استكشاف متعمق لتقنية مثبطات اللهب ABS: اختيار مثبطات اللهب واستراتيجيات التطبيق

استكشاف متعمق لتقنية مثبطات اللهب ABS: اختيار مثبطات اللهب واستراتيجيات التطبيق

راتنج ABS، وهو مادة بوليمر مصنوعة من البلمرة المشتركة لثلاثة مونومرات: الأكريلونيتريل (A)، البيوتادين (B) والستايرين (S)، هو بوليمر لدن بالحرارة بين البلاستيك للأغراض العامة والبلاستيك الهندسي. خصائصه الفريدة، مثل مقاومة الصدمات الممتازة، ومقاومة الحرارة، ومقاومة درجات الحرارة المنخفضة، والمقاومة الكيميائية، فضلاً عن المعالجة والقولبة السهلة واللمعان الممتاز للسطح، تجعل راتنج ABS لديه مجموعة واسعة من التطبيقات في صناعة السيارات والإلكترونيات والأجهزة الكهربائية. والمنسوجات والسلع المنزلية ومواد البناء والعديد من المجالات الأخرى. مع استمرار التوسع في استخدام راتينج ABS، تتزايد أيضًا متطلبات خصائصه المقاومة للهب.

في هذا السياق، أصبحت المناقشة المتعمقة لأهمية تكنولوجيا مثبطات اللهب ABS، لفهم الطريقة الفعالة لتحسين خصائص مثبطات اللهب لـ ABS، وكذلك فحص النوع المناسب من مثبطات اللهب، محط اهتمام صناعة. ستزودك هذه المقالة بشرح مفصل للنقاط الأساسية لتقنية مثبطات اللهب ABS.

الحاجة الملحة لتكنولوجيا مثبطات اللهب ABS

في الحياة الحديثة والإنتاج الصناعي، يتم تفضيل مواد البوليمر لخصائصها الفريدة. ومع ذلك، مع توسيع نطاق تطبيق مواد البوليمر، أصبحت أهمية خصائصها المثبطة للهب بارزة بشكل متزايد. في الصين، أصبحت متطلبات مثبطات اللهب لمواد البوليمر أكثر إلحاحًا.

راتينج ABS، باعتباره مادة قابلة للاحتراق، يحتوي على مؤشر أكسجين يبلغ 22٪ فقط، ويحترق بسرعة وبكمية كبيرة من الدخان. ولا يشكل هذا تهديدًا لسلامة الموظفين فحسب، بل قد يتسبب أيضًا في تلوث البيئة. لذلك، أصبح تحسين مثبطات اللهب لراتنج ABS مهمة بحثية مهمة. ومع ذلك، عندما يتم استخدام راتنج ABS بمفرده، فإن خصائصه المثبطة للهب تكون ضعيفة ولا يمكنها تلبية الاحتياجات في التطبيقات العملية. من أجل تحسين تأثير مثبطات اللهب لـ ABS، عادة ما يكون من الضروري إضافة مثبطات اللهب. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن إضافة مثبطات اللهب تميل إلى التأثير سلبًا على الخواص الفيزيائية والميكانيكية لـ ABS، خاصة أن خصائص تأثير المنتجات ستنخفض بشكل كبير. وفي الوقت نفسه، فإن سعر مثبطات اللهب عادة ما يكون ضعفين إلى ثلاثة أضعاف سعر ABS، مما يزيد بلا شك من تكلفة المنتجات.

استراتيجيات لتحسين خصائص مثبطات اللهب لـ ABS

استجابة لتحديات مثبطات اللهب ABS، اقترح الباحثون والمهندسون مجموعة متنوعة من الاستراتيجيات لتحسينها. وتشمل هذه الاستراتيجيات بشكل أساسي تغيير مكونات البوليمر المشترك ABS، وخلط راتنجات مثبطات اللهب العالية، وإضافة مثبطات اللهب غير العضوية ومثبطات اللهب العضوية.

1. تغيير مكونات كوبوليمر ABS: تتمثل إحدى الطرق في إضافة ترانسبوتيلين ديين أو ثلاثي بروموستيرين كمونومر رابع، وبلمرة مشتركة مع ستيرين، وبوتادين، وأكريلونيتريل للحصول على بوليمر مشترك مثبط للهب مكون من أربعة مكونات. تتميز هذه الطريقة بميزة تثبيط اللهب الجيد والمتانة، ولكنها تحتاج إلى إضافتها في عملية بلمرة ABS، فالعملية معقدة وعالية التكلفة، لذا فهي أقل استخدامًا في التطبيقات العملية.

