اتجاهات التطبيق والبحث لمواد النايلون المثبطة للهب

اتجاهات التطبيق والبحث لمواد النايلون المثبطة للهب

النايلون (PA) عبارة عن بلاستيك هندسي لدن بالحرارة يحتوي على روابط أميد (-NHCO-) ​​في السلسلة الرئيسية للجزيء. منذ إطلاق شركة دوبونت الأمريكية في عام 1930 حتى الوقت الحاضر، PA بسبب مقاومتها للحرارة، ومقاومة التآكل، والمقاومة الكيميائية والتشحيم الذاتي وغيرها من المزايا، في صناعة السيارات والأجهزة الكهربائية والإلكترونية والألياف الاصطناعية والبناء و المجالات الأخرى لديها مجموعة واسعة من التطبيقات، وأصبحت واحدة من أكبر إنتاج العالم، وأوسع مجموعة من تطبيقات هندسة البلاستيك.

مادة النايلون نفسها لها خصائص معينة مقاومة للهب (تختلف الأنواع المختلفة لمؤشر أكسجين النايلون، منها PA66 مؤشر أكسجين 24.3%، PA1010 مؤشر أكسجين 25.5%، {[ t7]}6 مؤشر الأكسجين هو 26.4٪)، ولكن مثل الأجهزة المنزلية والأجهزة الإلكترونية والطاقة الجديدة وغيرها من المتطلبات العالية لأداء مثبطات اللهب لصناعة المواد، فإن خصائص مثبطات اللهب للنايلون نفسه لا يمكنها تلبية المتطلبات الحالية لاستخدام النايلون، خاصة عندما يتم استخدام مادة النايلون المقوى بالألياف الزجاجية في هذه المجالات، فإن حشوة الألياف الزجاجية تجعل المادة أسهل في الاحتراق. لذلك، من الضروري إجراء دراسة متعمقة حول تحسين خصائص مثبطات اللهب للنايلون.

1. تاريخ تطور النايلون المثبط للهب

ظهرت مواد النايلون المقاومة للهب لأول مرة في منتصف القرن الماضي، عندما اعتمدت بشكل أساسي على مثبطات اللهب المحتوية على الهالوجين لتحقيق خصائص مثبطة للهب.

على الرغم من أن نظام مثبطات اللهب المحتوي على الهالوجين المستخدم على نطاق واسع في المرحلة المبكرة له تأثير مثبطات لهب جيد عن طريق إضافة كمية صغيرة فقط من مثبطات اللهب، إلا أن مثبطات اللهب المحتوية على الهالوجين سوف تتحلل وتنتج الديوكسين والغازات السامة الأخرى الضارة بالبيئة. البيئة في عملية الاحتراق. لذلك، مع الاستمرار في البحث عن تقنيات مثبطات اللهب الجديدة، أصبحت مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين هي الاتجاه السائد للبحث.

وفي هذا السياق، فإن مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين مثل القائمة على الفوسفور (مثل الفوسفور الأحمر، وفوسفات الأمونيوم، وما إلى ذلك)، والقائمة على النيتروجين (مثل الميلامين ومشتقاته)، والقائمة على السيليكون (مثل السيلوكسان) قد تم تطويرها تدريجيًا ظهرت. تعمل مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين على تعزيز مثبطات اللهب لمواد النايلون بشكل فعال مع تقليل المخاطر المحتملة على البيئة وجسم الإنسان بشكل كبير.

في السنوات الأخيرة، أدى التطور المزدهر لتكنولوجيا النانو إلى تحقيق اختراقات جديدة لمواد النايلون المثبطة للهب. يمكن للمواد النانوية مثل نانو مونتموريلونيت، والسيليكا النانوية، وما إلى ذلك أن تحسن بشكل كبير خصائص مثبطات اللهب لمواد النايلون مع كمية صغيرة جدًا من الإضافة بفضل تأثيرها النانوي الفريد.

2. مبدأ مثبطات اللهب من النايلون المقاوم للهب

هناك العديد من المبادئ وراء تأثير مثبطات اللهب لمواد النايلون المقاومة للهب.

بادئ ذي بدء، هو تأثير امتصاص الحرارة والتبريد، حيث يتحلل مثبط اللهب عند تسخينه ويمتص كمية كبيرة من الحرارة، بحيث تنخفض درجة حرارة سطح مادة النايلون، وبالتالي تبطئ عملية الاحتراق. على سبيل المثال، سوف يمتص بولي فوسفات الأمونيوم كمية كبيرة من الطاقة الحرارية أثناء التحلل الحراري.

