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阻燃剂作为提升塑料防火性能的核心添加剂,其分散均匀性直接影响材料的阻燃效果与力学性能。然而,在实际生产中,阻燃剂常因相容性、工艺控制、粒径特性及配方体系等多重因素出现分散不均匀现象,这一问题已成为制约高性能阻燃塑料开发的技术瓶颈。
阻燃剂与塑料基体的化学相容性是决定分散效果的首要因素。以无机阻燃剂氢氧化铝(ATH)为例,其表面羟基与聚乙烯(PE)等非极性聚合物存在显著极性差异,导致界面结合力不足。这种热力学不相容现象使阻燃剂颗粒在熔融加工过程中趋向于团聚,形成肉眼可见的白色斑点。相比之下,溴系阻燃剂虽与部分工程塑料相容性较好,但其分子结构中卤素原子与某些聚合物链段仍可能产生电荷排斥。研究表明,当阻燃剂与基体的溶解度参数差异超过2.5 (J/cm³)¹/²时,分散体系即处于热力学不稳定状态,加剧相分离趋势。
挤出成型过程中的温度、剪切力及混合时间直接影响阻燃剂分散度。当双螺杆挤出机筒体温度低于阻燃剂熔点时,固态颗粒难以充分熔融分散,典型如熔点285℃的聚磷酸铵(APP)在加工温度不足时易形成"鱼眼"缺陷。剪切速率不足同样影响分散效果,实验数据显示,当螺杆转速从200rpm提升至400rpm时,纳米级氢氧化镁在PP中的团聚尺寸可从5μm降至1.2μm。此外,停留时间过短会导致阻燃剂未完成扩散过程,某企业案例显示延长混炼时间30秒可使阻燃剂分散均匀度提升40%。
阻燃剂的物理特性对分散具有决定性影响。粒径大于20μm的传统阻燃剂受斯托克斯沉降作用明显,在熔体冷却过程中产生重力分层。粒径分布宽度指数(PDI)超过1.5时,不同尺寸颗粒的迁移速率差异会加剧团聚。表面处理技术缺陷同样关键,未改性的纳米氧化锑比表面积高达200m²/g,极易因范德华力形成硬团聚。某研究对比显示,经硅烷偶联剂处理的Mg(OH)₂在PA6中的分散粒径比未处理样品减小63%,且界面结合强度提升2倍。
阻燃塑料常需复配多种添加剂,这些组分间的相互作用可能破坏分散平衡。增塑剂DOP与磷系阻燃剂竞争吸附时,会降低阻燃剂在基体中的润湿性。填料如碳酸钙与阻燃剂产生空间位阻效应,某配方中10%滑石粉的加入使阻燃剂分散均匀度下降25%。更复杂的是,部分阻燃剂(如膨胀型阻燃剂)本身包含酸源、碳源、气源三组分,各组分迁移速率差异导致加工过程中发生组分偏析。这种多相体系的动力学不稳定性,使得保持长期储存后的分散稳定性成为技术难点。
宏泰基公司通过优化表面改性技术、降低材料粒径,可有效提升阻燃剂分散性。
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