2. خلط الراتنجات عالية المقاومة للهب: هناك طريقة أخرى وهي تحسين خاصية مثبطات اللهب لـ ABS عن طريق خلط راتنجات مثبطات اللهب العالية (مثل PVC وCPE وما إلى ذلك). ومع ذلك، تتطلب هذه الطريقة إضافة عدد كبير من الراتنجات عالية مثبطات اللهب لتكون فعالة، مما سيكون له تأثير أكبر على الخصائص المتأصلة لـ ABS.

3. إضافة مثبطات اللهب غير العضوية: مثبطات اللهب غير العضوية مثل هيدروكسيد الألومنيوم (Al(OH)₃)، وهيدروكسيد المغنيسيوم (Mg(OH)₂) وثالث أكسيد الموليبدينوم (MoO₃) هي أيضًا وسائل فعالة لتحسين خصائص مثبطات اللهب لـ ABS. ومع ذلك، يجب إضافة مثبطات اللهب هذه بكميات كبيرة (عادة أكثر من 60 جزءًا) لإنتاج تأثير مثبطات اللهب كبير، مما سيؤدي إلى انخفاض كبير في الخواص الميكانيكية للبوليمرات وأداء المعالجة، وبالتالي فقدان القيمة.

4. أضف مثبطات اللهب العضوية: تتمتع مثبطات اللهب العضوية مثل مركبات الهالوجين ومثبطات اللهب الفوسفورية بميزة إضافة تأثير مثبطات للهب جيد وأقل. ومع ذلك، فإن مثبطات اللهب هذه تتميز أيضًا بمقاومة الطقس الضعيفة والدخان الأسود الباهظ الثمن عند الاحتراق.

من أجل تحقيق التوازن بين تأثير مثبطات اللهب والتكلفة، فإن معظم طرق مثبطات اللهب الشاملة بعد ثلاث إضافات، من أجل إعداد أداء أفضل لنظام ABS مثبطات اللهب منخفض الدخان. يمكن لهذا النهج، من خلال الفحص الدقيق وتناسب مثبطات اللهب، ضمان خصائص مثبطات اللهب في نفس الوقت، وتقليل التأثير على الخواص الفيزيائية والميكانيكية لـ ABS، والتحكم في التكاليف.

اختيار وتطبيق مثبطات اللهب ABS

في تكنولوجيا مثبطات اللهب ABS، يعد اختيار مثبطات اللهب أمرًا بالغ الأهمية. وفقا للتركيب الكيميائي وخصائص الأداء لمثبطات اللهب، يمكن تقسيمها إلى فئتين: مثبطات اللهب المهلجنة ومثبطات اللهب غير المهلجنة.

مثبطات اللهب المهلجنة

تشير مثبطات اللهب المهلجنة أساسًا إلى مثبطات لهب البروم، والتي تتميز بمزايا كفاءة مثبطات اللهب العالية، والجرعة المنخفضة والسعر المعتدل. ومع ذلك، فإن بعض مثبطات اللهب المبرومة لا تمتثل لحظر RoHS وهي منتجات غير صديقة للبيئة، وقد تم حظرها الآن. فيما يلي مقدمة تفصيلية للعديد من مثبطات اللهب المبرومة الشائعة:

1 - الإثيرات ثنائية الفينيل المتعددة البروم: تشتمل مثبطات اللهب للإيثر ثنائي الفينيل المتعدد البروم على الإيثر الثنائي الفينيل الثماني البروم والإيثر الثنائي الفينيل العشاري البروم. هذا النوع من مثبطات اللهب لديه كفاءة عالية، جرعة منخفضة، والمنتجات لديها خصائص ميكانيكية جيدة. ومع ذلك، فقد تم حظرها الآن لأنها لا تمتثل لحظر RoHS.

2 - الإيثان عشاري البروم ثنائي الفينيل (DBDPE): DBDPE هو نوع من مثبطات لهب البروم بدون بروم حر، ولا ينتج PBBs وPBDEs عند الحرق، وهو أمر محظور تمامًا بموجب حظر RoHS. وتشبه تكلفته تكلفة الإيثر ثنائي الفينيل العشاري البروم، ويبين تقييم السلامة أن ثنائي الفينيل متعدد البروم ثنائي الفينيل متعدد الإيثيلين هو مثبط لهب منخفض السمية وغير مهيج وله آثار سلبية على العديد من الجينات في الجسم الحي وسمية منخفضة عند الجرعات المتكررة. ولذلك، يمكن استخدام DBDPE كبديل للإثيرات متعددة البروم ثنائية الفينيل في معالجة مثبطات اللهب لـ ABS.