ثانيًا، إنها آلية التغطية والعزل، حيث سيشكل مثبطات اللهب طبقة من طبقة التغطية الكثيفة عند الاحتراق، والتي ستعزل مادة النايلون عن الأكسجين، مما يمنع بشكل فعال استمرار الاحتراق. من خلال إنهاء تفاعل الجذور الحرة، يمكن لمثبطات اللهب التقاط وتحييد الجذور الحرة المتولدة أثناء عملية الاحتراق، مما يقطع التفاعل المتسلسل للاحتراق لتحقيق غرض مثبطات اللهب.

وأخيرًا، يلعب مبدأ تخفيف الغازات القابلة للاحتراق دورًا أيضًا. يمكن للغازات غير القابلة للاحتراق الناتجة عن تحلل مثبطات اللهب، مثل النيتروجين وثاني أكسيد الكربون وما إلى ذلك، أن تخفف الغازات القابلة للاحتراق الناتجة عن احتراق مواد النايلون وتقلل من شدة الاحتراق.

3. مجالات التطبيق الرئيسية للنايلون المقاوم للهب

الهندسة الكهربائية: مفاتيح ومبيتات الجهد المنخفض، والمحطات الطرفية المتسلسلة، وأنظمة إمداد وتوزيع الطاقة، وقنوات الكابلات والمثبتات، والاتصالات ومفاتيح الطاقة، والملفات، وقواطع الدائرة، إلخ.

المنتجات الإلكترونية: قوابس الطاقة، الأجزاء الكهربائية والميكانيكية لمعدات EDP ومعدات الاتصالات، وأغلفة المكثفات، وحاملات الرقائق، وما إلى ذلك.

الأجهزة المنزلية: الغسالات وغسالات الأطباق وآلات صنع القهوة والغلايات الكهربائية ومجففات الشعر الكهربائية والسخانات الكهربائية والمكونات الكهربائية الأخرى مثل المفاتيح وصمامات الملف اللولبي وقوابس الطاقة ومآخذ الطاقة والأقواس وما إلى ذلك.

المنتجات الكهروضوئية: مكونات الخلايا الشمسية للطاقة الشمسية مثل صناديق التوصيل وقوابس الطاقة وما إلى ذلك.

مكونات السيارات: مكونات نظام الإشعال، مكونات بطارية السيارة الكهربائية، إلخ.

4. مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين في تطبيق النايلون المثبط للهب

وفقا للإحصاءات، سواء كانت دولية أو محلية، فإن مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين تستخدم على نطاق واسع في مثبطات اللهب المصنوعة من النايلون. يمكن لثلاثة أنواع فقط من مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين، وهي الفوسفور والنيتروجين والسيليكون، أن تصل إلى 65.74% في قاعدة بيانات SCI و43.34% في قاعدة بيانات شبكة المعرفة الصينية.

من بينها، يتم استخدام مثبطات اللهب المحتوية على الفوسفور بشكل متكرر في تكنولوجيا مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين الخاصة بالنايلون، ويتم استخدامها بشكل متكرر أكثر مع نوعين آخرين من مثبطات اللهب. في الوقت الحاضر، من بين أنظمة تركيب مثبطات اللهب المصنوعة من النايلون، فإن النظام الذي يتمتع بأبحاث أكثر مثالية وأوسع نطاق تطبيق هو نظام تركيب الفوسفور والنيتروجين، كما أن البحث حول آلية مثبطات اللهب التآزرية بين الفوسفور والنيتروجين في الداخل والخارج يتزايد أكثر فأكثر. ممتاز.

من بينها، مثبطات اللهب المحتوية على الفوسفور، بما في ذلك الفسفور الأحمر والفوسفونيت وفوسفات الميلامين (MPP)، تم استخدامها بشكل متكرر أكثر في مثبطات اللهب المصنوعة من النايلون.

مثبطات اللهب الفوسفورية

وفقًا للهيكل والتركيب المختلفين، يتم تقسيمها إلى فئتين: مثبطات اللهب القائمة على الفوسفور غير العضوي ومثبطات اللهب القائمة على الفوسفور العضوي.

تشمل مثبطات لهب الفسفور غير العضوي بشكل رئيسي الفسفور الأحمر، وبولي فوسفات الأمونيوم والفوسفات، وما إلى ذلك. وتشمل مثبطات اللهب الفسفورية العضوية استرات الفوسفات، والفوسفيت، واسترات الفوسفات، وهيبوفوسفيت العضوية.

على الرغم من أن مثبطات اللهب الفوسفورية لديها كفاءة عالية في تثبيط اللهب، إلا أنها ستطلق غاز الفوسفين الضار أثناء عملية الاستخدام، ويمكن منعها بشكل فعال من خلال التعديل ذي الصلة.

