阻燃級PP

介紹

阻燃級塑膠，又稱防火級塑膠；但塑膠包括PP、PE在內，為碳氫化合物，一旦起火會持續燃燒、熔融，傳播火勢，所以不可能做到字面意義的防火。取而代之，材料生產商轉而使用不同添加劑對塑膠作改質，讓塑膠在起火後不會繼續燃燒；因此，材料商將改質後的塑膠。在不同使用場合，像是建築、電力與電子設備、交通運輸、礦業和其他工業，針對塑膠材料與成品規範了不同種類的阻燃測試，作為阻止燃燒性能的參考；這是為了符合火災安全法規，保障使用者人身財產安全。問題在於，要將容易持續燃燒的塑膠提升到不同程度阻燃等級，需要添加高比例的阻燃劑；但是阻燃劑卻又沒有塑膠材料本身的延展性或剛性。加入愈多阻燃劑，會破壞整體物件的強度與韌性。同時，許多過去常用的阻燃劑因為環保因素遭到限制使用。因此，如何達到阻燃規範，同時降低阻燃劑比例，成為一大課題。

阻燃規範

在選擇阻燃方案之前，必須先了解、確認應該通過的阻燃標準，才能確定合適的規格與添加比例。常見規範如下：

• UL 94：塑膠可燃性標準試驗，最常使用規範。

  • UL 94 HB：水平燃燒試驗。一般PP即可通過。

  • UL 94 V0、V1、V2：20mm垂直燃燒試驗。其中難度以從V2到V0依序上升。

  • UL 94 5VA、5VB：125mm垂直燃燒試驗，比起V0更加嚴苛。

  • UL 94 VTM-0、VTM-1、VTM-2：薄片垂直燃燒試驗，若材料太柔軟，燃燒會捲曲，必須使用這項。

  • UL 94 HBF、HF-1、HF-2：發泡水平燃燒試驗，發泡材料必須使用此項。

• EN 13501-1：歐盟規範。

• DIN 4102-1 B1、B2：德國建築規範；平板發泡聚苯乙烯XPS產品經常使用此項。

• IEC 60695 / CEI 13947：德國與歐盟電器規範。

  • GWT 熾熱線試驗，包括GWIT起燃溫度與GWFI可燃指數。

  • Needle test 針焰燃燒試驗。

• LOI 氧指數：主要用於線纜產業。

• DIN EN 50267-2-2：歐洲無鹵規範要求。

• DIN EN 61034-2：線纜煙密度要求。

• FMVSS 3022：車材馬達安全要求。

阻燃劑

另一項在選擇方案前必須確認的是，應用與使用國對於阻燃劑的限制。過去常用的許多阻燃劑最後發現對人體或環境有不良影響，漸漸被禁用；或者是一些電子應用，要避免阻燃劑本身，或阻燃機制產生的煙霧影響機器運作。常見的規範限制包括歐洲的REACH、RoHS；常出現的要求則包括低煙無鹵、或者絕對無鹵。

• 鹵素基礎 Halogen base：直接中止燃燒反應，效果最佳。就耐燃效率而言，溴基大於氯基；環烷族大於芳香族。但芳香族類的熱安定性較優。

  • 氯化石蠟 Chlorinated paraffin ：價格低廉，無法通過REACH。

  • 多溴聯苯醚 PBDEs ：其中最著名的是溴化二苯醚 DECA。無法通過RoHS。

  • 六溴環十二烷 HBCD ：目前最主流的溴化耐燃劑；但歐洲也開始有部分應用限制使用。

  • 目前的綠色鹵素耐燃劑，多為八溴／十溴環烷規格。

• 磷系：加速表面脫水碳化，形成磷酸脂表面保護層。是最常用的非鹵素阻燃劑。

  • 聚磷酸銨 APP ：最常用的磷系耐燃劑，但有部分應用限制使用。

• 氫氧化物：釋放結晶水，並吸熱。所需添加量較高。

  • 氫氧化鋁、氫氧化鎂

• 銻系：三氧化二銻；作為輔助鹵素耐燃劑使用。

阻燃母粒

一般塑膠成型，不會直接加入阻燃劑。這是因為阻燃劑通常為粉狀或液態，加入一般的塑膠押出機或射出機，無法分散均勻。這時候，有兩種選擇：一種是仿照色母粒添加的方式，由專業的配料色母廠，將阻燃劑預先分散，打成高濃度母粒，加工廠再買入這些高濃度母粒，依照客戶所要求的使用規範，以2-10%不等的添加比例加入塑膠原料中，簡單拌料後進行熔融成形。

使用母粒方式的好處：可以因應不同的材料與使用規範，調整添加比例；可以達到採購規格單純化，不用因為客戶要求備太多種規格，同時將供應商最小訂購量限制的影響壓到最低。若客戶有特殊的阻燃規範，也能較彈性的因應。

智昱公司代理以色列Tosaf公司阻燃母粒，Tosaf在歐洲負有盛名，尤其由於以色列盛產溴礦，特別擅長生產阻燃的母粒。歐洲各項規範，包括前面所提均有對應方案，完整的實驗室也能針對其他規範客製化規格。Tosaf目前針對發泡PS、PE、PP；中空板PP、PP板材；體育場館PE、PP座椅；透明與不透明PC板材；無鹵ABS，均有開發對應的阻燃規格。

• FR6413

  • 用於PP的標準規格，能讓產品通過UL94 V0 (1.6mm)

• FR0156

  • 用於HDPE的標準規格，能讓產品通過UL94 V0 (4.0mm)

• FR1653

  • 用於發泡產品（XPE、EVA、EPE、EPP）的標準規格，能讓產品通過UL94 HF-1

• FR1653

  • 用於發泡產品（XPS）的標準規格，能讓產品通過DIN4102 B-2

阻燃全造粒規格

另一種方式，是直接買入複合材料廠已經打好的規格。複合材料廠會告知他所提供規格的物性，以及可以通過的阻燃規範。這個方式的好處是不用另外調整比例，單一規格對應專一產品；但採購就受限於複合材料廠所提供的產品規格與最小訂購量。PP一般常見規格採用的是UL-94 V0與V2。

一般要達到UL94 V0等級，PP需要加20％左右的八溴環烷型的耐燃劑與3％左右三氧化二銻助劑。智昱公司提供的阻燃PP，牌號AS-644，為全造粒規格，可直接使用；裡頭的有效成分為綠色溴基耐燃劑，係選用日本新型半透明結晶狀產品，阻燃劑有效含量10％，產品即有UL94 V0等級，讓物性受影響的程度與吐霜情形降到最低。

• AS-644

  • UL94 V0

  • 本色／黑色／其他客製化色彩

  • 降低產品比重

  • 最大程度降低析出風險

  • 提高物性

  • 減少所需色母用量