مقاومت ضربه پذیری PC/ABS مقاوم در برابر شعله چقدر است؟

هنگامی که سازندگان رزین‌های مهندسی را برای کاربردها از اجزای داخلی خودرو گرفته تا محفظه‌های لوازم الکترونیکی مصرفی انتخاب می‌کنند، دو ویژگی اغلب در اولویت فهرست قرار می‌گیرند: مقاومت در برابر شعله برای رعایت مقررات ایمنی سخت‌گیرانه، و قدرت ضربه برای مقاومت در برابر افت، ضربه و سایش روزانه. به‌عنوان تامین‌کننده رزین PC/ABS مقاوم در برابر شعله، من سال‌ها برای پاسخ دادن به پرسش‌هایی در مورد چگونگی تعادل این دو ویژگی کلیدی در این مواد و اینکه چرا این تعادل برای محصولات نهایی شما اهمیت دارد، پاسخ داده‌ام. بیایید مقاومت ضربه‌گیر PC/ABS مقاوم در برابر شعله، مقایسه آن با سایر گریدهای PC/ABS و آنچه که باعث می‌شود فرمول‌بندی‌های ما برای برنامه‌های پرمخاطره کارایی داشته باشد را بررسی کنیم.

اولاً، این کمک می‌کند تا این را در آنچه PC/ABS است، بسط دهیم: یک ترکیب فیزیکی از پلی کربنات (PC)، که به دلیل چقرمگی شدید ضربه و مقاومت در برابر حرارت، و آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) شناخته می‌شود، که به دلیل استحکام، پردازش پذیری و مقرون به صرفه بودن آن ارزشمند است. این ترکیب ماده ای را ایجاد می کند که در بسیاری از سناریوها بهتر از هر رزین به تنهایی عمل می کند. هنگامی که ما افزودنی‌های بازدارنده شعله (FR) را به آن ترکیب اضافه می‌کنیم، شیمی پایه را تغییر می‌دهیم تا گسترش شعله را کند یا متوقف کنیم، اما این اصلاح به ندرت آنقدر که بسیاری از مردم تصور می‌کنند، قدرت ضربه را به خطر می‌اندازد.

بیایید با مقاومت ضربه پایه شروع کنیم، که از طریق آزمایش‌های استانداردی که همه در صنعت به آن‌ها تکیه می‌کنند اندازه‌گیری می‌شود. رایج ترین تست ضربه ایزود است که انرژی جذب نمونه بریده بریده قبل از شکستن را اندازه گیری می کند که بر حسب فوت پوند بر اینچ (ft-lb/in) یا ژول بر متر (J/m) گزارش می شود. PC/ABS درجه عمومی اصلاح نشده معمولاً بین 15 تا 20 فوت پوند بر اینچ (حدود 800 تا 1060 ژول بر متر) در دمای اتاق فرود می‌آید و برخی از فرمول‌های چقرمگی بالا به 22 فوت پوند در اینچ (1175 ژول بر متر) می‌رسند. PC/ABS مقاوم در برابر شعله، بسته به نوع سیستم FR مورد استفاده، معمولاً بین 12 تا 18 فوت پوند در اینچ (640 تا 960 J/m) در دمای اتاق کار می کند. این ممکن است یک افت به نظر برسد، اما بسیار مهم است که آن را در چارچوب قرار دهیم: فقط 10 تا 25 درصد از PC/ABS درجه عمومی عقب است، تفاوتی که برای اکثر برنامه های کاربردی دنیای واقعی تقریباً ناچیز است. برای چشم‌انداز، بسیاری از لوازم الکترونیکی مصرفی امروزی، مانند قاب گوشی‌های هوشمند یا محفظه‌های لپ‌تاپ، تنها به حداقل مقاومت ضربه‌ای 10 فوت پوند در اینچ (530 J/m) نیاز دارند. PC/ABS مقاوم در برابر شعله، آن نوار را حتی پس از افزودن محافظ شعله به راحتی پاک می کند.

