복합재료용 내화수지 개발

이 블로그는 "무게 없이 불을 견디는 2월 특집의 후속편입니다. ". 해당 기사에 대한 인터뷰에서 세 가지 수지 공급업체/브랜드가 언급되었습니다. Ashland , 폴리곤 및 스콧 베이더 . 나는 더 많은 것을 배우기 위해 이 세 회사의 후속 조치를 취하기로 결정했습니다.

제품

Ashland의 FR 복합재료용으로 가장 눈에 띄는 수지는 MODAR로 MODified Acrylic Resin의 약자입니다. 할로겐화되지 않았지만 Ashland는 Hetron 할로겐화 폴리에스테르 또는 비닐에스테르 제품도 제공합니다.

Scott Bader의 Crestapol 1212는 비 할로겐화 우레탄 아크릴레이트로 "Modar와 동일한 샌드박스에서 작동"한다고 Scott Bader North America의 접착제 및 복합 재료 기술 이사인 Jean-Pascal(JP) Schroeder에 따르면 할로겐화 또는 무할로겐 제형의 결정성 폴리에스테르 수지도 제공됩니다.

Polynt-Reichhold Group은 4개의 레거시 수지 제조업체인 PCCR, CCP, Polynt 및 Reichhold를 결합합니다. FR 복합 재료의 두 가지 주요 제품은 Reichhold의 DION 브롬화(브롬/Br 원소는 할로겐) 수지 기술과 CCP가 개발한 팽창성 기술을 기반으로 하는 NORSODYNE 라미네이팅 수지/FIREBLOCK 겔코트입니다.

할로겐 대 비할로겐

Ashland 특수 수지 사업 관리자인 Thom Johnson은 “할로겐 화학은 무엇보다 중요합니다. "브롬화 수지와 동등하다는 성능 측정 기준은 정말 어렵습니다." 그는 수지 첨가제인 브롬(Br)이 매우 효과적이지만 분자량이 낮아 매립지에서 침출될 수 있다고 설명한다. 그러나 많은 브롬 첨가제는 독성이 높아 더 이상 허용되지 않습니다. "하지만 독성이 낮고 잘 작동하는 다른 것들이 있습니다."라고 Johnson은 말합니다.

대안은 Br을 수지의 골격에 접목시켜 고분자량의 브롬화 수지를 생산하는 것입니다. "따라서 물에 녹지 않고 침출되지 않습니다."라고 Johnson은 말합니다. "또한 신진 대사 문제를 제거하고 복합 구성 요소에서 이동할 수 없으므로 최종 부품과 관련된 독성이 없습니다." 이 브롬화 수지 화학은 Ashland가 Hetron 제품을 통해 제공하는 것입니다. Johnson은 "연기가 아닌 FR만을 충족시키려는 다양한 산업 분야에 6개 이상의 제품을 제공하고 있습니다."라고 말합니다.

연기가 아니라? "브롬화 수지는 연기 및 독성 요구 사항을 통과할 수 없습니다."라고 Polynt Composites USA의 응용 프로그램 개발 관리자인 Rick Pauer가 설명합니다. Reichhold 제품 라인의 일부인 DION 수지는 브롬화 수지 기술을 기반으로 합니다. "그러나 이러한 유형의 수지는 항공기 내부에 대한 FST 또는 철도 분야에 대한 유럽 표준 EN 45545를 통과할 수 없습니다."라고 Pauer는 말합니다.

스콧 베이더(Scott Bader)의 슈뢰더(Schroeder)는 “합성물에서 연기가 얼마나 유독한지 알고 싶다면 간단한 테스트가 있습니다. “불을 붙이고 연기의 색을 확인하십시오. 색이 어두울수록 독성이 증가합니다. 흰 연기에는 물이 더 많고 독성이 적은 연기가 있는 반면 검은 연기에는 독성이 매우 강한 연기가 있을 수 있습니다.”

Schroeder는 Scott Bader가 Pinfa-NA의 회원이라고 말합니다. , Pinfa의 북미 자매 그룹 , 유럽에서 비 할로겐 FR 솔루션을 개발 및 홍보하기 위해 노력하고 있습니다. 그들은 작년에 플라스틱과 전기 자동차에 관한 워크샵을 포함하여 정기적으로 워크샵을 개최합니다.

팽창성 수지 및 겔코트

Polynt의 Pauer는 “우리의 초점은 팽창성 물질이었습니다. 4월 특집 기사에서 설명한 바와 같이 팽창제는 열에 의해 활성화되어 다공성 탄소질 숯을 형성하여 기본 합성물을 단열하고 가연성 휘발성 물질의 생성을 억제하는 물질입니다. "이것은 NORSODYNE 라미네이팅 수지와 FIREBLOCK 겔코트에 사용되는 기술입니다."라고 Pauer는 말합니다. “이 제품들은 할로겐을 사용하지 않아 무독성입니다. NORSODYNE은 연기에 대한 ASTM E-84 요구 사항을 통과합니다. 그리고 라미네이트가 두꺼울수록 성능이 좋아집니다.” 이것은 더 많은 팽창성 첨가제가 있기 때문에 더 많은 보호를 위해 숯 층이 두꺼워집니다. 또한 NORSODYNE과 FIREBLOCK 겔코트를 함께 사용하면 NORSODYNE만 사용하는 것보다 성능이 더 좋은 이유도 설명합니다.

