Alev Geciktirici ve HFFR Bileşikleri
Halojen İçermeyen, Yüksek Dolgulu ve Güvenilir Kompaund Çözümleri
Alev geciktirici plastik bileşikleri; yangın riskinin azaltılması, alevin yayılmasının sınırlandırılması ve malzemenin güvenlik performansının geliştirilmesi amacıyla kullanılan özel formülasyonlardır. İnşaat, kablo, elektrik-elektronik, otomotiv, demiryolu, havacılık, denizcilik, beyaz eşya ve teknik plastik uygulamalarında alev geciktirici bileşiklere duyulan ihtiyaç sürekli artmaktadır.
HFFR (Halogen Free Flame Retardant), yani halojen içermeyen alev geciktirici bileşikler; klor ve brom gibi halojen bazlı alev geciktiricilere alternatif olarak geliştirilir. Özellikle kablo sektöründe kullanılan HFFR bileşikleri, yangın sırasında alev ilerlemesini sınırlandırmaya yardımcı olurken düşük duman yoğunluğu ve düşük korozif gaz oluşumu hedeflenen uygulamalarda tercih edilir.
Ancak HFFR bileşiklerinin üretimi, yüksek miktarda mineral dolgunun polimer matris içerisinde homojen biçimde dağıtılmasını gerektiren zorlu bir kompaund prosesidir. Mineral dolgu oranı bazı formülasyonlarda %60-80 seviyesine ulaşabilir. Bu nedenle kullanılan kompaund sisteminin yüksek dolgu besleme kabiliyeti, etkili dispersiyon, kontrollü proses sıcaklığı, düşük enerji tüketimi ve kararlı üretim performansı sunması önemlidir.
Polmak Plastik, Farrel Pomini Compact Processor teknolojisiyle yüksek dolgulu alev geciktirici ve HFFR bileşiklerinin üretimi için proses, makine ve uygulama çözümleri sunmaktadır.
HFFR bileşikleri nerelerde kullanılır?
Alev geciktirici ve halojensiz bileşiklerin başlıca kullanım alanları şunlardır:
Enerji, kontrol, haberleşme ve data kabloları
Kablo dış kılıf ve izolasyon uygulamaları
Yapı ve altyapı sistemleri
Elektrik prizleri, bağlantı elemanları ve elektrik panoları
Elektronik ekipmanlar ve devre bileşenleri
Otomotiv kabloları ve teknik otomotiv parçaları
Demiryolu ve metro sistemleri
Havacılık ve denizcilik uygulamaları
İzolasyon panelleri
Boru ve profil uygulamaları
Beyaz eşya ve ev elektroniği ürünleri
Ofis ve yaşam alanlarında kullanılan teknik plastik parçalar
Uygun taşıyıcı polimer, mineral alev geciktirici, bağlayıcı, uyumlaştırıcı ve proses katkılarının seçimi; nihai ürünün mekanik, elektriksel, termal ve alev geciktirme özelliklerini doğrudan etkiler.
HFFR formülasyonlarında kullanılan mineral alev geciktiriciler
HFFR bileşiklerinde yaygın olarak metal hidroksitler ve doğal mineral karışımları kullanılmaktadır. Bu malzemeler yüksek sıcaklığa maruz kaldığında endotermik reaksiyon göstererek ısıyı absorbe eder ve su buharı açığa çıkarır. Böylece yanma ortamının soğutulmasına ve alevin ilerlemesinin sınırlandırılmasına yardımcı olur.
Alüminyum hidroksit - ATH
Alüminyum hidroksit veya alüminyum trihidrat, özellikle PE/EVA ve EVA esaslı kablo bileşiklerinde yaygın şekilde kullanılan bir mineral alev geciktiricidir.
Farrel Pomini Compact Processor uygulama verilerine göre ATH içeren bileşiklerde:
Mineral dolgu oranı yaklaşık %60-63 seviyesine ulaşabilir.
PP/EVA karışımları veya EVA taşıyıcı reçineler kullanılabilir.
Mineral tane büyüklüğü uygulamaya bağlı olarak yaklaşık d50 1,0-1,3 µm olabilir.
Ölçülen özgül enerji tüketimi yaklaşık 0,120-0,129 kWh/kg aralığında gerçekleşebilir.
Compact Processor üzerindeki tipik proses sıcaklığı uygulamaya bağlı olarak 180°C'nin altında tutulabilir.
ATH'nin aktivasyon sıcaklığı 200°C'nin üzerindedir.
