PP chống cháy là gì? Phân loại PP chống cháy V0, V1, V2 và kinh nghiệm lựa chọn cho linh kiện điện

Trong các sản phẩm điện – điện tử, PP nguyên sinh thông thường có ưu điểm nhẹ, dễ gia công, kháng hóa chất và chi phí tương đối hợp lý. Tuy nhiên, khả năng cháy của PP là một hạn chế khi vật liệu được sử dụng gần nguồn điện hoặc những vị trí có nguy cơ phát sinh nhiệt.

Vì vậy, PP chống cháy được phát triển để cải thiện đặc tính cháy của polypropylene bằng hệ phụ gia chống cháy phù hợp.

Trong thực tế, chúng ta thường gặp những tên gọi như:

• PP chống cháy V0
• PP chống cháy V1
• PP chống cháy V2
• PP FR
• Flame Retardant PP
• Halogen-free Flame Retardant PP

Nhưng chỉ biết vật liệu “đạt V0” vẫn chưa đủ để lựa chọn.

Một trong những thông tin rất quan trọng cần hỏi thêm là:

V0 ở độ dày bao nhiêu?

Đây là điểm thường bị bỏ qua khi lựa chọn PP chống cháy cho linh kiện điện.

1. PP chống cháy là gì?

PP chống cháy là polypropylene được bổ sung hệ phụ gia nhằm cải thiện đặc tính cháy của vật liệu.

Trong tiếng Anh thường sử dụng thuật ngữ:

Flame Retardant Polypropylene hoặc FR PP.

PP nguyên sinh thông thường là vật liệu dễ cháy. Vì vậy, đối với những ứng dụng có yêu cầu về khả năng chống cháy, nhà sản xuất có thể sử dụng compound PP chống cháy đã được thiết kế và kiểm tra theo yêu cầu cụ thể.

Một compound PP FR có thể gồm:

• PP nền
• Hệ phụ gia chống cháy
• Chất chống oxy hóa
• Chất ổn định nhiệt
• Chất bôi trơn
• Chất tạo màu
• Filler hoặc Glass Fiber nếu cần
• Các phụ gia chức năng khác

Công thức cụ thể phụ thuộc vào công nghệ của từng nhà sản xuất.

2. Vì sao linh kiện điện cần PP chống cháy?

Trong thiết bị điện – điện tử, một số linh kiện nhựa có thể nằm gần:

• Nguồn điện
• Terminal
• Connector
• Relay
• Công tắc
• Motor
• PCB
• Bộ nguồn
• Khu vực có khả năng sinh nhiệt

Khi xảy ra sự cố điện, nhiệt độ cao hoặc tia lửa có thể làm vật liệu polymer bắt cháy.

Do đó, đối với một số thiết kế, vật liệu nhựa phải đáp ứng yêu cầu chống cháy cụ thể.

PP chống cháy có thể được sử dụng cho những sản phẩm như:

• Vỏ thiết bị điện
• Junction box
• Connector housing
• Công tắc
• Ổ cắm và một số housing điện
• Housing motor
• Linh kiện gia dụng
• Linh kiện điện tử
• Một số chi tiết ô tô

Tuy nhiên, cấp chống cháy yêu cầu phải dựa trên tiêu chuẩn sản phẩm và thiết kế cụ thể.

3. UL94 là gì?

UL 94 là một tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi để đánh giá đặc tính cháy của vật liệu nhựa trong các phép thử quy mô nhỏ.

Các phân loại thường được nhắc đến đối với vật liệu dùng cho enclosure, structural parts và insulators gồm:

HB, V-2, V-1, V-0, 5VB và 5VA.

Đối với PP chống cháy, ba cấp thường được quan tâm là:

V-2 → V-1 → V-0

Các phép thử V-0, V-1 và V-2 sử dụng mẫu đặt theo phương thẳng đứng.

Điều quan trọng là UL94 đánh giá vật liệu theo điều kiện thử cụ thể. Không nên hiểu V0 đơn giản là “vật liệu không cháy”.

4. PP chống cháy V2 là gì?

PP chống cháy đạt UL94 V-2 phải đáp ứng các tiêu chí của phép thử vertical burning tương ứng.

Ở cấp V-2, thời gian cháy sau mỗi lần tác động ngọn lửa được giới hạn theo tiêu chuẩn, nhưng vật liệu được phép có các giọt cháy làm bắt cháy lớp cotton chỉ thị bên dưới.

Đây là khác biệt rất đáng chú ý giữa V-2 và V-1/V-0.

PP V2 có thể được xem xét cho những ứng dụng mà yêu cầu chống cháy ở mức V-2 là đủ.

Tuy nhiên, không nên tự ý sử dụng V2 thay cho V0 nếu bản vẽ hoặc tiêu chuẩn sản phẩm yêu cầu V0.