ATH로 채워진 Ashland의 MODAR 수지는 오마하 공연 예술 센터 인테리어( 상단) 및 Hetron 수지는 반투명 유리 섬유 패널(하단)에 내화성을 제공합니다. 출처 | 애쉬랜드.

충전된 수지

브롬화 수지가 여전히 시장 전체를 지배하고 있지만, 저연 FR 복합 재료에 가장 많이 사용되는 수지는 Ashland의 MODAR 및 Scott Bader의 Crestapol을 포함하여 알루미나 삼수화물(ATH)로 많이 채워진 아크릴 기반 시스템입니다. 둘 다 스티렌이 거의 또는 전혀 포함되지 않은 변성 아크릴 우레탄 중합체이며 후자는 가연성입니다. Scott Bader의 Schroeder는 "이 수지는 섬유 강화제와 함께 100개 부품 수지에 대해 최대 170개 부품 ATH를 사용할 수 있게 해줍니다."라고 설명합니다. "따라서 기본적으로 유기 수지 함량을 줄임으로써 무기 재료에 근접한 것입니다."

"MODAR는 적은 양의 무독성 연기와 우수한 내화성과 함께 우수한 기계적 특성을 제공합니다."라고 Ashland의 Johnson은 설명합니다. “점도가 낮기 때문에 다량의 ATH 필러를 추가할 수 있습니다. 인산염과 팽창성 첨가제를 사용할 수도 있습니다.” 일반적으로 ATH 수치가 높은 수지는 점성이 되어 흐르지 않기 때문에 가공하기 어렵습니다. 이러한 채워진 수지는 경화될 때 부서지기 쉽습니다. Johnson은 이러한 아크릴 수지의 낮은 점도는 가공성을 유지하면서 높은 충전제 로딩을 가능하게 한다고 말합니다. 한편, 인성은 폴리우레탄과 유사하여 경화 시 잘 부서지지 않습니다.

아크릴에 대한 빠른 토론. 여기에서 논의된 MODAR 및 Crestapol 수지는 열경화성 수지이지만 아크릴은 폴리 메틸 메타크릴레이트(PMMA, 상품명 Lucite 및 Plexiglas로 알려짐)와 열경화성 메틸 메타크릴레이트( MMA) 및 우레탄 아크릴레이트.

또 다른 메모, Ashland와 Scott Bader는 유럽에서 미리 혼합된 ATH가 있는 수지만 판매합니다. 미국에서는 두 회사 모두 순수한 수지를 판매하고 혼합 비율 및 절차에 대한 조언과 함께 추가되는 ATH의 유형 및 양을 고객이 조정할 수 있도록 기술 지원을 제공합니다.

ATH 및 주입

Pauer는 ATH로 채워진 수지를 주입하는 것이 어려울 수 있다고 지적합니다. "일부 입자는 걸러내지 않고 주입할 수 있는 것보다 큽니다."라고 그는 말합니다. ATH가 35-40% 이상인 시스템은 잘 주입되지 않습니다. Schroeder는 탄소 섬유가 ATH 충전 시스템의 사용을 제한하기도 한다고 덧붙였습니다. "유리 섬유보다 더 촘촘하게 채워진 탄소 섬유 필라멘트 묶음을 적시는 것이 너무 어렵기 때문입니다." 그는 ATH 충전 시스템을 유리 섬유 직물에 주입하는 것이 가능하지만 SAERTEX와 같은 개방형 보강재를 사용해야 한다고 덧붙였습니다. LEO 및 Chomarat 를 위해 개발되었습니다. G-flow 패브릭으로 생산합니다. 이것은 ATH의 필터링을 방지하는 데 도움이 됩니다.”

대중교통 신청

대중 교통 애플리케이션의 예는 샌프란시스코의 BART(Bay Area Rapid Transit) 철도 시스템을 위한 775대의 새로운 열차 차량을 제조하는 것입니다. 첫 번째 신차는 2018년에 서비스를 시작했으며 제조업체인 Bombardier는 2022년에 인도를 완료할 예정입니다.

Pauer에 따르면 Polynt-Reichhold의 NORSODYNE H-81269TF 팽창성 라미네이팅 수지는 이러한 신차의 바닥 조립품의 일부를 형성하는 유리 섬유 강화 패널에 사용됩니다. 이 패널은 캐리지 밑면에서 화재를 방지하고 몰드인 HVAC 덕트를 통합하여 이전의 비복합 설계에서 바닥 조립 무게와 두께를 줄였습니다.

Schroeder는 Scott Bader가 Crestapol 1212에 새로운 BART 차량용 부품 작업을 하는 복합 재료 제작자와 함께 자격을 부여하고 있다고 말합니다. "Bombardier는 우리 제품을 사용하지만 각 제품은 애플리케이션별로 적격합니다."라고 그는 설명합니다.