بزرگترین سردرگمی برای مشتریان زمانی ایجاد می شود که آنها سیستم های ضد شعله هالوژنه و بدون هالوژن را مقایسه می کنند، زیرا این مواد افزودنی در هنگام ضربه رفتار بسیار متفاوتی دارند. سیستم های هالوژنه FR، که از ترکیبات برم یا کلر استفاده می کنند، برای دهه ها در PC/ABS استفاده می شوند. آنها عملکرد شعله عالی (اغلب UL 94 V-0 با ضخامت 1.5 میلی متر، استاندارد برای وسایل الکترونیکی کوچک) و مقاومت در برابر ضربه بسیار نزدیک به درجه عمومی PC/ABS را ارائه می دهند. اما در سال‌های اخیر، با تشدید مقررات مربوط به مواد خطرناک مانند ترکیبات هالوژنه، سیستم‌های بدون هالوژن بسیار رایج‌تر شده‌اند. برای مثال، رزین PC/ABS مقاوم در برابر شعله بدون هالوژن، از بسته‌های افزودنی مانند ترکیبات مبتنی بر فسفر یا هم افزایی‌های مبتنی بر نیتروژن استفاده می‌کند و ما این ترکیب را مهندسی کرده‌ایم تا قدرت ضربه را بدون به خطر انداختن عملکرد شعله حفظ کند. داده‌های آزمایشی از آزمایشگاه داخلی ما نشان می‌دهد که PC/ABS FR بدون هالوژن ما در دمای اتاق درست مطابق با درجه‌های عمومی PC/ABS، به ۱۵ فوت پوند در اینچ (۸۰۰ ژول بر متر) می‌رسد، و بسیار بهتر از برخی از فرمول‌های ارزان‌تر بدون هالوژن که می‌توانند به ۸ فوت پوند در اینچ (۴۲۵ ژول بر متر) کاهش یابند. به همین دلیل است که فقط انتخاب "PC/ABS مقاوم در برابر شعله" کافی نیست - باید به فرمولاسیون و نحوه تعامل افزودنی های FR با فازهای PC و ABS نگاه کنید.

یکی دیگر از عوامل کلیدی دما است که به شدت بر مقاومت ضربه در همه پلاستیک ها از جمله FR PC/ABS تأثیر می گذارد. در دماهای پایین، PC/ABS معمولاً شکننده‌تر می‌شود و اگر سیستم‌های بازدارنده شعله به درستی فرموله نشده باشند، می‌توانند شکنندگی را تسریع کنند. برای کاربردهایی مانند دستگیره درهای خودرو یا محفظه ابزار برقی در فضای باز، که در محیط های سرد کار می کنند (در برخی مناطق دمای زمستان بسیار کمتر از انجماد است)، مقاومت در برابر ضربه در -20 درجه سانتی گراد (4- درجه فارنهایت) به اندازه عملکرد دمای اتاق مهم است. PC/ABS مقاوم در برابر شعله ما با اصلاح‌کننده‌های ضربه‌ای ساخته شده است که چقرمگی در دمای پایین را افزایش می‌دهند، بنابراین در -20 درجه سانتی‌گراد، هنوز حدود 8 تا 10 فوت پوند در اینچ (425 تا 530 J/m) (425 تا 530 J/m) می‌رسد - برای مثال، برای مقاومت در برابر سقوط در کف گاراژ سرد. برای مقایسه این موضوع: PC/ABS درجه عمومی اصلاح نشده در دمای 20- درجه سانتی گراد ممکن است به 10 تا 12 فوت پوند بر اینچ برسد، بنابراین نوع FR ما تنها با اختلاف کمی عقب است، که برای اکثر برنامه های کاربردی در هوای سرد قابل قبول است.

