Partículas inorgânicas oferecem uma série de benefícios, incluindo não toxicidade, excelente estabilidade dimensional, resistência a altas temperaturas e grande área superficial específica. Essas propriedades ajudam a melhorar a estabilidade térmica, o desempenho mecânico e a condutividade elétrica de retardantes de chama, além de reduzir a absorção de água. Como um material de enchimento comumente usado na modificação de polímeros, o carbonato de cálcio apresenta muitas vantagens. Entre elas, destacam-se a rigidez, a dureza, a resistência ao desgaste, a resistência ao calor e a estabilidade dimensional de materiais compósitos. Ele pode reduzir significativamente os custos de produção. Pó épicoavançado de moinhos de bolas, moinhos de rolos, e classificadores de ar Garantimos que os pós de carbonato de cálcio sejam projetados com precisão. Eles podem atender às exigências de aplicações retardantes de chama. Com nossa máquinas de revestimento de moinho de pinos e máquinas de revestimento turbo moinhoAlém disso, fornecemos carbonato de cálcio com superfície modificada. Ele pode melhorar a compatibilidade e o desempenho em sistemas poliméricos.
01 Mecanismo retardante de chama e valor de aplicação do carbonato de cálcio
O carbonato de cálcio é usado principalmente em compósitos poliméricos retardantes de chama, modificação de madeira/fibra e formulações de revestimento. Seu mecanismo retardante de chama pode ser resumido em três ações principais:
Efeito endotérmico:
Em altas temperaturas, o carbonato de cálcio se decompõe e absorve uma quantidade substancial de calor, diminuindo a temperatura da superfície do material e retardando a combustão. A reação de decomposição é:
CaCO₃ → CaO + CO₂↑
Essa reação ajuda a suprimir o aumento da temperatura do material, dificultando que ele atinja o ponto de ignição.
Efeito da diluição:
O carbonato de cálcio se dispersa uniformemente por todo o material, diluindo a concentração de substâncias combustíveis. Quando o conteúdo inflamável é significativamente diluído, a combustão torna-se mais difícil de sustentar.
Efeito de barreira:
O óxido de cálcio (CaO) produzido durante a decomposição forma uma densa camada protetora na superfície do material, impedindo o contato do oxigênio com o material combustível — eliminando um dos três elementos essenciais para a combustão. Enquanto isso, o CO₂ liberado dilui ainda mais o oxigênio ao redor, contribuindo para a supressão da chama.
Além disso, o carbonato de cálcio modificado apresenta melhor compatibilidade com polímeros em comparação com muitos retardantes de chama tradicionais. Eles podem ser processados usando o Epic Powder. revestimento de moinho de pinos ou revestimento do moinho turbo tecnologias. Quando se utiliza carbonato de cálcio em nanoescala, podem ser observadas características adicionais do nanomaterial, oferecendo um potencial ainda maior em sistemas retardantes de chama.
Dito isso, alguns especialistas argumentam que o carbonato de cálcio atua principalmente como um material de enchimento extensor com efeitos moderados de reforço e retardamento de chamas, mas sua eficiência e resistência a altas temperaturas podem ser limitadas em comparação com outros aditivos.
Então, qual é o verdadeiro desempenho do carbonato de cálcio em materiais retardantes de chamas?
02 Principais Aplicações do Carbonato de Cálcio em Materiais Retardantes de Chama
(1) Retardantes de chama compostos
O hidróxido de magnésio (MH) é um retardante de chama inorgânico popular devido à sua alta temperatura de decomposição (340 °C–450 °C) e aos seus produtos de decomposição não tóxicos (MgO e H₂O). No entanto, sua baixa compatibilidade com polímeros e o reforço mecânico limitado restringem seu uso.
Um estudo realizado por Guo Yaxin et al. explorou os efeitos da combinação de carbonato de cálcio com hidróxido de magnésio em copolímeros de etileno-acetato de vinila (EVA). Os resultados mostraram que a adição de uma quantidade adequada de CaCO₃ melhorou as propriedades mecânicas, elétricas e de retardamento de chama. Com uma carga total de 120 phr, a formulação contendo 10 phr de CaCO₃ alcançou o desempenho mecânico e de retardamento de chama ideal — resistência à tração de 11 MPa, alongamento na ruptura de 370% e LOI de 30,5%. Enquanto isso, 20 phr de CaCO₃ proporcionaram o melhor isolamento elétrico, com rigidez dielétrica de 32,7 kV/mm e resistividade volumétrica de 8×10¹² Ω·m.
No Pó épico, nosso Classificadores de ar e moinhos de rolos Garantir uma distribuição precisa do tamanho das partículas e alta pureza, possibilitando formulações de alto desempenho.
(2) Borracha de silicone retardante de chama
Os selantes resistentes ao fogo de grau aeroespacial devem suportar chamas de 1100 °C por pelo menos 15 minutos sem penetração. Wu Na et al. compararam os efeitos do carbonato de cálcio e do hidróxido de magnésio nas propriedades mecânicas, térmicas, retardantes de chama e resistentes ao fogo da borracha de silicone curada por adição.