ATH'nin bozunmaya karşı sıcaklık hassasiyeti nedeniyle proses sıcaklığının dikkatle kontrol edilmesi gerekir. Aşırı sıcaklık; erken reaksiyona, nem oluşumuna, yüzey hatalarına ve ürün özelliklerinin değişmesine neden olabilir.
Magnezyum hidroksit - MDH/MOH
Magnezyum hidroksit, ATH'ye göre daha yüksek sıcaklıklarda işlenmesi gereken polimer sistemlerinde tercih edilebilir. PP, LDPE ve EVA esaslı bileşiklerde yüksek dolgu oranlarıyla kullanılabilir.
Compact Processor uygulama verilerinde:
- Magnezyum hidroksit oranı %70-80 seviyesine kadar çıkabilmektedir.
- Taşıyıcı olarak PP veya LDPE/EVA karışımları kullanılabilmektedir.
- d50 4 µm olan MDH ile PP formülasyonlarında %70-75 dolgu oranları uygulanmıştır.
- d50 12 µm olan MDH ile LDPE/EVA formülasyonlarında %75-80 dolgu oranlarına ulaşılmıştır.
- Özgül enerji tüketimi formülasyona göre yaklaşık 0,108-0,155 kWh/kg arasında ölçülmüştür.
- Compact Processor üzerindeki tipik proses sıcaklığı 230°C'nin altında tutulabilir.
- Magnezyum hidroksitin aktivasyon sıcaklığı 330°C'nin üzerindedir.
Daha yüksek aktivasyon sıcaklığı, MDH'nin daha yüksek proses sıcaklığı gerektiren polimerlerle kullanılmasına olanak sağlayabilir.
Huntit ve hidromagnezit karışımları
Huntit ve hidromagnezit esaslı doğal mineral karışımları da halojensiz alev geciktirici bileşiklerde kullanılabilir. Farklı sıcaklıklarda gerçekleşen mineral bozunma mekanizmaları, kademeli bir alev geciktirme etkisi oluşturulmasına yardımcı olabilir.
Uygulama verilerine göre:
LDPE taşıyıcı içerisinde %70-75 mineral dolgu oranı uygulanabilmektedir.
Kullanılan mineral karışımının ortalama tane büyüklüğü yaklaşık d50 3,3 µm'dir.
Özgül enerji tüketimi yaklaşık 0,093-0,095 kWh/kg seviyesinde ölçülmüştür.
Compact Processor üzerindeki tipik proses sıcaklığı 180°C'nin altında tutulabilir.
Hidromagnezitin aktivasyonu 220°C'nin üzerinde gerçekleşir.
Huntitin aktivasyon sıcaklığı 450°C'nin üzerindedir.
Yüksek mineral dolgulu HFFR üretiminin zorlukları
HFFR bileşiklerinde kullanılan mineral alev geciktiriciler, formülasyonun büyük bölümünü oluşturabilir. Yüksek dolgu oranları, geleneksel plastik kompaund proseslerine göre farklı teknik gereksinimler ortaya çıkarır.
Başlıca proses zorlukları şunlardır:
Yüksek miktarda mineral tozun istikrarlı biçimde beslenmesi
Polimer ve mineral arasında homojen dağılım sağlanması
Mineral aglomeralarının parçalanması
Dolgunun polimer yüzeyi tarafından yeterli şekilde ıslatılması
Formülasyon içerisinde hava ve nemin uzaklaştırılması
Yüksek viskozite ve tork değerlerinin kontrol edilmesi
Polimerin ve alev geciktirici mineralin aşırı sıcaklıktan korunması
Mekanik özelliklerin korunması
Kararlı granül kalitesinin elde edilmesi
Vida, rotor ve kovan aşınmasının sınırlandırılması
Ürün değişimlerinde temizlik süresinin azaltılması
Farrel Pomini Compact Processor, karıştırma ve ekstrüzyon fonksiyonlarını birbirinden ayıran yapısıyla bu proses zorluklarının kontrol edilmesine yardımcı olur.
Farrel Pomini Compact Processor teknolojisi
Compact Processor sistemi iki temel üniteden oluşur:
1. Farrel Continuous Mixer - sürekli karıştırıcı
2. Tek vidalı sıcak besleme ekstrüderi
Sürekli karıştırıcı, polimerin eritilmesi ile mineral ve diğer katkıların dağıtılması görevini üstlenir. Karıştırıcıdan çıkan homojen malzeme, kısa bir tek vidalı ekstrüder tarafından basınçlandırılarak filtreleme ve granül kesim sistemine iletilir.
