Wie können Kunststoffe sowohl antistatische als auch flammhemmende Eigenschaften erzielen?

Kurze Antwort

Kunststoffe können sowohl antistatische als auch flammhemmende Eigenschaften erzielen, indem sie ein elektrisches Steuerungssystem mit einem flammhemmenden System innerhalb derselben Harzmatrix kombinieren. Das elektrische System kann permanente Antistatikmittel, leitfähigen Ruß, Kohlenstoffnanoröhren, Kohlefasern, leitfähige Polymere oder hybride leitfähige Netzwerke verwenden. Als Flammschutzsystem können halogenierte Flammschutzmittel, halogenfreie Phosphor-Stickstoff-Systeme, mineralische Systeme, Synergisten oder Flammschutz-Masterbatch-Technologie eingesetzt werden.

Die Schwierigkeit besteht darin, dass diese beiden Systeme oft im Widerspruch stehen. Antistatische oder leitfähige Füllstoffe können den Schmelzfluss, die Farbe, die mechanische Festigkeit und das Flammverhalten verändern. Flammschutzmittel können die Zähigkeit verringern, die Leitfähigkeit beeinträchtigen, die Feuchtigkeitsempfindlichkeit erhöhen oder den Oberflächenwiderstand beeinträchtigen. Daher muss die Formulierung ein Gleichgewicht zwischen Beständigkeit, Flammschutzklasse, Harztyp, Teiledicke, Schlagzähigkeit, Farbe, Formverfahren und Endanwendung aufweisen.

Yuyao Deyu DEYU Plastics entwickelt DGK-Lösungen für antistatische, flammhemmende Materialien gemäß Widerstandsbereich, UL94-Ziel, Farbe, mechanischer Festigkeit und Formteilvalidierung. Zu den vorhandenen verwandten Anweisungen gehören: DGK-PP DD4-5A-JC flammhemmend leitend PP🔍 und DGK-PA6 KJD789R-G30F flammhemmend antistatisch PA6🔍.

Warum Antistatik und Flammschutz oft zusammen erforderlich sind

In vielen Elektro- und Elektronikprodukten müssen Kunststoffmaterialien nicht nur die Ansammlung statischer Aufladung verhindern, sondern auch die Brandgefahr verringern. Dies ist häufig bei ESD-Schutzteilen, Elektronikgehäusen, Ladegeräten, Steckverbindern, batteriebezogenen Teilen, Gerätekomponenten, industriellen Steuerungsgehäusen, Automatisierungsgeräten und Komponenten, die in der Nähe von Schaltkreisen verwendet werden, der Fall.

Auch wenn ein Kunststoffteil nur über antistatische Eigenschaften, aber keine Flammschutzeigenschaften verfügt, kann es dennoch Sicherheitsrisiken in der Nähe elektrischer Komponenten bergen. Wenn ein Kunststoffteil nur flammhemmend, aber nicht antistatisch ist, kann die statische Aufladung elektronische Komponenten beschädigen, Staub anziehen, Handhabungsprobleme verursachen oder die Gefahr einer Entladung verursachen.

Viele Kunden fragen daher nach antistatischem Flammschutzmittel PP, statisch ableitendem V-0 ABS, ESD flammhemmendem PC / ABS, leitfähigem Flammschutzmittel PA66, antistatischem Flammschutzmittel PBT, farbigen antistatischen flammhemmenden Gehäusematerialien und staubarmen flammhemmenden Industriebauteilen.

Die Kombination dieser beiden Funktionen ist nicht so einfach wie das Hinzufügen eines Antistatikmittels und eines Flammschutzmittels zu Kunststoff. Die beiden Systeme müssen kompatibel sein und auch nach Spritzgießen, Alterung, Feuchtigkeitsänderung und tatsächlichem Produktgebrauch noch funktionieren.

1. Was ist die antistatische Leistung von Kunststoffen?

Antistatischer Kunststoff soll die Ansammlung statischer Aufladung verhindern oder statische Elektrizität auf kontrollierte Weise ableiten. In der Praxis verwenden Kunden möglicherweise Begriffe wie antistatisch, statisch ableitend, leitfähig, ESD-sicher, oberflächenwiderstandskontrolliert und volumenwiderstandskontrolliert. Diese Begriffe sind verwandt, aber nicht gleich.