3. مثبطات اللهب الأنتيمون: مثبطات اللهب الأنتيمون هي عامل تآزري مهم لمثبطات اللهب، ويمكن استخدامها بمفردها أو مجتمعة. خاصة عند استخدامه مع مثبطات اللهب المهلجنة، فإنه يمكن أن يحسن بشكل كبير من فعالية مثبطات اللهب المهلجنة. الأصناف الرئيسية هي أكسيد الأنتيمون (Sb₂O₃)، خامس أكسيد الأنتيمون (Sb₂O₅) وأنتيمونات الصوديوم (NaSbO₃-1/4H₂O).

يمكن أيضًا لعامل استبدال ثالث أكسيد الأنتيمون T3 الذي طورته شركة YINSU Flame Retardant أن يحل محل ثالث أكسيد الأنتيمون بالكامل ويتم تطبيقه في ABS. الكمية المضافة هي 1.2 مرة من ثالث أكسيد الأنتيمون الأصلي.

4. راتنجات الايبوكسي المبرومة: راتنجات الإيبوكسي المبرومة عبارة عن راتنجات إيبوكسي تم تصنيعها من رباعي البروم ثنائي الفينول أ. إنها تتمتع بقابلية ممتازة للذوبان، وكفاءة عالية في مقاومة اللهب، وثبات حراري ممتاز وثبات للضوء. وفي الوقت نفسه، يتمتع أيضًا بخصائص فيزيائية وميكانيكية جيدة، وهو مثبط مثالي للهب ABS.

5. بروموتريازين : بروموتريازين هو نوع جديد من مثبطات اللهب مع تآزر البروم/النيتروجين. وهي تستخدم أساسا لمثبطات اللهب ABS، PBT، PC/ABS، HIPS وغيرها من المنتجات البلاستيكية. يتمتع بروموتريازين بثبات حراري جيد وخصائص كهربائية، ومقاومة فائقة للأشعة فوق البنفسجية ومقاومة للضوء، وتأثير جيد لمثبطات اللهب، ويستخدم على نطاق واسع.

مثبطات اللهب خالية من الهالوجين

مع تحسين الوعي البيئي وتنفيذ حظر RoHS، تحظى مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين بالاهتمام تدريجيًا.

1. هيدروكسيد الألومنيوم وهيدروكسيد المغنيسيوم: يتم تفضيل هاتين المادتين الحشويتين غير العضويتين كمثبطات للهب لخلوهما من الهالوجين، وغير سامين، وتقليل الدخان وفعالية التكلفة.

مبدأ عمل مثبطات اللهب مشابه، بشكل أساسي من خلال مثبطات اللهب ذات الطور المكثف (في ظروف درجات الحرارة المرتفعة، هيدروكسيد الألومنيوم في سطح مادة ABS لتشكيل طبقة واقية، وعزل الأكسجين، وتقليل قابلية المادة للاشتعال لتقليل إطلاق المواد القابلة للاحتراق الغازات هيدروكسيد المغنيسيوم / مادة ABS المركبة في الاحتراق، وتكوين طبقة فحم كثيفة على السطح، وعزل الحرارة ومنتجات التحلل لنشر الحرارة وتأثير العزل، مما يقلل بشكل فعال من معدل إطلاق الحرارة، وتأخير الاحتراق؛ من المادة). يمكن أن يقلل بشكل فعال من معدل إطلاق الحرارة للمادة ويبطئ عملية الاحتراق) وتأثير التبريد (يمكن لمثبطات اللهب أن تقلل درجة حرارة سطح المادة ومنطقة الاحتراق من خلال الجفاف الممتص للحرارة، وتغيير الطور، والتحلل وغيرها من ممتصات الحرارة. التفاعلات، وتمنع التدهور الحراري، وتقلل من إطلاق الغازات القابلة للاحتراق، وتدمر ظروف الاحتراق المستمر).

ومع ذلك، عند استخدامه بمفرده، فإنه يتطلب كمية كبيرة من الإضافة وقد يؤثر بشكل كبير على الخواص الميكانيكية للراتنج، لذلك لا يستخدم عادةً كمثبط رئيسي للهب.

2. مثبطات لهب الفوسفور الأحمر: يحتوي مثبط اللهب هذا على الفوسفور فقط، وكفاءة مثبطات اللهب أفضل من مثبطات اللهب الأخرى المحتوية على الفوسفور.

يتم تحقيق تأثيره المثبط للهب بشكل أساسي من خلال مثبطات اللهب ذات الطور المكثف، أي يتم تشكيل طبقة واقية على سطح ABS عند درجة حرارة عالية، والتي يمكنها عزل الأكسجين، ومنع نقل الحرارة، وتقليل إطلاق الغازات القابلة للاحتراق، وذلك لتحقيق تأثير مثبطات اللهب.