Karıştırma ve basınç oluşturma işlemlerinin ayrı ünitelerde gerçekleştirilmesi, özellikle yüksek dolgulu ve sıcaklığa duyarlı formülasyonlarda geniş bir proses kontrol aralığı sağlar.
Sürekli karıştırıcının çalışma prensibi
Farrel Continuous Mixer içerisinde aynı hızda, ters yönde dönen ve birbirine geçmeyen iki rotor bulunur. Rotorlar her iki uçtan yataklanmıştır. Sistem, eksik besleme olarak da tanımlanan "starve feed" çalışma prensibiyle işletilir.
Polimer ve katkılar karıştırma haznesine girdikten sonra rotorların ileri yönlü kanatları tarafından taşınır ve sıkıştırılır. Polimerin viskozitesi sıcaklık ve mekanik enerji etkisiyle değiştikçe malzeme karıştırıcı içerisinde ilerler.
Rotor geometrisinde bulunan ters helis bölümü, erimiş reçinenin bir kısmını geriye doğru yönlendirir. Böylece kısmen erimiş malzeme ile tekrar karşılaşması ve yoğun biçimde karıştırılması sağlanır. Nötr pompalama bölümü ise homojenleşen bileşiğin çıkış orifisine yönlendirilmesine yardımcı olur.
Dispersif ve distributif karıştırma
Başarılı bir HFFR bileşiği üretimi için hem dispersif hem de distributif karıştırma gereklidir.
Dispersif karıştırma
Dispersif karıştırma, mineral aglomeralarının parçalanmasını ve daha küçük parçacıklar hâlinde polimer içerisinde dağılmasını sağlar. Compact Processor'da bu etki, rotor uçları ile karıştırma haznesi duvarı arasındaki yüksek kesme bölgesinde oluşur.
Malzeme bu bölgeden her geçtiğinde lokal olarak yüksek gerilime maruz kalır. Karıştırma derecesi; rotor hızı, malzemenin yüksek kesme bölgesinden geçiş sayısı, proses sıcaklığı ve çıkış orifisinin konumu gibi parametrelerle kontrol edilebilir.
Distributif karıştırma
Distributif karıştırma, mineral ve katkıların bileşiğin tüm hacmi içerisinde homojen biçimde dağıtılmasıdır. Compact Processor'da malzeme, karıştırma haznesinin bir yarısından diğer yarısına aktarılır. Ters helisten ileri helise gerçekleşen geri akış da dağıtıcı karıştırmayı destekler.
Bu iki karıştırma mekanizmasının birlikte çalışması, yüksek mineral yüklemelerinde homojen ürün yapısı ve istikrarlı granül kalitesi elde edilmesine yardımcı olur.
Düşük basınçlı karıştırma ve etkili gaz tahliyesi
Compact Processor karıştırıcısı düşük basınç altında çalışır. Ana besleme ağzının tamamen dolu olmaması sayesinde, hammaddeyle birlikte sisteme giren hava ve gazlar aynı bölgeden dışarı çıkabilir.
Sistem konfigürasyonuna bağlı olarak aşağı akış yönünde ilave bir atmosferik havalandırma noktası da kullanılabilir. Böylece besleme kapasitesini düşürebilecek veya ürün içerisinde boşluk oluşturabilecek gazlar uzaklaştırılabilir.
Düşük basınçlı proses yapısı, bazı uygulamalarda ayrı bir dekompresyon bölgesine veya karıştırıcı üzerinde vakum sistemine duyulan ihtiyacı azaltabilir. Daha yüksek degazaj ihtiyacı bulunan proseslerde ise tek vidalı ekstrüder, iki kademeli ve vakumlu olarak yapılandırılabilir.
Esnek proses kontrolü
Compact Processor çalışırken aşağıdaki temel proses değişkenleri birbirinden bağımsız olarak ayarlanabilir:
Üretim kapasitesi
Rotor devri
Makine sıcaklıkları
Çıkış orifisinin açıklığı
Ekstrüder devri
Besleme oranları
Orifis açıklığı değiştirilerek karıştırıcı içerisindeki çalışma hacmi ve malzemeye aktarılan mekanik enerji kontrol edilebilir. Orifisin daraltılması, karıştırıcı içerisindeki malzeme hacmini ve enerji girdisini artırabilir. Açıklığın büyütülmesi ise kalış süresi ve enerji seviyesinin azaltılmasına yardımcı olabilir.