5. PP chống cháy V1 là gì?

Ở cấp V-1, mẫu thử phải tự tắt trong giới hạn thời gian quy định sau khi nguồn lửa được loại bỏ.

Khác với V-2, các giọt cháy không được làm bắt cháy cotton chỉ thị bên dưới.

V-1 vì vậy có yêu cầu nghiêm ngặt hơn V-2 ở tiêu chí này.

Tuy nhiên, nếu khách hàng yêu cầu V0 thì V1 vẫn không được mặc định là tương đương.

6. PP chống cháy V0 là gì?

PP chống cháy V0 thường được quan tâm nhiều đối với các linh kiện điện – điện tử có yêu cầu chống cháy cao hơn.

Trong phép thử UL94 vertical 50 W, V-0 có yêu cầu thời gian cháy sau mỗi lần tác động ngọn lửa ngắn hơn V-1 và V-2, đồng thời không cho phép các giọt cháy làm bắt cháy cotton chỉ thị.

Chính vì vậy, khi khách hàng yêu cầu PP V0, nhà cung cấp cần kiểm tra chính xác grade vật liệu và điều kiện mà grade đó đạt được.

Không nên chỉ nhìn thấy chữ “FR” rồi mặc định vật liệu đạt V0.

7. So sánh PP chống cháy V0, V1 và V2

Nhìn vào bảng trên có thể thấy:

V-0 có yêu cầu nghiêm ngặt hơn V-1 và V-2 trong phép thử vertical UL94 này.

Tuy nhiên, cấp UL94 không phải là thông số duy nhất để quyết định vật liệu có phù hợp với sản phẩm hay không.

8. Vì sao phải hỏi PP V0 ở độ dày bao nhiêu?

Đây là một trong những kinh nghiệm quan trọng nhất khi lựa chọn PP chống cháy.

Ví dụ:

Một grade có thể được công bố:

UL94 V0 @ 1.5 mm.

Điều đó không có nghĩa có thể mặc định grade này cũng đạt V0 tại mọi độ dày nhỏ hơn.

Trong cơ sở dữ liệu vật liệu thực tế có những grade PP GF chống cháy halogen-free được công bố UL94 V-0 tại 1.5 mm, trong khi những grade khác có cấp và độ dày khác.

Vì vậy khi khách hàng hỏi:

“Có PP chống cháy V0 không?”

Nên hỏi lại:

“V0 ở độ dày bao nhiêu mm?”

Ví dụ sản phẩm thực tế chỉ dày 0.8 mm nhưng vật liệu chỉ có dữ liệu V0 tại 1.5 mm thì cần kiểm tra lại chứng nhận hoặc dữ liệu của grade trước khi lựa chọn.

9. PP chống cháy Halogen và Halogen-free khác nhau thế nào?

Hệ phụ gia chống cháy cho PP có thể được chia thành nhiều nhóm công nghệ.

Trong thực tế thương mại thường gặp hai cách gọi:

• Halogen flame retardant
• Halogen-free flame retardant

Hệ chống cháy chứa halogen

Một số hệ chống cháy truyền thống sử dụng hợp chất chứa halogen kết hợp với các chất hiệp đồng thích hợp.

Ưu điểm và hạn chế phụ thuộc vào formulation cụ thể.

Khi sử dụng cần kiểm tra các yêu cầu liên quan đến:

• UL94
• RoHS
• REACH
• Yêu cầu halogen của khách hàng
• Smoke/toxicity nếu ứng dụng yêu cầu

Hệ chống cháy không halogen

Halogen-free flame retardant ngày càng được quan tâm trong nhiều ứng dụng điện – điện tử.

Tuy nhiên:

Halogen-free không đồng nghĩa với V0.

Một vật liệu halogen-free vẫn phải được thử nghiệm để xác định cấp UL94 cụ thể.

Tương tự:

V0 cũng không tự động có nghĩa là halogen-free.

Đây là hai yêu cầu khác nhau cần kiểm tra độc lập.

10. PP chống cháy có ảnh hưởng đến MFI không?

Có thể có.

Việc bổ sung hệ phụ gia chống cháy có thể làm thay đổi tính lưu biến và khả năng gia công của PP.

Tùy formulation, MFI có thể thay đổi so với resin nền.

Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến:

• Khả năng điền đầy khuôn
• Áp suất phun
• Tốc độ phun
• Sản phẩm thành mỏng
• Weld line
• Bề mặt sản phẩm

Do đó khi thay PP thông thường bằng PP chống cháy, không nên mặc định giữ nguyên toàn bộ thông số máy.

11. PP chống cháy có ảnh hưởng đến cơ tính không?

Hệ phụ gia chống cháy có thể ảnh hưởng đến cơ tính của compound.