على سبيل المثال، خليط الفوسفور الأحمر ABS-P-20M، الذي تم تطويره خصيصًا من قبل يينسو يمكن لشركة مثبطات اللهب لـ ABS، مع كمية إضافية تبلغ حوالي 20٪، تحقيق تأثير مثبطات اللهب الخالي من الهالوجين عالي الكفاءة UL94-V0. التكلفة الإجمالية لمثبطات اللهب أقل بكثير من تكلفة مثبطات اللهب الهالوجينية.

3. مثبطات اللهب المركبة من الفوسفور والنيتروجين: تُستخدم مثبطات اللهب المحتوية على النيتروجين بشكل أساسي لتخفيف الغازات القابلة للاشتعال أو تغطية سطح المادة من خلال الغازات غير القابلة للاشتعال مثل النيتروجين الناتج في عملية التحلل لتحقيق تأثير مثبطات اللهب. تشمل مثبطات اللهب الشائعة المحتوية على النيتروجين الميلامين، وسيانورات الميلامين (MCA)، وبيروفوسفات الميلامين، وما إلى ذلك.

مثبطات اللهب من النوع المتمدد مع الفوسفور والنيتروجين كمكونات رئيسية متميزة في مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين ABS. تتحد مركبات الفوسفور ومركبات النيتروجين لتكوين مثبطات اللهب من الفوسفور والنيتروجين، والتي ليس من السهل احتراقها بسبب الغازات التي تنطلق من مركبات النيتروجين بعد تسخينها، مثل N2 وCO2 وNH3 وH2O وما إلى ذلك، كما أنها تمنع وصول الأكسجين. ، وذلك لتحقيق تأثيرات تآزرية وتآزرية مثبطات اللهب.

يمكن تحليل اتجاه التطوير المستقبلي لمثبطات اللهب ABS من المنظور التالي:

1. حماية البيئة والسمية المنخفضة: على الرغم من أن مثبطات اللهب المهلجنة لا تزال هي المنتجات الرئيسية في السوق، مع الأخذ في الاعتبار أنها قد تطلق مواد سامة ومسببة للتآكل أثناء الاحتراق، فإن طلب السوق على مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين والصديقة للبيئة آخذ في الارتفاع.

2. الكفاءة العالية ومتعددة الوظائف: يعد البحث والتطوير لمثبطات اللهب عالية الكفاءة ومتعددة الوظائف اتجاهًا مهمًا في الصناعة. يمكن لمثبطات اللهب هذه أن تقلل من التلوث البيئي والتكلفة دون التضحية بالخصائص الفيزيائية والميكانيكية للركيزة.

3. تكنولوجيا النانو والكبسلة الدقيقة: مع تقدم تكنولوجيا النانو وتكنولوجيا الكبسلة الدقيقة، أصبح من الممكن تعديل السطح والمعالجة متناهية الصغر لمثبطات اللهب غير العضوية. تساعد هذه التقنيات على تحسين خصائص مثبطات اللهب غير العضوية، وتقليل الكمية المضافة لها، وتعزيز أدائها من خلال تعديل السطح، والربط الجزيئي الكبير، وطرق أخرى.

4. التكنولوجيا المركبة: في بعض المنتجات، يتم تحقيق تأثير مثبط اللهب لتوسيع الحجم باستخدام عناصر الفوسفور بدلاً من الهالوجينات. هذه المركبات، مع إضافة مثبطات اللهب المحددة، قادرة على تشكيل طبقة متفحمة مستقرة على السطح، والتي تعزل، وتقلل من دخول الأكسجين، وتمنع تساقط البوليمرات المنصهرة، وفي نفس الوقت تقلل من انبعاث الأبخرة والمواد العضوية، توفير الحماية للمادة. بالإضافة إلى ذلك، توفر الأصبغة الرئيسية ثباتًا جيدًا في درجات الحرارة العالية، وسهولة المعالجة وخصائص التلوين.

مع النمو السريع لصناعات الأجهزة المنزلية والسيارات، يستمر الطلب الصيني على راتنجات ABS في الارتفاع، وكذلك متطلبات خصائص ABS الصديقة للبيئة والمثبطة للهب. ولذلك، فإن تطوير مثبطات اللهب الجديدة ذات الأداء الممتاز ليس فقط مهمة رئيسية في أبحاث المواد المثبطة للهب، ولكنه أيضًا اتجاه تطوير مهم لصناعة ABS.