Bu kontrol imkânı, farklı mineral oranlarına ve taşıyıcı reçinelere sahip formülasyonların kapsamlı mekanik değişikliklere ihtiyaç duyulmadan aynı sistem üzerinde işlenebilmesini sağlar.
Rotor seçenekleri ve karıştırma barajları
Compact Processor, farklı uygulamalara uygun rotor geometrileriyle yapılandırılabilir. Genel amaçlı rotorlar ile kesmeye hassas veya yüksek mineral dolgulu ürünlere uygun rotorlar birlikte kullanılabilir.
Karıştırma haznesine eklenen karıştırma barajları, rotorlar arasında ilave bir kesme alanı oluşturarak dispersiyon performansını artırabilir. Bu parçalar yaklaşık 5-10 dakika içerisinde takılıp çıkarılabilir.
Üç parçalı rotor konstrüksiyonu sayesinde farklı rotor tasarımlarına geçiş yaklaşık bir saat içerisinde gerçekleştirilebilir. Böylece sistem, farklı HFFR reçetelerine ve ürün özelliklerine daha kolay uyarlanabilir.
HFFR üretimi için örnek proses performansı
CP550 Compact Processor için hazırlanan referans uygulama çalışmasında, %60 ATH içeren PE/EVA esaslı kablo dış kılıf bileşiği ele alınmıştır.
Bu uygulama için belirtilen üretim kapasitesi yaklaşık 350-500 kg/saat aralığındadır. Farrel Pomini geliştirme laboratuvarında kullanılan CP550 sisteminin uygulamaya bağlı genel kapasite aralığı ise yaklaşık 300-700 kg/saat olarak verilmektedir.
Daha yüksek kapasiteli üretimler için CP2500 Compact Processor; hidrolik filtre değiştirici ve su altı granül kesim sistemiyle yaklaşık 2.000-3.400 kg/saat kapasite aralığında yapılandırılabilir.
Bu değerler referans niteliğindedir. Gerçek kapasite ve proses parametreleri; mineral tipi, tane büyüklüğü, dolgu oranı, taşıyıcı polimer, eriyik akış indeksi, katkı paketi, hedef granül kalitesi ve besleme sistemine göre değişir. Nihai makine konfigürasyonunun laboratuvar denemeleriyle doğrulanması gerekir.
Tek vidalı ekstrüder ve granül kesim seçenekleri
Karıştırıcıdan çıkan homojen bileşik, sıcak olarak tek vidalı ekstrüdere beslenir. Standart ekstrüder yaklaşık 11:1 L/D oranına sahip kısa bir pompalama vidası kullanır.
Uygulamaya göre:
Farklı vida geometrileri
Alternatif sıkıştırma oranları
19:1 L/D oranına kadar iki kademeli, vakumlu ekstrüder
Hidrolik filtre değiştirici
Strand granül kesim sistemi
Su altı granül kesim sistemi
kullanılabilir.
Kısa ekstrüder geometrisi, karıştırıcıda tamamlanan bileşiğin gereksiz yere uzun süre ısıl yüke maruz kalmadan basınçlandırılmasına yardımcı olur.
Besleme sistemi
HFFR formülasyonlarında polimer granülleri, mineral tozlar, proses katkıları ve bazı sıvı bileşenler hassas dozajlama sistemleriyle beslenmelidir.
Compact Processor hattında gravimetrik kayıp-ağırlık besleyicileri kullanılabilir. Sistem, bir sıvı hattı dâhil olmak üzere altı farklı besleme akışına kadar yapılandırılabilir.
Kuru hammaddelerin tek bir ana girişten beslenebilmesi:
Besleme sisteminin karmaşıklığını azaltır.
İlave yan besleyici ihtiyacını sınırlandırabilir.
Aşınmaya maruz kalan ekipman sayısını azaltır.
Reçete değişikliklerini kolaylaştırır.
Hat temizleme süresinin kısaltılmasına yardımcı olur.
Ana sıvı besleme noktası rotorun ileri helis bölgesi üzerinde, ikinci sıvı besleme noktası ise sonraki karıştırma segmentinde konumlandırılabilir.
Compact Processor teknolojisinin avantajları
Yüksek mineral dolgu kapasitesi
Geniş serbest hacimli karıştırma haznesi, %60-80 seviyesine ulaşabilen mineral dolgulu formülasyonların işlenmesine olanak sağlar.