مثبطات اللهب المحتوية على النيتروجين مثل MCA

سيانورات الميلامين (MCA) هو مثبطات اللهب النيتروجينية الأكثر بحثًا والأسرع نموًا والأكثر استخدامًا.

لا يتمتع MCA بقدرة مثبطات اللهب العامة لمثبطات اللهب النيتروجينية فحسب، بل يمكن أيضًا أن يتحلل حمض السيانوريك تحت الحرارة لتسريع تدهور المادة وتوليد قطرات منصهرة تتحول للحرارة، والتي تحتاج بشكل عام فقط إلى إضافتها إلى 10٪ أو نحو ذلك، ويمكن تحسين خاصية مثبطات اللهب للمادة بشكل كبير.

ومع ذلك، فإن MCA وPA أقل توافقًا، ويسهل امتصاصهما للرطوبة، مما سيؤثر على الخواص الميكانيكية والكهربائية للمادة، ويحتاجان إلى تعديل من أجل وضعهما في الاستخدام العملي بشكل أفضل.

مثبطات اللهب غير العضوية

يتمتع هيدروكسيد المغنيسيوم، Sb2O3، وبورات الزنك ومثبطات اللهب غير العضوية الأخرى بثبات حراري جيد، وتأثير مثبطات اللهب يدوم لفترة أطول، ولون أخضر، وسمية منخفضة، وما إلى ذلك، ولكن عند استخدامها بمفردها، يجب أن تكون كمية المادة المضافة أكبر وأقل كفاءة مثبطات اللهب، يكون التأثير على الخواص الميكانيكية للمادة الأساسية كبيرًا، خاصة مع مثبطات اللهب الأخرى المستخدمة معًا.

نظام نانو لمقاومة اللهب

في السنوات الأخيرة، مع تطور مواد جديدة وتقدم الأبحاث، قامت المواد النانوية غير العضوية المتمثلة في أنابيب الكربون النانوية وPOSS والجرافين بتوسيع تطبيقاتها تدريجيًا. بالمقارنة مع مثبطات اللهب التقليدية، والمواد النانوية، نظرًا لبنيتها المجهرية وبنيتها الكيميائية، فإن المواد التي تم الحصول عليها عن طريق تعديل السطح أو تصميم الهيكل الجزيئي لها تأثير ربح أفضل.

5. اتجاه تطوير نظام مثبطات اللهب النايلون

على الرغم من أن مثبطات لهب الفوسفور والنيتروجين كانت التكنولوجيا الرئيسية لمثبطات لهب النايلون، إلا أنه في السنوات الأخيرة، ظهرت عيوب مثبطات لهب الفوسفور والنيتروجين تدريجيًا إلى الواجهة، مثل ضعف التوافق مع المصفوفة البلاستيكية وتوليد المواد السامة الغازات عند حرق مثبطات اللهب المحتوية على الفوسفور، مما أدى إلى الحد من تطبيقاتها. سيؤثر نوع مثبطات اللهب والكمية المضافة وتوافقها مع المصفوفة وعوامل أخرى على الخواص الميكانيكية لمركبات النايلون.

تحظى مثبطات اللهب النانوية، ممثلة بالمونتموريلونيت، وأنابيب الكربون النانوية، وPOSS، باهتمام متزايد في البحث الأكاديمي وتطوير التكنولوجيا. من خلال تعزيز التأثير البيني، يمكن تعزيز التوافق بين مثبطات اللهب والمصفوفة، مما يساعد مثبطات اللهب على لعب دور مثبطات اللهب بشكل أكثر كفاءة، وفي الوقت نفسه، يمكنه أيضًا تحسين الأداء العام من المادة المركبة.

لذلك، فإن تطوير مثبطات اللهب الهجينة العضوية وغير العضوية، أو مثبطات اللهب النانوية، أو استخدامها مع مثبطات اللهب التقليدية، واستكشاف الآليات التآزرية، قد يصبح نقطة انطلاق لتحسين كفاءة مثبطات اللهب وتعزيز الميكانيكية. خصائص مركبات النايلون في نفس الوقت.

خاتمة

شهدت مواد النايلون المثبطة للهب ابتكارًا وتطويرًا مستمرًا في العقود الماضية، بدءًا من مثبطات اللهب المهلجنة الأولية وحتى مثبطات اللهب النانوية الخالية من الهالوجين ومتعددة الوظائف، مع تحسين أدائها بشكل مستمر وتوسيع مجالات التطبيق بشكل مستمر. خاصة في ظل الارتفاع السريع لصناعة الطاقة الجديدة، ستلعب مواد النايلون المقاومة للهب دورًا مهمًا في ضمان السلامة والتنمية المستدامة لمجال الطاقة الجديدة بفضل مزاياها الفريدة.