Wpływ wypełniaczy i uniepalniaczy na zużycie jednostki wtryskowej

Uniepalniacze

Środki uniepalniające (flame retardant, FR) powstałe na bazie organicznej lub nieorganicznej dodawane są do tworzyw sztucznych w celu ograniczenia ich palności lub zgaszenia płomienia w przypadku pożaru. Dla tworzyw oznaczonych klasą palności V0 dodatek środków uniepalniających wynosi min. 10 proc. Dodatek środków uniepalniających ma wpływ nie tylko na mechaniczne własności tworzyw, ale także na zużycie układów plastyfikujących wtryskarek. W przypadku tworzyw zawierających środki uniepalniające fakt ten znajduje potwierdzenie w oznaczeniu typu tworzywa. Oznaczenie środka uniepalniającego wg normy DIN EN ISO 1043-4 składa się z dwóch cyfr, np. PA GF30 FR(52) oznacza poliamid 6 z 30-procentową zawartością włókna szklanego, którego palność została obniżona przez zastosowanie czerwonego fosforu. Poszczególne cyfry oznaczenia środka uniepalniającego oznaczają:

• 1x: związki fluorowców
• 2x: związki fluorowców
• 3x: związki azotu
• 4x: organiczne związki fosforu
• 5x: nieorganiczne związki fosforu
• 6x: tlenki i sole metali
• 70-74 związki boru i cynku
• 75-79 związki krzemu
• 80: grafit

Środki organiczne FR o wysokim stopniu działania pochodzą głównie z grupy fluorowców (fluor, chlor, brom, jod). Wykorzystuje się również związki organiczne na bazie fosforu i azotu (melamina, mocznik). Ze względu na skuteczność działania stosuje się jednak głownie aromatyczne związki bromu, które na drodze reakcji chemicznych powstrzymują palenie lub tworzą niepalną warstwę ochronną, uniemożliwiającą dostęp tlenu do źródła ognia.

Środki nieorganiczne FR, jak związki fosforu, tlenki (np. TiO₂), wodorotlenek glinu (zwany w skrócie ATH) lub wodorotlenek magnezu dodawane są do tworzywa w postaci mineralnych wypełniaczy. W temperaturze >200 st. C wodorotlenki rozpadają się na wodę i niepalne tlenki. Produkty rozpadu obniżają temperaturę i rozcieńczają gazy palne. Skuteczność tych środków nie jest jednak tak duża, jak związków fluorowych. Dlatego też muszą być one stosowane w znacznych ilościach. W przypadku ATH stopień wypełnienia wynosi często >60 proc. Niestety, tak duży stopień wypełnienia prowadzi do znacznego zmniejszenia właściwości mechanicznych tworzywa. Środki oparte o związki fosforu tworzą niepalną warstwę ochronną odcinającą dopływ tlenu do źródła ognia. W niektórych tworzywach wraz z związkami fluorowymi FR stosuje się równolegle trójtlenek antymonu (Sb₂O₃), który wzmacnia działanie związków fluorowych.

Środki uniepalniające mają niestety wpływ na zużycie elementów układu plastyfikującego wtryskarki. Pod wpływem temperatury halogeny, w połączeniu z wilgocią zawartą w powietrzu lub w granulacie, ulegają rozpadowi chemicznemu. Powstałe w wyniku reakcji rozpadu produkty są bardzo korozyjne. Ich działanie można porównać do skutków zastosowania kwasu solnego (HCl). Związki mineralne FR (jak np. ATH) mogą z uwagi na swą twardość wywoływać podwyższone zużycie elementów układu wtryskowego wskutek ścierania. Może to być szczególnie widoczne w przypadku stosowania niższych temperatur przetwórstwa. Natomiast w przypadku wysokich temperatur związki te wykazują działanie korozyjne. W niektórych wypadkach działanie tych związków może prowadzić do bardzo znaczącego zużycia ściernego elementów wtryskarki (ślimaka, końcówki ślimaka, dyszy lub cylindra). Produkty wycierania mogą odkładać się w układzie wtryskowym, a następnie odrywać się i wpływać na jakość powierzchni produkowanych wyprasek.

W przypadku przetwórstwa tworzyw z środkami uniepalniającymi zaleca się wyposażanie wtryskarek w specjalne układy plastyfikujące. W przypadku tworzyw wzmocnionych włóknem szklanym <20 proc. może to być np. układ o podniesionej odporności na korozję AKCN, natomiast w przypadku tworzyw o większym stopniu wypełnienia - układ o podniesionej odporności na korozję i ścieranie AK++.