Kontrollü proses sıcaklığı
Rotorlar ve karıştırma haznesindeki nispeten geniş çalışma boşlukları, lokal aşırı ısınma riskinin azaltılmasına yardımcı olur. Bu özellik, ATH gibi sıcaklığa duyarlı mineraller ve PE/EVA taşıyıcı sistemleri açısından önemlidir.
Düşük enerji tüketimi
Karıştırma prosesi çoğunlukla adyabatik şekilde çalışır. Malzemenin eritilmesi için gereken enerjinin önemli bölümü rotorlar tarafından doğrudan malzemeye aktarılır. Düşük sıcaklık girdisi, geniş çalışma hacmi ve kısa kalış süresi enerji kullanımının azaltılmasına katkı sağlayabilir.
Daha iyi dispersiyon
Kontrollü dispersif ve distributif karıştırma, mineralin polimer içerisinde daha homojen dağıtılmasına yardımcı olur. İyi dispersiyon; mekanik özellikler, yüzey kalitesi ve ürün kararlılığı açısından önemlidir.
Formülasyon esnekliği
Üretim kapasitesi, rotor hızı, sıcaklıklar ve orifis açıklığı üretim sırasında ayarlanabilir. Bu sayede farklı formülasyonlar arasında geçiş yapılırken kapsamlı mekanik değişiklik ihtiyacı azalır.
Düşük aşınma ve kolay bakım
Karıştırma haznesinde değiştirilebilir takım çeliği astarlar ve üç parçalı rotor sistemi kullanılır. Rotorlarda sert krom, termal sprey tungsten karbür veya özel sert yüzey kaplama seçenekleri uygulanabilir.
Menteşeli, açılabilir karıştırma haznesi; rotorlara ve iç yüzeylere hızlı erişim sağlar. Bu yapı temizlik, kontrol ve bakım sürelerinin azaltılmasına yardımcı olur.
Kolay otomasyon ve hat entegrasyonu
Compact Processor PLC tabanlı kontrol sistemi ve dokunmatik operatör paneliyle yönetilir. Kontrol sistemi:
Gravimetrik besleyicilerle
Filtre değiştiricilerle
Granül kesim sistemleriyle
Yardımcı proses ekipmanlarıyla
Üst seviye SCADA sistemleriyle
entegre edilebilir. Uzaktan bağlantı seçenekleri servis ve proses desteğini kolaylaştırabilir.
Compact Processor model seçenekleri
Compact Processor ürün ailesi, laboratuvar ve düşük kapasiteli üretimlerden yüksek kapasiteli endüstriyel hatlara kadar farklı ihtiyaçlara cevap verecek şekilde ölçeklendirilebilir.
Başlıca modeller CP125, CP250, CP550, CP550XL, CP1000, CP1000XL, CP2000, CP2000XL, CP2500, CP2500XL, CP4000 ve CP4000XL olarak sıralanmaktadır.
Uygun model seçimi yalnızca hedef kapasiteye göre yapılmamalıdır. Formülasyonun mineral oranı, ürün yoğunluğu, taşıyıcı polimer, hedef özgül enerji, besleme özellikleri, degazaj gereksinimi, filtreleme ve granül kesim yöntemi birlikte değerlendirilmelidir.
Polmak Plastik ile uygulamaya özel HFFR hattı geliştirme
Polmak Plastik, alev geciktirici ve HFFR bileşiği üretim yatırımlarında yalnızca makine kapasitesine değil, tüm prosesin doğru yapılandırılmasına odaklanır.
Proje değerlendirmesinde aşağıdaki bilgiler dikkate alınır:
Taşıyıcı polimer tipi
Alev geciktirici mineral türü
Mineralin tane büyüklüğü ve yüzey kaplaması
Hedef mineral dolgu oranı
Katkı ve proses yardımcısı içeriği
Hedef üretim kapasitesi
Nihai ürünün kullanım alanı
Beklenen mekanik ve elektriksel özellikler
Geçerli kablo veya yangın performans standardı
Granül boyutu ve kesim yöntemi
Degazaj ve nem uzaklaştırma ihtiyacı
Filtreleme hassasiyeti
Otomasyon ve reçete yönetimi gereksinimleri
Formülasyon bilgileri doğrultusunda Compact Processor modeli, rotor kombinasyonu, ekstrüder yapısı, besleme sistemi, filtre değiştirici ve granül kesim ekipmanı belirlenebilir. Gerekli durumlarda laboratuvar denemeleri yapılarak kapasite, ürün sıcaklığı, özgül enerji tüketimi ve granül kalitesi doğrulanabilir.