Tùy công thức, cần theo dõi:

• Tensile strength
• Flexural modulus
• Impact strength
• Elongation
• HDT
• Density
• MFI

Đây cũng là lý do không nên chỉ chọn vật liệu dựa trên UL94.

Một grade đạt V0 nhưng không đáp ứng yêu cầu va đập hoặc độ cứng của sản phẩm vẫn chưa phải vật liệu phù hợp.

12. Màu sắc có ảnh hưởng đến PP chống cháy không?

Đây là yếu tố nên kiểm tra.

Hệ màu và pigment có thể tương tác với formulation của vật liệu.

Nếu grade được chứng nhận hoặc công bố ở một phạm vi màu cụ thể, không nên mặc định mọi màu khác đều có cùng kết quả chống cháy.

Đối với sản phẩm quan trọng cần kiểm tra:

• Grade cụ thể
• Màu cụ thể
• Độ dày
• Chứng nhận hoặc UL file nếu có
• TDS
• Yêu cầu của khách hàng

Đặc biệt nếu nhà máy tự pha masterbatch màu vào PP chống cháy, cần đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ màu đến đặc tính cuối cùng.

13. Có nên tự pha phụ gia chống cháy vào PP không?

Có hai hướng sản xuất phổ biến.

Sử dụng PP chống cháy compound hoàn chỉnh

Nhà sản xuất compound đã phối:

PP + hệ chống cháy + các phụ gia cần thiết.

Ưu điểm là grade có thông số tương đối rõ ràng và có thể có dữ liệu thử nghiệm hoặc chứng nhận tương ứng.

Tự phối phụ gia chống cháy vào PP

Phương pháp này thường phù hợp hơn với nhà máy có năng lực compound và kiểm soát công thức.

Cần kiểm soát:

• Resin nền
• Loại phụ gia chống cháy
• Tỷ lệ phụ gia
• Khả năng phân tán
• Nhiệt độ compound
• Screw configuration
• MFI sau compound
• Cơ tính
• Màu sắc
• UL94 của compound cuối cùng

Không nên hiểu rằng nhà cung cấp phụ gia nói “có thể đạt V0” thì chỉ cần pha đúng một tỷ lệ cố định là mọi sản phẩm đều đạt V0.

Kết quả cuối cùng phụ thuộc vào toàn bộ hệ compound và điều kiện thử.

14. Nhiệt độ gia công PP chống cháy

Không nên áp dụng một profile nhiệt độ duy nhất cho tất cả PP chống cháy.

Nhiệt độ gia công phụ thuộc vào:

• PP nền
• Hệ chống cháy
• MFI
• Filler/GF nếu có
• Thiết kế sản phẩm
• Thiết kế khuôn
• Thời gian lưu vật liệu trong barrel

Điểm đặc biệt cần lưu ý là một số hệ phụ gia có cửa sổ nhiệt độ gia công riêng.

Nếu nhiệt độ quá cao hoặc vật liệu lưu trong barrel quá lâu, compound có thể bị suy giảm hoặc phát sinh vấn đề bề mặt.

Do đó, nên ưu tiên processing guide của nhà sản xuất grade.

15. Những lỗi thường gặp khi ép PP chống cháy

Bề mặt có vệt hoặc không đồng đều

Có thể liên quan đến:

• Phân tán phụ gia
• Masterbatch màu
• Nhiệt độ
• Tốc độ phun
• Độ ẩm hoặc chất bay hơi
• Formulation vật liệu

Mùi mạnh khi gia công

Cần kiểm tra:

• Nhiệt độ barrel
• Thời gian lưu
• Tình trạng phân hủy
• Hệ phụ gia sử dụng
• Hệ thống thông gió

Không nên tiếp tục tăng nhiệt nếu vật liệu có dấu hiệu phân hủy.

Sản phẩm giòn hơn dự kiến

Cần kiểm tra:

• Grade PP nền
• Tỷ lệ phụ gia
• Hệ chống cháy
• Filler
• Nhiệt độ gia công
• Tình trạng phân hủy

Không đạt UL94 sau khi thay màu

Cần kiểm tra lại hệ màu và tỷ lệ masterbatch.

Không nên mặc định đổi màu không ảnh hưởng đến đặc tính cháy.

16. Cách lựa chọn PP chống cháy cho linh kiện điện

Khi nhận yêu cầu vật liệu, không nên chỉ hỏi:

“Khách cần V0 hay V2?”

Tôi thường xem xét ít nhất các thông tin sau:

• Cấp UL94 yêu cầu?
• Độ dày sản phẩm tại vị trí yêu cầu bao nhiêu?
• Có yêu cầu halogen-free không?
• Sản phẩm màu gì?
• Có yêu cầu RoHS/REACH không?
• MFI cần bao nhiêu?
• Có yêu cầu chịu va đập không?
• Có yêu cầu GF không?
• Nhiệt độ làm việc bao nhiêu?
• Phương pháp gia công là ép phun hay đùn?
• Có yêu cầu UL Recognized grade không?