Eine praktische Referenz ist: Antistatikbereich um 10^9-10^12 Ohm, statisch ableitender Bereich um 10^6-10^9 Ohm, Leitfähigkeitsbereich um 10^3-10^6 Ohm und hochleitfähiger Bereich darunter. Das endgültige Ziel sollte durch die Anwendung und Testmethode des Kunden definiert werden.

Bei flammhemmenden antistatischen Kunststoffen ist die Beständigkeitsstabilität wichtig. Das Material sollte nicht nur einen Oberflächenwiderstandstest bestehen. Es sollte auch nach dem Formen, der Lagerung, der Änderung der Luftfeuchtigkeit und dem tatsächlichen Gebrauch eine akzeptable Beständigkeit aufweisen.

2. Was ist Flammschutz bei Kunststoffen?

Unter Flammschutz versteht man die Fähigkeit eines Kunststoffs, einer Entzündung zu widerstehen, die Flammenausbreitung zu verlangsamen, die Brenndauer zu verkürzen, das Tropfrisiko zu verringern oder sich unter definierten Testbedingungen selbst zu verlöschen.

Kunden spezifizieren oft UL94 HB, V-2, V-1 oder V-0, Flammfestigkeit bei 3,0 mm, 1,5 mm oder 0,8 mm, Glühdrahtanforderungen, Anforderungen an die Halogenfreiheit oder Richtungen mit geringer Rauchentwicklung.

Die Dicke muss immer definiert werden. Ein Material, das V-0 bei 3,0 mm erreicht, erreicht möglicherweise nicht V-0 bei 1,5 mm oder 0,8 mm. Ein Material, das Standardtests besteht, kann in einem dünnwandigen Formteil mit Bindenähten, Rippen oder scharfen Ecken dennoch versagen.

Bei antistatischen flammhemmenden Materialien wird die Herausforderung größer, da das antistatische System das Brennverhalten verändern kann, während das flammhemmende System den elektrischen Widerstand verändern kann.

3. Warum die beiden Systeme schwer zu kombinieren sind

Leitfähige Füllstoffe können die Flammhemmung beeinträchtigen

Leitfähige Füllstoffe wie Ruß, Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstofffasern, Graphit oder Metallfasern bauen elektrische Leiterbahnen in Kunststoff auf. Sie können auch das Brennverhalten verändern. Kohlenstofffüllstoffe können die Wärmeabsorption und Wärmeleitfähigkeit verändern, Kohlenstofffasern können das Tropfen und die Verkohlungsstruktur beeinflussen, eine hohe Füllstoffbeladung kann den Schmelzfluss verringern und eine schlechte Dispersion kann zu Schwachstellen führen.

In einigen Systemen unterstützen kohlenstoffbasierte Füllstoffe die Verkohlungsbildung. In anderen Systemen beeinträchtigen sie die Flammschutzleistung oder machen die Verarbeitung instabil. Das Ergebnis hängt vom Harz, dem Füllstofftyp, dem Flammschutzsystem und der Ausgewogenheit der Formulierung ab.

Flammschutzmittel können den elektrischen Widerstand beeinträchtigen

Flammschutzmittel können leitfähige Netzwerke unterbrechen, den Oberflächenwiderstand verändern, die Feuchtigkeitsempfindlichkeit erhöhen, das Migrationsverhalten von Antistatikmitteln verändern, die Füllstoffdispersion beeinflussen, die Polymerkristallisation verändern, die mechanische Festigkeit verringern oder Oberflächendefekte erzeugen.

Beispielsweise kann ein leitfähiges Kohlenstoffnetzwerk instabil werden, wenn die Flammschutzmittelverpackung die Füllstoffverteilung verändert. Ein permanentes Antistatiksystem kann an Wirksamkeit verlieren, wenn die Flammschutzmittelverpackung die Oberflächenmobilität oder -verträglichkeit beeinträchtigt.

Die Zähigkeit nimmt oft ab

Sowohl leitfähige Füllstoffe als auch Flammschutzmittel können die Schlagfestigkeit verringern. Enthält die Formulierung zu viel leitfähigen Füllstoff, kann das Material spröde werden. Bei zu hoher Flammschutzbeladung kann die Zähigkeit abnehmen. Wenn beide Systeme ohne Auswuchten hinzugefügt werden, kann es zu Rissen an Schraubendomen, Schnappverbindungen, dünnen Wänden und Bindenähten kommen.