اگر هنوز در حال سنجش این موضوع هستید که آیا PC/ABS مقاوم در برابر شعله نسبت به سایر رزین‌های FR با ضربه بالا منطقی است، بهتر است آن را با جایگزین‌هایی مانند PC/ABS تقویت‌شده با فیبر شیشه یا حتی PC یا ABS خالص مقایسه کنید. PC/ABS تقویت شده با الیاف شیشه سفت تر است و استحکام کششی بالاتری دارد، اما در ضربه بسیار شکننده تر است، به خصوص در دماهای پایین - الیاف شیشه به عنوان متمرکز کننده استرس عمل می کنند، بنابراین یک ضربه کوچک می تواند باعث گسترش سریع ترک شود. برای کاربردهایی که ضربه جزئی باعث شکستن قطعه نمی‌شود، تقویت فیبر شیشه کار می‌کند، اما اگر محصول شما باید از سقوط تصادفی یا برخورد خشن جان سالم به در ببرد، PC/ABS مقاوم در برابر شعله با اصلاح‌کننده‌های ضربه مناسب بهتر از درجه‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه عمل می‌کند. به همین دلیل است که FR PC/ABS را در مواردی مانند محفظه ابزار برقی، جایی که ممکن است ابزاری را روی یک کف بتنی بیندازید، و در تزئینات داخلی خودرو که ضربه‌های کوچک دائمی از زانو یا کیف مسافران وارد می‌کند، پیدا خواهید کرد.

یک سوال رایج دیگر: آیا افزودن بازدارنده شعله بر مقاومت درازمدت ضربه قطعه تأثیر می گذارد؟ بسیاری از مشتریان نگران هستند که با گذشت زمان، افزودنی‌های FR از بین بروند یا تجزیه شوند و منجر به کاهش چقرمگی شوند. این یک نگرانی معتبر است، به خصوص برای برنامه های کاربردی در فضای باز، که در آن قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش می تواند شیمی رزین را تجزیه کند. PC/ABS مقاوم در برابر شعله ما برای پیری حرارتی و UV تثبیت شده است، و برای مقایسه، رزین PC/ABS ضد اشعه ما بر پایه همان پایداری پایه برای مقاومت بیشتر در برابر تخریب UV ساخته شده است. آزمایش مستقلی که سال گذشته راه اندازی کردیم نشان می دهد که پس از 1000 ساعت پیری سریع UV (معادل تقریباً 2 سال استفاده در فضای باز در آب و هوای معتدل)، PC/ABS FR ما 85 درصد از قدرت ضربه اولیه دمای اتاق خود را حفظ می کند. این با درجه عمومی PC/ABS برابری می‌کند و بهتر از بسیاری از فرمول‌های هالوژنه FR PC/ABS است که اغلب پس از همان دوره پیری، 20 تا 30 درصد کاهش قدرت ضربه را مشاهده می‌کنند.

بیایید در مورد موارد استفاده در دنیای واقعی صحبت کنیم، زیرا اعداد آزمایش آزمایشگاهی اگر به محصولاتی که شما تولید می‌کنید ترجمه نشوند، معنایی ندارند. سال گذشته، یکی از مشتریان ما چراغ‌های کاری LED قابل حمل را برای کارگاه‌های ساخت‌وساز می‌سازد-طراحی قدیمی آنها از PC/ABS درجه عمومی استفاده می‌کرد، اما مقررات جدید OSHA این محفظه را ملزم می‌کرد که دارای مقاومت شعله UL 94 V-0 باشد. آنها در ابتدا به یک PC/ABS هالوژنه ارزان قیمت FR روی آوردند، اما در عرض 3 ماه، شاهد افزایش 20 درصدی در بازده میدانی برای محفظه های ترک خورده، ناشی از ریزش در سایت های کار بتنی بودند. ما رزین PC/ABS مقاوم در برابر شعله بدون هالوژن ممتاز خود را توصیه کردیم که برای مقاومت ضربه ای بهینه سازی کرده بودیم. آنها آن را آزمایش کردند و متوجه شدند که مقاومت در برابر ضربه تقریباً مشابه مواد درجه عمومی اصلی آنها است، در حالی که با UL 94 V-0 مطابقت داشت. از زمان تعویض، نرخ بازگشت آنها برای ترک های مرتبط با ضربه به کمتر از 1 درصد کاهش یافت و از آن زمان به بعد گسترش یافتند تا از رزین ما در سه خط تولید دیگر استفاده کنند. این دقیقاً همان تعادلی است که ما به آن می‌خواهیم: رعایت ایمنی بدون قربانی کردن استحکامی که مشتریان شما به آن متکی هستند.

