تأثير محتوى الألياف الزجاجية على أداء مثبطات اللهب للألياف الزجاجية المثبطية الخالية من الهالوجين

تأثير محتوى الألياف الزجاجية على أداء مثبطات اللهب للألياف الزجاجية المثبطية الخالية من الهالوجين

يتميز البولي بروبيلين المقوى بالألياف الزجاجية (PP/GF) بكثافته المنخفضة ، ومقاومة الحرارة الممتازة ومقاومة الزحف ، ونسبة الأداء عالية التكلفة. يستخدم على نطاق واسع في الصناعات مثل الإلكترونيات والفضاء والسيارات لتصنيع مكونات خفيفة الوزن ورقيقة الجدران كبديل للبلاستيك الفولاذ والهندسي.

يبلغ مؤشر الأوكسجين المحدد (LOI) لـ PP حوالي 17.0 ٪ ، وتصنيفه على أنه مادة قابلة للاشتعال. عندما يحترق ، فإنه ينتج عددًا كبيرًا من قطرات ذوبان المشتعلة ويطلق كمية كبيرة من الحرارة. على الرغم من أن إضافة GF يمنع بشكل كبير ظاهرة انخفاض الذوبان ، فإن تأثير الفتيل 'من GF يؤدي إلى مدة احتراق أطول وإطلاق حرارة أكبر. في حقول الطلبات ، من الضروري علاج PP/GF مع مثبطات اللهب. في السنوات الأخيرة ، أنتجت بعض أنظمة مثبطات Flame Bromine-antimony أبخرة سامة على الاحتراق ، مما أدى إلى حظر بعض مثبطات اللهب القائمة على البروم ، مثل الأثير decabromodiphiphenyl ، من خلال القوانين المحلية والدولية ذات الصلة.

يتمتع نظام المثبط للهب في الفوسفور النيتروجين ، وهو نظام مثبط للهب خالي من الهالوجين ، مزايا كونه صديقًا للبيئة وفعالًا من حيث التكلفة ، وقد تم تطبيقه عمليًا في مجال مواد البولي أوليفين. على سبيل المثال ، يحتوي حمض Piperazine diphosphoric (PA pp) على عناصر الفوسفور والنيتروجين ولديه عدد كبير نسبيًا من مجموعات الهيدروكسيل ، والتي يمكن أن تكون بمثابة كلاً من مصدر 'Source ' و 'char ' في نظام محاكمة Flame Intormension. تبحث هذه الورقة في تأثير محتوى GF على خصائص مواد PP/GF من خلال صياغة مثبطات لهب شديدة مع PA PP و MPP ، مع الحفاظ على مقدار مثبطات اللهب ثابت.

1. تأثير محتوى الألياف الزجاجية (GF) على تأخير اللهب

من الشكلين 1 و 2 ، يمكن ملاحظة أن أسطح العينات شكلت طبقة كربونية موسعة خلال كل من اختبار LOI (مؤشر الأكسجين) واختبار الحرق العمودي ، مما يشير إلى أن وظائف مثبطات اللهب تعمل عن طريق التوسع في المرحلة الصلبة وتشكيل char.

عندما يكون محتوى مثبطات اللهب ثابتًا ، فإن زيادة محتوى GF تعزز تأخير اللهب لمادة PP/GF (عندما يكون GF أقل من 30 ٪).

هذا لأنه ، من ناحية ، مع زيادة محتوى GF ، تنخفض الكمية النسبية للمصفوفة PP ، مما يؤدي إلى انخفاض في كمية الشظايا القابلة للاحتراق الناتجة عن الانحلال الحراري للمصفوفة أثناء اختبار LOI. بالإضافة إلى ذلك ، مع زيادة محتوى GF ، يتناقص معدل تدفق الذوبان للمادة ، وهو أمر مفيد لتحسين ظاهرة التقطيع في عينات أرق ، مما يجعل من السهل عليهم اجتياز اختبار الحرق العمودي. من ناحية أخرى ، يرجع ذلك إلى آلية كربنة المرحلة الصلبة '، حيث تشكلت طبقة الكربون التي تشكلت بشكل فعال سطح العينة وليست ' مثقوبة 'بواسطة بقايا درجة الحرارة العالية من GF. إن الطبقة الحماية العازلة والأكسجين التي تتوافق مع الأكسجين تقلل من الهروب من المواد القابلة للاحتراق ، مما يوفر تأثيرات أفضل مثبطات اللهب.

الثاني. تأثير محتوى الألياف الزجاجية (GF) على الاستقرار الحراري

إن دمج GF في مواد البوليمر يعزز العديد من الخواص الفيزيائية مثل الاستقرار الأبعاد ودرجة حرارة انحراف الحرارة. يمكن أن يوفر تحليل TG (حرارة) معلمات تحلل حراري لمواد البوليمر في ظل كل من الظروف الخالية من الأكسجين وتحتوي على الأكسجين ، وهو أمر بالغ الأهمية لدراسة آليات مثبطات اللهب للمواد.

