| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Anvendelse af halogenfri flammehæmning i fiberarmerede polyethylen folier

3 Flammehæmning af presenningsfolier

Der er blevet fremstillet brandhæmmede folier ved ekstrusion. Dette blev gjort for at for at finde de bedste formuleringer og for at undersøge ændringer i procesparametrene, inden egentlige presenninger blev fremstillet i IPMs produktion.

Der er blevet udført LOI (Limiting Oxygen Index), UL-94 og LPS 1215 (BS 476: Part 12: 1991) brandtest for at karakterisere de brandhæmmende egenskaber for de forskellige formuleringer. TGA analyser er blevet fortaget for bedre at kunne vurdere additivernes adfærd ved opvarmning.

Brudstyrken og brudforlængelsen for de fremstillede folier er blevet bestemt som funktion af tilsatte additiver.

3.1 Reologi

Polyethylen smelter kan betegnes som værende pseudoplastiske, det vil sige at deres viskositet mindskes ved intensivering af forskydningen. Den pseudoplastiske adfærd skyldes, at molekylerne i ”steady state” er viklet ind i hinanden (sammenfiltrede). Under forskydningen vikles polymerkæderne fri af hinanden, hvilket giver anledning til sænkning af viskositeten. Graden af pseudoplastisk adfærd er afhængig af graden af sammenfiltningen, mængden af langkædede forgreninger i molekylet, og af polymerens molekylevægts-fordeling. Flydeevnen af de polymerer, der er benyttet i dette projekt, er opgivet som et smelteindeks.. Fordelen ved at benytte smelteindekser er at måleapparaturet er billigt og simplere at betjene end et reometer.
Smelteindekset er sensitivt over for vigtige materiale- og procesparametre og kan derfor benyttes som relativ rangering af polymererne. De benyttede polymerer har smelteindekser, der er lavere end 0,5 g/10 min., hvilket betyder, at de har en relativ lav flydeevne.

Tilsætning af partikelformede flammehæmmende additiver til smeltede polymerer resulterer i en kompleks reologisk væske med variation i partikelstørrelse, morfologi og grad af agglomeration. Proceskonditionerne vil i høj grad påvirke mikrostrukturudviklingen og de ultimative egenskaber af partikel / polymerkompositten. Når partiklerne er dispergeret eller deagglomereret effektivt ved forskydningsdeformation, vil der være en gensidig påvirkning mellem polymermolekylerne og partiklerne.
Polymermolekylerne vil samtidigt kunne være bevægelige mellem partiklerne. De flammehæmmende additiver kan da tænkes som værende partikler i en ikke-Newtonsk væske, der vil øge viskositeten af polymersmelten ved øget tilsætning.

Når volumenfraktionen af partikler overstiger 0,01, vil partiklerne i højere grad have tendens til at opholde sig i nærheden af andre partikler. Dette vil forstyrre polymersmeltens flow og øge viskositeten. Ved forholdsvis lave koncentrationer vil kun binære interaktioner være sandsynlige. Med øget koncentration vil mere end to partikler gensidigt kunne påvirke hinanden på samme tid. Dette vil øge hastigheden, hvormed viskositeten stiger som funktion af stigende partikelkoncentration. Forskellige potentielle kræfter kan eksistere mellem partiklerne. Dispersionskræfterne (fx London – van der Waals), der altid eksisterer på grund af interaktion mellem inducerede dipoler, vil være dominerende i de ekstruderede LDPE/partikelkompositter. Disse kræfter kan føre til dannelse af partikelagglomerater i polymer matricen. Det antages, at agglomeratdannelsen er reversibel, og at agglomeraterne vil nedbrydes, når forskydningshastighed eller forskydningskraft øges, hvilket giver anledning til polymerens pseudoplastiske adfærd. Viskositetsforøgelsen vil desuden være afhængig af partiklernes størrelse, form og størrelsesfordeling. Det vil nogen grad være muligt at kompensere for viskositetsforøgelsen ved partikeltilsætningen ved at ændre procesparametrene. Viskositeten påvirkes af temperatur, tryk, samt forskydningshastighed og kraft.

De elastiske egenskaber af et viskoelastisk materiale ændres ved partikeltilsætning. Disse ændringer kan kvalitativt sammenlignes med ændringerne i viskositeten. Fyldte polymerer er altid mindre elastiske end den rene polymer, hvilket der skal tage højde for ved bestemmelse af proceskonditionerne (eksempelvis ved bobbeldannelsen i blæse-ekstruderingsprocessen).

3.2 Eksperimentelt

Dekomposition af flammehæmmende additiver kan fremkomme allerede under processeringen af produkterne. Det er næsten umuligt at have en flammehæmmer, der er helt stabil i hele procesintervallet, og samtidigt påbegynder dekomponeringen præcist ved den ønskede temperatur for at opnå den fulde flammehæmmende effekt. Da reaktiv kemi i høj grad er involveret i brandbeskyttelsesmekanismerne både i halogenholdige og i halogenfri flammehæmning, vil det ofte være muligt at finde spor af degraderingsprodukter i applikationerne efter processeringen¹.
Dispersion og varmestabilitet af additiver samt produktionshastighed er derfor nøje blevet overvejet, før procesparametrene for folie-ekstruderingen blev fastlagt.

De flammehæmmede folier er ekstruderet på en Haake Driver 300P (Polylab, Rheomix) ekstruder (dobbelt snekke, ’counter’ rotation), typisk med en stigende temperaturprofil i intervallet 160-220^o C. Additiver indeholdende fosfor (ammoniumpolyfosfat) er dog meget følsomme overfor proceskonditionerne med hensyn til dekomposition og indvirkning på mekaniske egenskaber. Dispergeringen af disse additiver er derfor foretaget med en omvendt temperaturprofil med en max. temperatur på 190-200^o C. Ekstruderingen er desuden forgået ved moderate omdrejningshastigheder af snekkerne. Derved undgås temperaturtoppe forårsaget af høj forskydning, men samtidig opnås en relativ kort opholdstid i ekstruderen og et godt produktudbytte. Den benyttede ekstruder er ret kort, hvorfor der ikke blev taget betydelige forholdsregler omkring blandingernes opholdstid i ekstruderen. Hvis en længere ekstruder havde været benyttet, kunne det være en mulighed at tilsætte APP additiverne gennem en ”side feeder” for at gøre opholdstiden så kort som muligt. Materialerne blev tørret i 30 –60 minutter før kompoundering eller folie-ekstruderingen i de tilfælde hvor dette blev anset som en fordel. Formuleringer indeholdende additiver i pulverform blev kompounderet ved at køre blandingen en gang gennem ekstruderen, inden den endelige folieekstrudering blev foretaget. Folierne er blevet ekstruderet i en tykkelse på 150-200 µm. Tykkelsen varierer primært udfra mængden af tilsatte additiver. Polymerblandingens smelteindeks vil mindskes med tilsætningen af additiver, og ved høje koncentrationer af flammehæmmende additiver er smelteindekset (MFI) så lavt, at det på det benyttede udstyr ikke var muligt at ekstruderer folierne så tynde, som det var ønsket. Tilsætning af koblingsmidler og benyttelse af evt. coatede partikler mindsker faldet i MFI. En enkelt formulering er blevet kompounderet på Clariant’s ekstruder i Malmø for kvalitativt at kunne vurdere dispersionseffektiviteten af Polymercentrets ekstruder.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |