難燃マスターバッチの配合量とUL94 V-0試験について
作成日 02.04
世界的に防火安全規則が厳格化されるにつれて、エレクトロニクス、自動車、家庭用電化製品に使用されるプラスチック製品は、UL94 V-0の難燃性規格を満たす必要があります。多くのバイヤーは現在、UL94 V-0規格のプラスチックを必須要件として求めています。
プラスチックの燃焼を抑制する方法に関して言えば、難燃性マスターバッチは熱可塑性プラスチックにとって最も簡単で安価な方法です。これによりプロセスが簡素化され、プラスチックが燃えにくくなります。ただし、材料がUL94 V-0規格を取得できるかどうかは、適切な添加量を使用することと、UL94 V-0試験の仕組みを理解することの2つの要素にかかっています。
この記事では、難燃性添加剤マスターバッチがどのように機能するか、どのくらいの量を添加する必要があるか、そしてラボがプラスチックが実際にUL94 V-0規格を満たしているかどうかをどのように検査するかについて説明します。
UL94 V-0難燃性規格の理解
添加剤の化学について詳しく説明する前に、UL94 V-0 が実際に何を意味するのかを定義することが不可欠です。Underwriters Laboratories が管理する UL94 標準は、プラスチック材料が点火後に炎をどのように消すかを測定します。
UL94 V-0 の定義
UL94 V-0 の定義炎源が取り除かれた後、10 秒以内に燃焼を停止する材料を指します。さらに重要なのは、検体下に置かれた外科用綿に引火する可能性のある燃焼滴を発生させてはならないことです。これは、垂直燃焼試験における最も高いレベルの防火性能の 1 つを表します。
UL94 V-0 とその他の規格
これらの規格の階層を理解することは、適切な材料仕様を選択するのに役立ちます。
- UL94 V-0 と V-1 の比較：どちらも炎が消えることが要求されますが、V-0 は残炎時間が10秒までであるのに対し、V-1 は最大30秒まで許容されます。
- UL94 V-0とV-2の違いは、"滴下"の要因です。V-2等級の材料は、下の綿を点火する炎を伴う粒子を落とす可能性があり、これはV-0等級には厳しく禁止されています。
- UL94 V-0とHB: HB（水平燃焼）等級は最低の分類です。これは水平面での燃焼速度のみを測定し、材料が自己消火する必要はありません。
ほとんどのグローバルバイヤーにとって、V-0は高電圧および高熱環境に対して最も大きな安全性を提供するため、好まれる選択肢です。
プラスチックにおける難燃剤マスターバッチの働き
難燃剤マスターバッチは、加熱プロセス中にキャリア樹脂に封入された顔料と添加剤の濃縮混合物であり、その後冷却されて顆粒状に切断されます。混乱した粉末を扱う代わりに、製造業者はこれらの顆粒を使用して原料ポリマーに耐火性を導入します。
組成と種類
マスターバッチ添加剤は、その構成要素によって分類できます。
- ハロゲン系：通常、臭素または塩素を含みます。これらはうまく機能し、コストもそれほどかかりませんが、一部の地域では使用が制限され始めています。
- ハロゲンフリー：環境に優しいです。多くの場合、リンまたは窒素が使用されます。グリーンエレクトロニクス製品を製造している場合や、ヨーロッパに販売する場合は、これらが必要になる可能性が高いです。
- 無機系：水酸化マグネシウムや三水和物アルミニウムなどの化合物を利用します。
粉末に対するマスターバッチの利点
難燃性添加剤マスターバッチを使用することで、いくつかの産業上の利点が得られます。優れた分散性を確保し、難燃性化学物質がプラスチック全体に均一に分散されます。この一貫性により、炎が浸透する可能性のある「弱点」が防止されます。さらに、特殊な粉塵処理装置を必要とせず、ベース樹脂の元の加工特性を妨げないため、製造プロセスが簡素化されます。
添加比率：UL94 V-0に必要な量は？
プラスチックコンパウンディングで最もよくある質問は、「マスターバッチを何パーセント必要としますか？」です。ベースポリマー、最終部品の厚さ、および使用されている熱可塑性UL94 V-0ソリューションの特定のタイプによって比率が異なるため、普遍的な数値はありません。
材質別の一般的な添加比率
標準的な産業用途に基づくと、V-0等級を達成するための一般的な参考値として、以下の割合が使用されます。
- ポリプロピレン（PP）：通常、20％から25％の添加が必要です。これは、自動車用バッテリーハウジングや大型家電のフレームで一般的です。
- ポリエチレン（PE/LDPE）：厚肉パイプか薄肉絶縁フィルムかによって異なりますが、通常15％から25％が必要です。
- ポリアミド（PA6/PA66）：ナイロンが無充填の場合、比率は5％から8％と低くすることができます。しかし、ガラス繊維強化ナイロンの場合、ガラス繊維が燃焼を促進する「ウィッキング効果」を生み出すため、比率は通常17％から18％に上昇します。
- ABSおよびPC/ABSブレンド：これらは通常、薄肉電子エンクロージャーの安定性を確保するために18％から25％が必要です。
比率に影響を与える要因
添加比率が低すぎると、材料はV-2またはV-1評価にしか達せず、安全チェックに合格しません。逆に、比率が高すぎると、材料コストが不必要に増加し、衝撃強度や柔軟性などの機械的特性が劣化する可能性があります。目標は、火災安全性と物理的性能が交差する「飽和点」を見つけることです。
詳細なUL94 V-0テスト：ラボプロセス
UL94 V-0材料のステータスを主張するには、プラスチックは特定の垂直燃焼テストを受ける必要があります。ラボでは、通常0.8mm、1.6mm、または3.2mmの厚さの標準試験標本を使用します。材料は3.2mmではV-0に合格するかもしれませんが、0.8mmでは不合格になる可能性があるため、最終製品の特定の厚さをテストすることが重要です。
テスト手順
- 試験片の向き：プラスチックストリップは垂直にクランプされます。
- 炎の適用：バーナーはストリップの下端に10秒間置かれ、その後取り外されます。
- 最初の観察："アフターフレーム時間"（t₁）を記録します。
- 2回目の適用：炎が消えたら、バーナーをさらに10秒間適用します。
- 2回目の観察：2回目アフターフレーム時間（t₂）とアフターグロー時間（t₃）を記録します。
V-0の合格基準
V-0として認証されるためには、サンプルは以下の厳格な条件を満たす必要があります。
- 個々の試験片の残炎時間（t₁またはt₂）が10秒を超えないこと。
- 5個の試験片のセット（10回の点火）の合計残炎時間が50秒を超えないこと。
- 燃焼した粒子が綿指示薬に引火するような滴下がないこと。
- 保持クランプまで燃え上がらないこと。
この試験でよく見られる失敗は、マスターバッチ添加剤の分散不良、またはサンプルの特定の厚みに対して添加比率が不十分なことが原因で発生することがよくあります。
生産におけるマスターバッチ使用のベストプラクティス
UL94 V-0定格製品を一貫して達成するには、適切な化学組成だけでなく、規律ある製造が必要です。
混合と押出
難燃剤マスターバッチの効果を最大限に引き出すためには、ベース樹脂と十分に予備混合する必要があります。添加剤が均一に分散されるように、高せん断ツインスクリュー押出機の使用が推奨されます。分散が不均一な場合、プラスチック部品の一部はV-0規格に適合する一方で、他の部分は燃えやすいままになる可能性があります。
温度管理
加工温度は注意深く監視する必要があります。熱が高すぎると、プラスチックが成形される前に難燃性化学物質が分解したり、「ガスを放出」したりする可能性があります。これにより、添加剤の効果が低下し、完成部品の表面に欠陥が生じる可能性があります。
コストと性能のバランス
製造業者は、供給業者と密接に連携して高濃度マスターバッチを選択するべきです。これらはキログラムあたりの価格が高くなる可能性がありますが、添加割合を低く抑えることができ、しばしばプラスチックの元の機械的強度の保持が向上し、全体的な"部品あたり"コストが低くなります。
適切な難燃剤マスターバッチを選択し、添加比率をマスターすることが、国際的な安全認証を確保する最も信頼できる方法です。高品質の添加剤と標準化されたテストを組み合わせることで、あらゆる業界向けに安全で、準拠した、競争力のあるプラスチック製品を生産できます。
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よくある質問
1. UL94 V-0 評価の難燃性プラスチックとは何ですか？
これらは、UL94垂直燃焼試験の最高基準を満たすために添加剤で処理された特殊ポリマー（PP、ABS、PAなど）です。
2. UL94 V-0にはどのくらいの難燃性マスターバッチが必要ですか？
ベース樹脂によりますが、比率は通常15%から25%の範囲です。正確なパーセンテージを確認するには、最終的な部品の厚さで具体的な試験が必要です。
3. 薄肉部品に難燃性添加剤マスターバッチを使用できますか？
はい、ただし薄肉部品（1.0mm未満）では、厚肉部品と同じV-0等級を達成するために、通常、より高濃度のマスターバッチが必要です。
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