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复合年增长率3.6%,无卤树脂助力阻燃复合材料发展

复合年增长率3.6%,无卤树脂助力阻燃复合材料发展


市场咨询机构大观研究(Grand View Research)的数据显示,阻燃(FR)产品的市场需求正在上升,预计到2027年,阻燃产品市场复合年增长率为3.6%。来自电子电气、交通运输、建筑工程等领域的需求,推动了阻燃产品市场的增长。


阻燃产品有助于防止火灾蔓延,涵盖范围相当广泛。阻燃树脂主要分为两大类:卤化树脂和无卤树脂。溴是阻燃热固性树脂中最常用的卤素,但溴会产生有毒的黑烟,这使其无法应用在某些终端产品中。与溴相比,另一种常用的卤素——氯,产生的烟雾较轻。然而,氯在阻燃方面的效果较差,且在本质上仍然有毒。


由于卤素化合物所带来的环境问题,许多国家已经出台法律禁止或限制卤素化合物在某些终端产品中的应用。因此,阻燃树脂的发展集中在对环境友好的无卤树脂上。

 

复合年增长率3.6%,无卤树脂助力阻燃复合材料发展


复合材料行业中常用的无卤阻燃树脂通常基于三水合氧化铝(ATH)或膨胀型阻燃剂。ATH含有34.6%的结晶水,这种水在高温(起点为230℃)下汽化,挥发时带走大量热量,降低了周围温度和氧浓度,并分解成氧化铝,附着在主体(可燃物)表面,产生隔离层,隔绝了树脂燃烧所需氧气的供应,保护了主体。膨胀型阻燃剂基于磷、氮的化合物,通常依赖于填料。这就限制了它们在某些制造工艺中的应用。此外,膨胀型阻燃剂易吸水,因此应限于室内应用。


其他能起到一定阻燃作用的填料有硫酸钙和碳酸钙。但这些阻燃剂在某些制造工艺中的应用受到了限制,原因在于这些材料的粘度过高,容易被过滤掉,从而使得填料无法均匀分布。


随着树脂供应商不断开发新的无卤化阻燃产品,他们面临着双重挑战:既要遵守严格的阻燃要求,同时要解决应用于制造工艺时出现的问题,使这些树脂更易于使用。后者对制造设施至关重要。以下是阻燃树脂的常见制造方法和潜在问题:


开模制造

开模工艺是使用最为广泛的玻璃钢零件生产工艺,包括喷射短切和手工铺层。大多数阻燃树脂可以有效地应用于开模制造工艺。然而,当使用高填充树脂时,存在潜在的加工问题,包括纤维增强体浸透差或玻璃纤维含量低影响力学性能。


闭模制造

闭模工艺包括树脂传递模塑成型(RTM),轻质树脂传递模塑成型(LRTM)和真空导入。在闭模工艺中,使用ATH填料的阻燃树脂始终是一个工艺挑战。由于填料系统的高粘度和复杂的纤维增强构型,根据所使用的闭模工艺,ATH能被过滤掉或不能正常和均匀地流动。


对于RTM和LRTM等工艺来说,ATH重量占比高达40%,可成功用于满足许多阻燃树脂的标准。从这个角度来看,开模阻燃树脂可以与ATH一起使用,且ATH重量占比可高于60%。然而,由于ATH的高粘度,它不能应用于真空导入工艺。在真空导入工艺中,填充树脂在被渗透时无法流过增强物。因此,树脂供应商面临的最大挑战之一就是开发出不需要加入ATH的无卤化阻燃树脂。


板材制造

在制造过程中,玻璃钢板材通常封装在塑料薄膜中,以保持工艺清洁,同时生产平整、光滑、浮雕或波纹形状和表面。高温连续成型工艺是产量最高的工艺。目前成功使用的树脂是基于ATH填充系统,但面板制造过程面临许多与开模工艺相同的挑战。


此外,在生产具有阻燃要求的终端产品时,还使用了许多其他的制造方法,包括拉挤工艺和片状模塑料(SMC)。无论采用何种工艺,在处理阻燃树脂时都会遇到一些常见挑战,包括:

·达到所要求的阻燃标准

·处理较高的加工粘度

·无法使用填充系统

·重量的增加

·半透明度

·达到所要求的力学性能


非填充阻燃树脂的一个显著缺点是成本的增加。然而,如果考虑到非填充阻燃树脂的优点,如玻璃纤维增强物含量高、力学性能提升、厚度和重量的减少,则总体而言,非填充阻燃树脂是具有成本效益的。此外,非填充阻燃树脂可以更容易地进行加工,从而提高产量。


过去10年中,对环境友好的无卤化树脂的研究和开发取得了长足的进展。通过与制造商的密切合作,树脂供应商解决了许多制造方面的挑战。鉴于一些新兴阻燃树脂的特殊性能,下一代阻燃复合材料的发展具有光明的前景。


本文由中国复合材料工业协会编译,文章观点不代表本会立场。本文不用于商业目的,仅供行业人士交流。转载请注明来自中国复合材料工业协会。

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