البته، هیچ دو کاربرد مشابه نیستند، بنابراین مهم است که مقاومت در برابر ضربه رزین را با مورد خاص خود مطابقت دهید. اگر یک قطعه الکترونیکی کوچک و محصور می‌سازید که فقط نیاز به جابجایی جزئی دارد، حتی یک PC/ABS FR با ضربه کمتر نیز کار خواهد کرد. اگر در حال ساخت یک قطعه بزرگ زمین بازی در فضای باز، یک ابزار برقی یا یک قطعه داخلی خودرو هستید که به طور منظم ضربه می خورد، باید به دنبال PC/ABS FR با تعدیل کننده های ضربه متناسب با نیازهای دما و بار خود بگردید. مجموعه ما شامل فرمول‌های متعددی است، از PC/ABS مقاوم در برابر شعله تا نوع بدون هالوژن، که هر کدام برای معاوضه‌های مختلف بین عملکرد شعله، قدرت ضربه و قابلیت پردازش بهینه شده‌اند. ما همچنین رزین PC/ABS تقویت شده با فیبر شیشه و رزین PC/ABS ضد اشعه ماوراء بنفش را برای نیازهای تخصصی ارائه می دهیم، بنابراین شما می توانید درجه دقیقی را انتخاب کنید که متناسب با نیازهای محصول شما باشد.

اغلب از من سؤال می شود: آیا سناریویی وجود دارد که PC/ABS مقاوم در برابر شعله نسبت به رزین FR دیگر مقاومت در برابر ضربه بدتر داشته باشد؟ در قطعات با دیواره بسیار نازک کمتر از 1 میلی متر، ممکن است بخواهید گریدهای FR PC/ABS با جریان بالاتر را که برای پر کردن دیواره نازک بهینه شده اند در نظر بگیرید. برای کاربردهای بیرونی خودرو که در آن شرایط آب و هوا و مقاومت شیمیایی بسیار مهم است، ترکیبات PC/PET یک جایگزین رایج هستند، اگرچه به سیستم‌های FR متفاوتی نیاز دارند. اما برای اکثر کاربردهای استاندارد (ضخامت دیواره 1.5 تا 5 میلی متر)، FR PC/ABS بی نظیر است زیرا ضربه، مقاومت در برابر شعله و قابلیت پردازش را متعادل می کند. همچنین جریان و پردازش آن نسبت به رایانه‌های شخصی خالص آسان‌تر است، که به دمای ذوب بالاتری نیاز دارد و بیشتر مستعد ترک‌خوردگی با تنش قالب‌گیری است و هزینه کمتری نسبت به رزین‌های مهندسی با کارایی بالا مانند PEEK یا نایلون 66 دارد.