BART의 새로운 지하철 차량은 경량 합성물을 사용하여 Polynt-Reichhold의 NORSODYNE 팽창성 수지를 포함하여 객차 하부의 화재 보호를 달성합니다.
출처 | 폭격수.

버스 응용 분야의 경우 Polynt는 ASTM E162 및 ASTM E662에 대한 테스트를 포함하여 Docket 90 요구 사항을 충족하기 위해 FIREBLOCK 겔코트를 사용하는 대체 접근 방식을 개발했습니다. Pauer는 "높은 ATH 필러 로딩으로 인해 문제가 발생하는 RTM(수지 이송 성형)을 사용하여 버스 부품을 만드는 고객이 있습니다. "부품의 양면을 FIREBLOCK 2330PAWK745 겔코트로 코팅함으로써 기존의 Polynt RTM 수지를 사용하면서 화염 및 연기에 대한 Doc 90 표준을 충족할 수 있습니다."

전기 자동차

이것은 FR 복합 재료의 고성장 시장입니다. "EV 배터리 트레이는 높은 기계적 강도를 위해 탄소 섬유를 사용하기를 원하기 때문에 흥미로운 응용 프로그램이지만 이것은 ATH를 사용할 수 없다는 것을 의미합니다"라고 Schroeder는 말합니다. 그는 또한 전문가들이 요구되는 차량 주행 범위를 달성하는 데 필요한 배터리의 에너지 밀도를 두 배로 예측하고 있다고 지적합니다. Schroeder는 "하지만 문제가 발생하여 배터리 셀에 불이 붙는 경우 이제 그 화재를 처리하는 데 더 많은 어려움을 겪을 수 있습니다."라고 말합니다.

향후 개발

Ashland의 Johnson은 "모든 부문에서 많은 일이 진행되고 있고 성장하고 있습니다. 하지만 가장 흥미로운 시장은 건축 프로젝트입니다. 이것은 미개척 지역이며 복합 재료를 사용하면 다층 건물을 위한 크고 곡면과 경량이 가능합니다. 우리는 세계 최고의 건축가들과 함께 돌파구를 마련하는 것을 보고 있습니다.” Pauer는 건설용 복합 재료에 대한 확고한 옹호자였으며 화재 규정 및 테스트에 대한 많은 섹션을 포함하여 건물에서 복합 재료 사용에 대한 지침을 발표한 ACMA의 건축 부서의 핵심 구성원이었습니다.

위 슬라이드 쇼의 예는 건물/건설에서의 Scott Bader의 개발 작업도 보여주지만 Schroeder는 몇 가지 우려를 표명합니다. “이러한 대규모 상업 시장의 경우 FR 복합재 제품은 강력한 가공성을 가져야 합니다. 성형업체가 작업하기 쉽게 제품을 만들지 않는다면 시장에서 성공하지 못할 것입니다.” 그는 모든 회사가 할로겐화 시스템과 유사하지만 독성은 없는 솔루션을 계속 찾고 있다고 말합니다.

폴리 푸르푸릴 알코올(PFA)은 어떻습니까? SHD Composites and Composites Evolution은 철도 분야에 사용하기 위해 페놀성뿐만 아니라 성능도 우수한 것으로 보고된 이 생체 유래 수지를 판매하고 있습니다. Schroeder는 "PFA는 페놀계와 마찬가지로 축합 반응 중합체이기 때문에 공정 중에 물이 빠져나가는 것이 우려됩니다."라고 설명합니다. 아마도 이것이 지금까지 제품이 인퓨전이 아닌 프리프레그를 기반으로 하는 이유일 것입니다.

Schroeder는 제작자들이 한 가지 성분을 보는 것에서 벗어나 라미네이트와 코팅을 포함한 전체 시스템을 고려하고 있다고 말합니다. 그는 SAERTEX LEO SYSTEM을 예로 들었습니다(4월 특집 기사 참조). Schroeder는 "사람들은 FR 수지와 함께 Tecnofire와 같은 팽창성 겔코트 및 베일을 사용하고 있습니다. "이러한 솔루션은 높은 섬유 볼륨을 허용합니다."

"수지는 페놀을 제외하고는 항상 타오를 것입니다."라고 그는 계속합니다. "내 희망은 우리가 페놀과 유사한 난연성을 갖지만 탄소 섬유를 사용하여 높은 섬유 부피 구조를 생성하기 위해 주입할 수 있는 것을 얻는 것입니다." 그는 Scott Bader가 몇 가지 유망한 개발을 추구하고 있지만 아직 시장에 출시할 준비가 된 것은 없다고 덧붙였습니다.

Johnson은 "수지 공급업체로서 우리는 화재 연료와 기술이 화재에 저항할 수 있는 수단을 모두 공급하고 있습니다."라고 말합니다. "문제는 FR 성능이 높은 제품 및 화학 물질의 포트폴리오뿐만 아니라 무엇이 잘 작동하는지, 그 이유를 알기 위한 지식 및 테스트 기록을 보유하는 것입니다." 이것이 바로 이 수지 공급업체가 제공하는 전문 지식입니다. 더 자세한 정보를 원하거나 이들 및 다른 전문가들과 연락하려면 언제든지 저에게 연락하십시오([email protected]).