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エポキシ樹脂用ハロゲンフリー難燃剤配合および加工技術

お客様は、UL94-V0規格に適合する、無水物硬化系エポキシ樹脂に適した、環境に優しく、ハロゲンフリー、重金属フリーの難燃剤を求めています。硬化剤は、ガラス転移温度（Tg）が125℃を超える高温エポキシ硬化剤で、85～120℃での加熱硬化と室温での緩やかな反応が必要です。以下は、お客様からご依頼いただいた詳細な配合です。

I. 難燃剤配合システム

1. コア難燃システム：リン-窒素相乗効果

難燃性情報表

難燃性	機構	推奨ロード	備考
次亜リン酸アルミニウム	凝縮相難燃性、リン酸アルミニウム炭化層を形成	10～15％	主な難燃剤、分解温度 >300°C
ポリリン酸アンモニウム（APP）	膨張性難燃性、次亜リン酸アルミニウムとの相乗効果	5～10％	耐酸性APPが必要
メラミンシアヌレート（MCA）	窒素源、リンとの相乗効果を高め、煙を抑制	3～5％	滴りを軽減

2. 補助難燃剤および相乗剤

補助難燃剤情報表

難燃性	機構	推奨ロード	備考
ホウ酸亜鉛	炭化を促進し、残光を抑制する	2～5％	過剰に摂取すると硬化が遅くなる可能性がある
微細水酸化アルミニウム	吸熱冷却、煙抑制	5～8%	制御荷重（Tgの低下を避けるため）

3. 配合例（総配合量：20～30％）

ベース配合（総樹脂含有量に対する割合）

成分	含有量（樹脂に対する割合）
次亜リン酸アルミニウム	12%
アプリ	8%
MCA	4%
ホウ酸亜鉛	3%
水酸化アルミニウム	5%
総積載量	32%（25～30%に調整可能）

II. 主要な処理手順

1. 混合と分散

A. 前処理：

次亜リン酸アルミニウム、APP、MCAを80℃で2時間乾燥させます（吸湿を防ぎます）。
無機充填剤（水酸化アルミニウム、ホウ酸亜鉛）をシランカップリング剤（例：KH-550）で処理します。

B. 混合シーケンス：

エポキシ樹脂 + 難燃剤（60℃、1時間撹拌）
無水物硬化剤を加える（温度を80℃未満に保つ）
真空脱ガス（-0.095 MPa、30分）

2. 硬化プロセス

ステップ硬化（難燃安定性と高Tgのバランス）:

85°C / 2時間（ゆっくりと開始し、泡を減らす）
120°C / 2時間（完全な無水物反応を保証する）
150°C / 1時間（架橋密度が増加、Tg >125°C）

3. 主な留意点

粘度制御: 粘度が高すぎる場合は、5% の反応性エポキシ希釈剤 (例: AGE) を追加します。
遅延硬化: メチルヘキサヒドロフタル酸無水物 (MeHHPA) を使用するか、0.2% の 2-エチル-4-メチルイミダゾールを追加します (室温での反応が遅くなります)。

III. パフォーマンスの検証と調整

1. 難燃性：

UL94 V0 テスト (厚さ 1.6 mm): 燃焼時間が 10 秒未満で、滴り落ちないことを確認します。
失敗した場合: 次亜リン酸アルミニウム (+3%) または APP (+2%) を増やします。

2. 熱性能：

Tg の DSC テスト: Tg が 125°C 未満の場合、水酸化アルミニウムを減らします (吸熱効果により Tg が低下します)。

3. 機械的特性：

曲げ強度が低下した場合は、補強のためにナノシリカを 1～2% 追加します。

IV. 潜在的な問題と解決策

難燃性の問題と解決策表

問題	原因	解決
不完全な硬化	難燃剤による吸湿またはpH干渉	予備乾燥フィラー、耐酸性APPを使用
樹脂の流れが悪い	過剰な充填剤の充填	水酸化アルミニウムを3％に減らすか、希釈剤を加える
UL94不合格	PNシナジーが不十分	MCA（6%まで）または次亜リン酸アルミニウム（15%まで）を増やす