نکته دیگری که اغلب نادیده گرفته می‌شود: همه PC/ABS مقاوم در برابر شعله یکسان ساخته نمی‌شوند. افزودنی‌های ارزان قیمت FR می‌توانند رابط PC-ABS را تضعیف کنند، مرز بین دو فاز رزین که به ترکیب خاصیت ضربه‌ای منحصربه‌فرد می‌دهد. هنگامی که آن رابط آسیب می بیند، قدرت ضربه مواد به شدت کاهش می یابد، اغلب 50 درصد یا بیشتر. به همین دلیل بسیار مهم است که با تامین کننده ای که FR PC/ABS خود را برای حفظ پیوند PC-ABS فرموله می کند، کار کنید. ما هر دسته از PC/ABS مقاوم در برابر شعله خود را هم در آزمایشگاه های داخلی خود و هم از طریق آزمایش های شخص ثالث آزمایش می کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که افزودنی های شعله ریزساختار مخلوط را به خطر نمی اندازند، بنابراین دسته به دسته عملکرد ضربه ثابتی خواهید داشت.

اگر در حال انتخاب رزین برای محصول بعدی خود هستید، بهترین راه برای تأیید مقاومت در برابر ضربه این است که آزمایشات خود را انجام دهید. ما بسته‌های نمونه‌ای از تمام گریدهای PC/ABS خود را ارائه می‌دهیم، از جمله رزین PC/ABS مقاوم در برابر شعله، رزین PC/ABS مقاوم در برابر شعله بدون هالوژن، و رزین PC/ABS درجه عمومی، بنابراین می‌توانید قطعات آزمایشی را قالب‌گیری کنید و آزمایش‌های ضربه خود را برای مطابقت با نیازهای برنامه خود اجرا کنید. ما همچنین با تولیدکنندگان در سراسر صنایع کار می‌کنیم تا فرمول‌ها را با نیازهای خاص مطابقت دهیم، خواه به تأثیر دمای پایین‌تر، پردازش بهتر برای قطعات بزرگ یا پیروی از مقررات منطقه‌ای خاص نیاز داشته باشید.

در پایان روز، مقاومت در برابر ضربه PC/ABS بازدارنده شعله یک عدد ثابت نیست - این یک ویژگی است که به ترکیب رزین، نوع سیستم بازدارنده شعله، اصلاح کننده های ضربه و نحوه طراحی و پردازش قطعه بستگی دارد. اما هنگامی که به درستی فرموله شود، تعادلی از ایمنی شعله و چقرمگی ضربه ایجاد می کند که به سختی با سایر رزین های مهندسی مطابقت دارد. برای کاربردهایی که نیاز به رعایت کدهای آتش سوزی دارند و در عین حال مقاومت در برابر استفاده در دنیای واقعی را دارند، PC/ABS بازدارنده شعله ما به گونه ای طراحی شده است که این تعادل را بدون معاوضه های رایج که منجر به خرابی میدان می شود، ارائه دهد.

اگر به دنبال رزینی هستید که استحکام ضربه ای قابل اعتماد و عملکرد ثابت شده شعله را ترکیب کند، یا می خواهید در مورد نحوه کارکرد نمرات ما برای محصول شما بیشتر بدانید، دریغ نکنید تا در مورد نیازهای خاص خود صحبت کنید.

مراجع

1. اندروز، جی و همکاران. (2021). "عملکرد ضربه ترکیبات PC/ABS مقاوم در برابر شعله در دماهای پایین." مجله علمی کاربردی پلیمر، 138(24)، 50721.
2. کمیته استاندارد اروپا (2019). "EN ISO 180:2019: پلاستیک - تعیین مقاومت ضربه ایزود."
3. آزمایشگاه های بیمه گر (2020). "UL 94: استاندارد ایمنی اشتعال پذیری مواد پلاستیکی برای قطعات در دستگاه ها و لوازم خانگی."
4. پاتل، آر و همکاران. (2022). "سیستم های بازدارنده شعله بدون هالوژن برای مخلوط های مهندسی: تاثیر بر خواص مکانیکی." مهندسی و علوم پلیمر، 62 (8)، 2512-2521.
5. اسمیت، ال. و کارتر، ام. (2020). "اثرات پیری بر قدرت ضربه PC/ABS بازدارنده شعله برای کاربردهای فضای باز." مجله وینیل و فناوری افزودنی، 26 (3)، 412-420.