modifica della superficie, l'APP a basso peso molecolare assorbirà lentamente l'umidità e si idrolizzerà in condizioni umide e calde a lungo termine. Pertanto, deve essere adottato un percorso duale tecnologico di alta polimerizzazione e incapsulamento di microcapsule.
4. Idea sbagliata 4:Trascurando le prestazioni elettriche e i requisiti estetici
Nei campi dell'elettronica e dei componenti estetici, la migrazione dei ritardanti di fiamma può portare allo sbiancamento della superficie e allo scarso contatto, ed è necessario selezionare l'IFR resistente all'acqua a precipitazione zero.
Sullo sfondo della domanda in rapida crescita per la produzione di fascia alta e per le condizioni esterne, subacquee e di elevata umidità in tutto il mondo, la resistenza all’acqua non è più un bonus opzionale, ma una soglia necessaria per l’ingresso dei sistemi ritardanti di fiamma nel mercato di fascia alta. La selezione scientifica dei sistemi ritardanti di fiamma ad espansione resistenti all'acqua deve essere valutata in modo completo da cinque dimensioni: progettazione della struttura dei componenti, test di precipitazione resistente all'acqua, tasso di ritenzione delle proprietà ritardanti di fiamma/meccaniche/elettriche dopo l'invecchiamento con calore umido, corrispondenza dello scenario e delle condizioni di lavoro e conformità normativa globale, piuttosto che fare affidamento esclusivamente sui dati iniziali sui ritardanti di fiamma.
Per le aziende di materiali e i produttori di prodotti terminali, la scelta di un sistema ritardante di fiamma ad espansione resistente all'acqua personalizzato e professionale può migliorare significativamente l'affidabilità a lungo termine e il livello di sicurezza dei prodotti nei mercati globali ad alta crescita come nuova energia, infrastrutture esterne, automobili ed elettronica di comunicazione, ridurre i rischi di guasto e rafforzare la competitività internazionale del marchio. In futuro, l'elevata resistenza all'acqua, la bassa migrazione, l'assenza di alogeni e la tecnologia ritardante di fiamma ad espansione efficiente diventeranno la direzione di sviluppo principale e il principale percorso competitivo nel campo globale dei materiali ritardanti di fiamma ecologici.