Curiosamente, a borracha de silicone com 150 phr de carbonato de cálcio ainda não apresentava propriedades autoextinguíveis. No entanto, com apenas 50 phr de CaCO₃, exibiu excelente resistência ao fogo e à penetração de chamas. Em contraste, mesmo 150 phr de hidróxido de magnésio não conseguiram impedir a queima completa em 5 minutos.
A diferença reside no comportamento de decomposição térmica dos materiais de enchimento e na sua compatibilidade com o perfil de combustão da borracha de silicone. A combinação de ambos os materiais de enchimento resultou numa borracha de silicone com reforço equilibrado, resistência ao calor, retardância à chama e proteção contra incêndio.
Foto da parte traseira da borracha de silicone após 15 minutos de exposição à chama.
(3) Selantes retardantes de chama
A melhoria da resistência à chama dos selantes de silicone muitas vezes compromete suas propriedades mecânicas. A adição de mais cargas retardantes de chama pode reduzir a elasticidade e o alongamento na ruptura, mas a subdosagem pode não atender aos padrões de segurança. Além disso, muitas cargas retardantes de chama aumentam a viscosidade sem conferir tixotropia, resultando frequentemente em formulações espessas e fluidas.
O carbonato de cálcio em nanoescala surgiu como uma solução promissora. Zhang Dandan et al. desenvolveram selantes de silicone retardantes de chama utilizando nano-CaCO₃ e sílica fumada como cargas de reforço. Quando o teor de nano-CaCO₃ atingiu 50% e o retardante de chama à base de nitrogênio FS-480D foi adicionado em 18%, o selante alcançou retardância à chama FV-0 com excelentes propriedades mecânicas e comportamento tixotrópico. Comparado à sílica fumada, o nano-CaCO₃ demonstrou melhor compatibilidade com o retardante de chama.
No Pó épico, nosso máquinas de revestimento turbo moinho Possibilita a modificação precisa da superfície do carbonato de cálcio nanoestruturado, melhorando a dispersão e a compatibilidade em formulações avançadas.
(4) Fibras retardantes de chama
A tecnologia de revestimento úmido utilizando fibras de poliamida recicladas é um método econômico e de alto desempenho para a produção de têxteis revestidos, como fitas para etiquetas. Chen Zhijie et al. modificaram o carbonato de cálcio com um agente de acoplamento de silício-fósforo para melhorar a dispersão e conferir retardância à chama. O CaCO₃ modificado apresentou excelente lipofilicidade e possibilitou a formação de revestimentos de poliamida finos, lisos e porosos sobre o tecido, com notáveis propriedades de retardância à chama.
(5) Revestimentos retardantes de chama
Revestimentos retardantes de chamas desempenham um papel crucial na redução da propagação do fogo e no ganho de tempo para o combate às chamas. Liang Yongtian e colaboradores descobriram que a combinação de 60 partes de carbonato de cálcio e 60 partes de mica em pó proporciona efeitos intumescentes e retardantes de chamas ideais em revestimentos em pó.
Efeito de diferentes proporções de carga no desempenho do revestimento
| Preenchimentos funcionais | |||||
| Item | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Carbonato de cálcio/partes | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
| Pó de mica/peças | 80 | 70 | 60 | 50 | 40 |
| Efeito de isolamento térmico por expansão/°C | 500 | 450 | 400 | 400 | 400 |
| efeito retardante de chamas | V0 | V0 | V0 | V1 | V1 |
| Resistência da camada de expansão | Não propenso a colapso | Não propenso a colapso | Não propenso a colapso | Propenso a desabar | Propenso a desabar |
O carbonato de cálcio e o hidróxido de alumínio liberam gases durante a combustão, criando uma barreira intumescente com excelente isolamento térmico. Enquanto isso, cargas à base de silicato, como sílica e mica, oferecem resistência térmica superior, sendo que a estrutura em plaquetas da mica aumenta a resistência e a dureza da camada de carbono. Considerando tanto o desempenho quanto o custo, a combinação de carbonato de cálcio e pó de mica mostrou-se a mais eficaz.
(6) Adesivos retardantes de chama
Os adesivos de poliéter modificados com silano são amplamente utilizados na construção civil e em aplicações industriais devido à sua forte adesão e desempenho equilibrado. Yuan Yinlun et al. estudaram os efeitos de diferentes proporções de polifosfato de amônio (APP), carbonato de cálcio moído e nanocarbonato de cálcio na resistência à chama, nas propriedades mecânicas e na trabalhabilidade.
A formulação ideal — 160 phr de APP, 80 phr de carbonato de cálcio moído e 80 phr de nanocarbonato de cálcio — alcançou retardância à chama V-0 e atendeu aos requisitos de deslocamento de 25LM, demonstrando o potencial sinérgico da combinação de múltiplos tipos de cargas.
Conclusão
O carbonato de cálcio é muito mais do que apenas um material de enchimento para reduzir custos. Quando processado e modificado adequadamente — utilizando tecnologias como Pó épico's moinhos de bolas, moinhos de rolos, Classificadores de arEm sistemas de revestimento de superfícies, ele se torna um aditivo funcional versátil que melhora a resistência à chama, a resistência mecânica e a eficiência do processamento em uma ampla gama de materiais.
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— Jason Wang, Engenheiro