Bei der Entwicklung antistatischer flammhemmender Materialien bewertet DEYU in der Regel die Schlagfestigkeit, die Zuverlässigkeit der Schraubenaugen, die Festigkeit der Schweißnaht und die tatsächliche Teilemontage.

Farbe wird schwieriger

Antistatische und leitfähige Systeme machen das Material oft schwarz oder grau, insbesondere wenn Ruß oder Kohlefaser verwendet werden. Auch Flammschutzmittel können die Farbstabilität beeinträchtigen, insbesondere bei weißen oder hellen Materialien. Farbige antistatisch flammhemmende Kunststoffe sind daher schwieriger als schwarze Materialien.

4. Technische Hauptrouten

Permanent antistatisch und flammhemmend

Dieser Weg ist geeignet, wenn der Kunde eine antistatische oder statisch ableitende Leistung benötigt, aber keinen sehr geringen Widerstand benötigt. Es bietet bessere Farbmöglichkeiten, einen geringeren Schwärzungseffekt und ist mit weißen, grauen oder farbigen Gehäusen kompatibel. Die Risiken bestehen in Langzeitstabilität, Umweltempfindlichkeit und Kompatibilität mit Flammschutzmitteln.

Leitfähiger Ruß + Flammschutz

Dies ist ein üblicher Weg für schwarze leitfähige flammhemmende Kunststoffe. Es bietet eine gute Leitfähigkeit, eine ausgereifte Verarbeitung und besser kontrollierbare Kosten. Die Risiken bestehen nur in schwarzer Farbe, verminderter Zähigkeit bei hoher Belastung, geringerer Fließfähigkeit und Veränderungen der Oberflächenqualität.

Kohlenstoffnanoröhren oder hocheffizientes leitfähiges Netzwerk + Flammschutz

Kohlenstoffnanoröhren oder hocheffiziente leitfähige Systeme können in einigen Harzen bei geringerer Beladung leitfähige Netzwerke aufbauen. Sie können die mechanische Leistung besser bewahren als eine hohe Rußbeladung und können mehr Formulierungsspielraum für Flammschutzmittel lassen. Die Risiken sind Kosten, Schwierigkeiten bei der Verteilung, Farbverdunkelung und Widerstandsschwankungen je nach Fließrichtung oder Teiledicke.

Kohlefaser + Flammschutz

Kohlenstofffasern können die Steifigkeit, Dimensionsstabilität, Leitfähigkeit und Wärmeverformungsbeständigkeit verbessern. In Kombination mit Flammschutzmitteln kann es in hochfesten Funktionsmaterialien wie den leitfähigen flammhemmenden technischen Kunststoffen PA66, ESD und hochsteifen elektrischen Teilen verwendet werden. Die Risiken sind dunkle Farbe, Sprödigkeit, Oberflächenrauheit und Bindenahtfestigkeit.

Hybrides leitfähiges System + Flammschutz

Hybridsysteme kombinieren verschiedene Leitungswege, um die Gesamtbelastung zu reduzieren und die Stabilität zu verbessern. Zu den möglichen Kombinationen gehören Kohlenstoffnanoröhren plus Ruß, Kohlenstofffasern plus Ruß, permanentes Antistatikmittel plus leitfähiger Füllstoff und leitfähiges Polymer plus Kohlenstoffnetzwerk.

5. Materialauswahl nach Harzsystem

Antistatisch, flammhemmend PP

PP ist eine geringe Dichte, kostengünstig und chemisch beständig. Es wird in Tabletts, Behältern, Abdeckungen, Gehäusen und Industrieteilen verwendet. Schwarz leitfähiges Flammschutzmittel PP kann Systeme auf Kohlenstoffbasis verwenden. Farbiges antistatisches PP benötigt möglicherweise eine permanente antistatische Route. Für flammhemmendes PP müssen zuerst die Dicke und das V-0-Ziel definiert werden.

Antistatisch, flammhemmend ABS

ABS hat ein gutes Aussehen, eine gute Verarbeitbarkeit und eine gute Schlagfestigkeit. Es passt auf Gehäuse und Geräteteile. Die Herausforderungen sind die Reduzierung der Auswirkungen von Flammschutzmitteln, die schwarze Farbe von leitfähigen Kohlenstoffsystemen sowie der Oberflächenglanz oder die Farbstabilität.