Ví dụ:

Khách hàng nói:

“Cần PP V0 cho housing điện.”

Chưa nên báo ngay một grade.

Nên hỏi:

“V0 ở độ dày bao nhiêu? Sản phẩm màu gì? Có yêu cầu halogen-free và UL file không?”

Chỉ ba câu hỏi này đã giúp thu hẹp đáng kể phạm vi lựa chọn.

17. PP chống cháy V0 có luôn tốt hơn V2 không?

Nếu chỉ xét mức yêu cầu của phép thử vertical UL94 thì V0 nghiêm ngặt hơn V2.

Nhưng trong lựa chọn vật liệu thực tế, không nên hiểu rằng mọi sản phẩm đều phải dùng V0.

Nếu bản vẽ và tiêu chuẩn của sản phẩm chỉ yêu cầu V2 thì sử dụng V0 có thể không cần thiết, tùy các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế khác.

Ngược lại, nếu sản phẩm bắt buộc V0 thì không được tự ý thay bằng V2 chỉ vì giá nguyên liệu thấp hơn.

Nguyên tắc vẫn là:

Chọn đúng cấp vật liệu theo yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm.

18. Sai lầm thường gặp khi mua PP chống cháy

Chỉ hỏi “V0 giá bao nhiêu?”

Đây là câu hỏi chưa đủ.

Cần xác định V0 tại độ dày nào và grade có dữ liệu/chứng nhận phù hợp hay không.

Thấy chữ FR là mặc định V0

FR chỉ có nghĩa là Flame Retardant.

Không thể từ chữ FR kết luận vật liệu đạt UL94 V0.

Không kiểm tra màu

Đổi pigment hoặc masterbatch có thể ảnh hưởng đến hệ vật liệu.

Không kiểm tra cơ tính

Đạt chống cháy nhưng không đủ impact strength hoặc stiffness thì sản phẩm vẫn có thể thất bại.

Tự tăng phụ gia để đạt V0

Tăng phụ gia không phải lúc nào cũng giúp kết quả tốt hơn.

Nó còn có thể ảnh hưởng đến MFI, cơ tính, bề mặt và chi phí.

19. PP chống cháy và PP GF chống cháy

Đối với linh kiện vừa cần độ cứng vừa cần chống cháy, có thể sử dụng PP chống cháy gia cường sợi thủy tinh.

Ví dụ trên thị trường có những compound:

PP GF20 FR

hoặc

PP GF30 FR.

Có grade thương mại PP GF20 và PP GF30 halogen-free được công bố UL94 V-0 ở 1.5 mm.

Đây là nhóm vật liệu đáng quan tâm cho các chi tiết như:

• Battery module
• Housing điện
• Giá đỡ điện
• Một số linh kiện ô tô điện
• Linh kiện cần đồng thời độ cứng và khả năng chống cháy

Tuy nhiên cần kiểm tra TDS và chứng nhận cụ thể của từng grade.

20. Kết luận

PP chống cháy là nhóm polypropylene compound được thiết kế để cải thiện đặc tính cháy của PP, đặc biệt hữu ích trong nhiều ứng dụng điện – điện tử và linh kiện kỹ thuật.

Các cấp thường được nhắc đến gồm:

V-2 → V-1 → V-0.

Trong đó, V-0 có các tiêu chí nghiêm ngặt hơn V-1 và V-2 trong phép thử UL94 vertical 50 W.

Tuy nhiên, khi lựa chọn PP chống cháy, không nên chỉ nhìn vào chữ V0.

Cần kiểm tra đồng thời:

UL94 + độ dày + màu sắc + halogen requirement + MFI + cơ tính + phương pháp gia công + chứng nhận của grade.

Kinh nghiệm quan trọng nhất là:

Khi khách hỏi PP V0, hãy hỏi ngay: V0 ở độ dày bao nhiêu mm?

Điều này giúp tránh lựa chọn sai grade ngay từ đầu.

Bài tiếp theo trong cụm PP & Compound sẽ đi sâu vào phụ gia chống cháy PP, cơ chế hoạt động, tỷ lệ phối trộn và những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng đạt UL94 V0.

Nếu quý khách hàng đang tìm kiếm nguồn cung nguyên liệu nhựa hoặc cần tư vấn kỹ thuật chuyên sâu, hãy liên hệ ngay với chúng tôi.

Thông tin liên hệ:

• Đơn vị: PTTL Kim Phat Materials

• Sản phẩm:PA6 GF, PA66 GF30, PC/ABS, TPU, PETG., PA46, PC chống cháy,  PPO, PPS and các phụ gia 

• Holine: 0902140632

• Website: www.pttlkimphat.vn