عند إضافة GF ، يزداد محصول Char في درجات حرارة عالية مع زيادة محتوى GF. عندما يتم زيادة محتوى GF إلى 25 ٪ ، يزداد عائد Char للعينة 4 عند 700 درجة مئوية إلى 39.4 ٪ ، مما يشير إلى أن العينة تنتج غازًا أقل قابلاً للاحتراق في درجات حرارة عالية ، وتتألف بشكل أساسي من بقايا كربونية صلبة غير قابلة للاحتراق. من الجدول 3 والشكل 4 ، يمكن ملاحظة أنه تحت الغلاف الجوي للهواء ، تخضع المادة إلى تدهور حراري مؤكسد تحت تأثير الأكسجين. يتم تقليل درجة حرارة التحلل الأولية للعينة المقارنة 1 تحت الهواء إلى 306.4 درجة مئوية مقارنة بأجواء النيتروجين ، ويتم تخفيض درجات حرارة التحلل الأولية للعينات 2 إلى 4 إلى حوالي 298 درجة مئوية تحت الهواء ، مع فاصل فقدان الوزن الرئيسي بين 300 و 500 درجة مئوية. تتضمن المرحلة المبكرة التحلل الحراري المؤكسد لمصفوفة PP جنبا إلى جنب مع التحلل وفقدان الوزن لمثبط اللهب. في درجات حرارة عالية ، تخضع طبقة الكربون إلى التحلل المؤكسد في وجود الأكسجين. في مرحلة درجات الحرارة العالية ، يكون محصول char للعينات ذات المحتويات GF المختلفة أعلى من العينة 1 ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن GF لا يتحلل بسهولة في درجات حرارة عالية.

باختصار ، فإن إضافة GF يقلل من درجة حرارة التحلل الحراري الأولي لمادة PP/GF المتجهة إلى اللهب وتعزز استقرارها الحراري في درجات حرارة عالية.

ثالثا. تأثير محتوى الألياف الزجاجية (GF) على أداء الاحتراق

تحت تأثير الإشعاع الحراري الخارجي ، يشكل مثبطات اللهب طبقة وقائية عازلة عن طريق التوسع في شار على سطح العينات. بعد الاختبار ، كان سمك طبقة Char الموسع للعينة المقارنة 1 حوالي 2.5 سم. وبالمقارنة ، ارتفعت العينة 2 مع 15 ٪ من GF سماكة طبقة شار الموسعة إلى حوالي 6.2 سم.

مع زيادة محتوى GF ، يتناقص سماكة طبقة Char الموسعة ، حيث تُظهر العينة 4 سمكًا منخفضًا للطبقة الموسعة إلى حوالي 5.0 سم. هذا لأنه ، من ناحية ، يكون GF مستقرًا نسبيًا في درجات حرارة عالية ، وأن البقايا ذات درجة الحرارة العالية في GF تعمل كهيكل عظمي char 'أثناء توسيع طبقة char ، وبالتالي تعزيز زيادة في سماكة طبقة char الموسعة عند إضافة GF. من ناحية أخرى ، عندما يكون محتوى GF مرتفعًا ، فإن كمية أكبر من بقايا GF عالية الحرارة تقمع أيضًا توسيع طبقة Char ، مما يؤدي إلى انخفاض تدريجي في سمك الطبقة Char الموسعة.

لم تؤثر إضافة GF على معلمات الاحتراق المختلفة للمادة ، مثل معدل إطلاق الحرارة الذروة (PHRR) ، مما يشير إلى أن المواد لها سلامة جيدة من الحرائق. علاوة على ذلك ، مع إضافة GF كألياف خاملة ، تنخفض الكمية النسبية للمصفوفة PP ، مما يؤدي إلى انخفاض في احتراق الطور الغازي أثناء الاحتراق. في درجات حرارة عالية ، تتكون المرحلة الصلبة من بقايا غير قابلة للاحتراق ، ويشير منحنى وقت البقايا إلى أنه مع إضافة GF ، تكون البقايا في درجات حرارة عالية أعلى ، مما يؤدي إلى انخفاض انبعاثات الغاز القابلة للاحتراق ، وانخفاض حرارة الحرارة أثناء الاحتراق ، وانخفاض إنتاج الدخان. في الوقت نفسه ، لم تؤثر إضافة GF على مؤشرات السلامة من الحرائق المختلفة للمادة ، مثل مؤشر معدل نمو الحرائق (Figra) ، والتي هي نسبة PHRR إلى الوقت للوصول إلى ذروة PHR ، والحد الأقصى لمعدل الإشعاع الحراري (MAHRE) ، لم يظهر أي منها تغييرات كبيرة.

رابعا. خاتمة

استجابةً للطلب في السوق على مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين للبولي بروبيلين (PP) ، استثمرت شركة Guangzhou Yinsu Flame Letardant بنشاط في البحث والتطوير ، حيث نجحت في إطلاق مجموعة متنوعة من منتجات إعادة تثبيت اللهب الخالية من الهالوجين ، والتي يمكنها تحقيق تصنيفات V0 و V2. وتشمل هذه مثبطات اللهب القوي على أساس حمض ديفوسفوريك بايبيرازين ، ومثبطات اللهب الفوسفور الأحمر ، ومثبطات اللهب المنخفضة في البيئة. لا تلبي هذه المنتجات طلب السوق فقط على مثبطات اللهب الصديقة للبيئة وفعالة للغاية ، بل تُظهر أيضًا قدرات الشركة التقنية وقدرات الابتكار في مجال مثبطات اللهب.

على سبيل المثال ، قامت الشركة بتطوير سلسلة P PA P-15 من مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين ، المصممة خصيصًا لمنتجات polyolefin مثل البولي بروبيلين (PP) والبولي إيثيلين (PE). تظهر هذه المنتجات خصائص ممتازة من الثببنة واللهب ، قادرة على تلبية معيار UL-94 V-0. بالإضافة إلى ذلك ، تم تطوير Red Phosphorus Masterbatch PPV2-8H التابع للشركة لمعالجة القضية الصعبة المتمثلة في تثبيت اللهب في PP المعاد تدويره. تتميز هذه المنتجات بتدوينها المنخفضة ، وتأثيرات التشتت الجيدة ، والتوافق مع المواد المختلفة. يمكن أن تعزز بشكل فعال تأخير اللهب للمواد مع الحفاظ على خصائصها الفيزيائية والكيميائية الأصلية.