Antistatisch, flammhemmend PC / ABS

PC / ABS ist praktisch für Elektronikgehäuse, Elektrogehäuse, Geräteabdeckungen und Automobilkomponenten. Es kann Schlagfestigkeit, Hitzebeständigkeit und Flammhemmung in Einklang bringen. Wenn der Kunde V-0, Wirkung und Aussehen zusammen benötigt, wird PC / ABS oft dem Standard-ABS vorgezogen.

Antistatisch, flammhemmend PA6 und PA66

PA6 und PA66 werden in elektrischen Strukturteilen, Steckverbindern und Industriekomponenten verwendet. Sie unterstützen leitfähiges flammhemmendes PA6, antistatisches flammhemmendes PA66 und kohlenstofffaserverstärktes leitfähiges flammhemmendes Nylon. Die größten Herausforderungen sind Feuchtigkeitsaufnahme, Schlagzähigkeit, Flammschutzverträglichkeit und Leitfähigkeitsstabilität nach der Konditionierung.

PBT, PPS und Hochleistungsharze

PBT, PPS, PPA und andere technische Harze werden in Steckverbindern, elektrischen Teilen, Automobilkomponenten und Hochtemperaturanwendungen verwendet. Diese Systeme eignen sich, wenn Hitzebeständigkeit, Dimensionsstabilität, chemische Beständigkeit und elektrische Sicherheit gleichzeitig erforderlich sind.

6. Technische Bilanztabelle

Anforderung	Technischer Schwerpunkt	Gemeinsames Risiko	DEYU-Entwicklungsrichtung
Antistatisch + V-0	Balance zwischen Antistatikmittel und Flammschutzmittel	Widerstandsdrift, geringere Auswirkung	Harzspezifische Additivabstimmung
Leitfähig + V-0	Bauen Sie ein leitfähiges Netzwerk auf, ohne die Flammenbewertung zu beeinträchtigen	Hoher Füllstoffgehalt, Sprödigkeit	Hybrides leitfähiges Netzwerk + Flammensystem
Farbig + antistatisch + FR	Reduzieren Sie die Farbwirkung	Verdunkelung der Farbe, instabiler Widerstand	Permanente antistatische oder farbschonende Route
Schwarz leitfähig + FR	Stabiles Kohlenstoffnetzwerk und Flammenbewertung	Strömungsverlust, spröde Teile	Kontrolle der Dispersion leitfähiger Füllstoffe
Dünnwandiges FR + ESD	0,8–1,5 mm Flammenleistung plus Widerstandskontrolle	Schwieriges V-0 und Widerstandsbalance	Dünnwandformulierung und Teilevalidierung
Hochfestes ESD + FR	Verstärkung plus elektrische Sicherheit	Schwäche der Schweißnaht, Sprödigkeit	Kohlefaser / PA / PC / ABS-Verbundkonstruktion

7. Bewertungsmethoden

Die elektrische Bewertung sollte Oberflächenwiderstand, Volumenwiderstand, Widerstand nach dem Formen, Widerstand nach Lagerung, Widerstand nach Feuchtigkeitskonditionierung, Widerstand an verschiedenen Teilepositionen und Widerstand an Schweißnähten oder dünnwandigen Bereichen umfassen.

Die Flammschutzbewertung sollte die UL94-Bewertung, die spezifizierte Dicke, ggf. einen Glühdrahttest, die Brenndauer, das Tropfverhalten, die Nachflamme, das Nachglühen und die Bewertung des realen Teilflammenrisikobereichs umfassen. Die Dicke muss immer aufgezeichnet werden.

Die mechanische und verarbeitungstechnische Bewertung sollte Schlagfestigkeit, Zugfestigkeit, Biegemodul, Wärmebeständigkeit, Fließfähigkeit, Formschrumpfung, Oberflächenerscheinung, Bindenahtfestigkeit, Schraubbolzenmontage, Zuverlässigkeit der Schnappverbindung und Farbstabilität umfassen.

Antistatisches flammhemmendes Material muss ein verwendbares Spritzgießenmaterial sein und nicht nur ein Material, das einen elektrischen und einen Flammentest besteht.

DEYU-Anwendungsfälle

Antistatisches, flammhemmendes PC / ABS-Gehäuse

Ein Kunde fertigte ein elektronisches Steuergehäuse. Das Originalmaterial PC / ABS erfüllte die Flammschutzanforderungen, der Oberflächenwiderstand war jedoch zu hoch und es kam zu einer statischen Aufladung während des Gebrauchs. Das Ziel war statische Ableitungsleistung, V-0-Richtung bei vorgegebener Wandstärke, graue Farbe, gutes Aussehen und akzeptable Schlagfestigkeit.

DEYU hat ein System zur statischen Kontrolle in die flammhemmende PC / ABS-Basis integriert. Der erste Versuch verbesserte den Widerstand, aber die Gleichmäßigkeit war instabil. Der zweite Versuch verbesserte die Additivkompatibilität und -dispersion. Im dritten Versuch wurde das Flammschutzmittel- und Antistatik-Gleichgewicht angepasst, um sowohl die Flammenbewertungsrichtung als auch das Oberflächenwiderstandsziel beizubehalten.

Schwarzes leitfähiges, flammhemmendes PA66-Strukturteil

Ein Kunde benötigte schwarzes PA66 für eine industrielle elektrische Komponente, die Leitfähigkeit, Flammwidrigkeit, Steifigkeit und stabile Formgebung erfordert. DEYU empfahl ein kohlenstoffbasiertes leitfähiges Netzwerk plus flammhemmende PA66-Formulierung.

Beim ersten Versuch wurde eine Leitfähigkeit erreicht, die Schlagfestigkeit war jedoch geringer als erwartet. Beim zweiten Versuch wurden die Dispersion des leitfähigen Füllstoffs und das Zähigkeitsgleichgewicht angepasst. Der dritte Versuch optimierte die Flammschutzmittelbeladung und die Verarbeitungsstabilität. Nach der Validierung kleiner Chargen erreichte das Material die angestrebte Leitfähigkeitsrichtung und behielt die flammhemmende Leistungsrichtung bei.

8. Antistatische flammhemmende DEYU DGK-Plattform

DEYU kann die antistatische flammhemmende Serie DGK-PP, die flammhemmende Serie DGK-PP, die flammhemmende Serie DGK-ABS, die flammhemmende Serie DGK-PC / ABS ESD, die flammhemmende Serie DGK-PA6, die flammhemmende Serie DGK-PA66, die flammhemmende Serie DGK-PBT ESD unterstützen. DGK-PPS leitfähige flammhemmende Serie, farbige antistatische flammhemmende Materialien, schwarze leitfähige flammhemmende Materialien und gegebenenfalls halogenfreie antistatische flammhemmende Materialien.

Anpassbare Faktoren umfassen Basisharz, Oberflächenwiderstandsbereich, Volumenwiderstandsbereich, Flammschutzsystem, angestrebte UL94-Dicke, halogenierte oder halogenfreie Richtung, leitfähiges Füllstoffsystem, permanentes Antistatiksystem, Kohlenstoffnanoröhren- oder Kohlenstofffasersystem, Farbe, Schlagfestigkeit, Fließfähigkeit, Wärmebeständigkeit, Oberflächenaussehen und Formungsprozess.

DEYU empfiehlt Kunden, Zielharz, Zieloberflächen- oder Volumenwiderstand, antistatisches / statisch ableitendes / leitfähiges Ziel, Flammschutzklasse, erforderliche Dicke, Teilewandstärke, Farbe, Anforderungen an die Halogenfreiheit, aktuelles Materialproblem, Anwendung, Formverfahren, Schlaganforderungen, Anforderungen an die Wärmebeständigkeit, Teilezeichnung oder Muster- und Genehmigungsstandard anzugeben.

Fazit

Um Kunststoffe sowohl antistatisch als auch flammhemmend zu machen, muss die Formulierung ein Gleichgewicht zwischen elektrischer Leistung und Brandschutz im selben Harzsystem herstellen. Der Schlüssel liegt nicht einfach in der Zugabe eines Antistatikmittels und eines Flammschutzmittels, sondern in der Entwicklung eines kompatiblen Systems in Bezug auf Widerstandsbereich, Flammschutzklasse, Dicke, Harztyp, Zähigkeit, Fließfähigkeit, Farbe und tatsächliche Formteilleistung.

Yuyao Deyu DEYU Plastics bietet DGK maßgeschneiderte antistatische flammhemmende Materiallösungen basierend auf PP, ABS, PC / ABS, PA6, PA66, PBT, PPS, PC und anderen Harzsystemen. Für ESD-Gehäuse, elektrische Komponenten, leitfähige Wannen, Industrieabdeckungen, Steckverbinder, Geräteteile, batteriebezogene Strukturen und farbige antistatische Flammschutzanwendungen kann DEYU die Formulierungsentwicklung, Kleinserienversuche und die Validierung realer Teile unterstützen.