حل تحدي تثبيط اللهب المصنوع من مادة TPU: مثبطات اللهب غير العضوية + التركيب النانوي - تحقيق كل من الخصائص الفيزيائية وتثبيط اللهب

حل تحدي تثبيط اللهب المصنوع من مادة TPU: مثبطات اللهب غير العضوية + التركيب النانوي - تحقيق كل من الخصائص الفيزيائية وتثبيط اللهب

نظرًا للقيود المفروضة على تكاليف المواد الخام، والتطور التكنولوجي، وظروف الاستخدام، فإن مثبطات اللهب المعدنية المطبقة حاليًا على نطاق واسع هي في المقام الأول مثبطات لهب هيدروكسيد الألومنيوم ومثبطات لهب هيدروكسيد المغنيسيوم (البروسيت). هيدروكسيد الألومنيوم هو مثبطات اللهب المعدنية الأكثر استخدامًا على مستوى العالم من حيث الحجم، وهو ما يمثل حوالي 45% من إجمالي استهلاك مثبطات اللهب. في كل من الأسواق المحلية والدولية، هيدروكسيد الألومنيوم المستخدم لمثبطات اللهب هو بشكل أساسي ثلاثي هيدرات ألفا ألومينا (ATH،-Al2Os·3H2O). هيدروكسيد المغنيسيوم هو أحد مثبطات اللهب الرئيسية الأخرى الصديقة للبيئة بعد هيدروكسيد الألومنيوم. تتصدر الولايات المتحدة كلاً من حجم الإنتاج وتنوع مثبطات اللهب هيدروكسيد المغنيسيوم. على الرغم من أن الصين تمتلك موارد وفيرة من هيدروكسيد المغنيسيوم ، إلا أن الأبحاث في مجال مثبطات اللهب لهيدروكسيد المغنيسيوم بدأت متأخرة نسبيًا، وكان إنتاجها وحجمها وتنوعها وجودتها متخلفًا باستمرار عن المعايير الدولية.

بالنسبة لمثبطات اللهب غير العضوية ، فإن تحقيق مستوى عالٍ من مثبطات اللهب يستلزم إضافة كمية كبيرة من مثبطات اللهب. ومع ذلك، فإن المواد غير العضوية عادةً ما يكون توافقها ضعيفًا مع مصفوفات البوليمر. يمكن أن يؤثر دمجها بشكل كبير سلبًا على الخواص الميكانيكية والحرارية للمواد مثل مادة TPU. لتحسين التوافق، من الضروري إجراء معالجة سطحية مناسبة لمثبطات اللهب غير العضوية.

عند إضافة الميكا وATH معًا كمضافات لمواد البولي يوريثين، يُظهر ATH تأثيرًا واضحًا لتثبيط اللهب ولكنه يقلل من قوة شد المادة وصلابتها. يمكن للميكا، التي تمتلك خصائص عزل حراري ممتازة، أن تعوض جزئيًا عن التأثير السلبي على الخواص الميكانيكية للـ TPU الناتج عن إدخال ATH عند استخدامه معًا، مما يجعله مكملاً مفيدًا لـ ATH.

يمكن أن تتوزع معادن الطين بشكل موحد في البوليمرات على المستوى النانوي. تعمل الصفائح النانوية للمعادن الطينية كحواجز ثنائية الأبعاد، مما يعيق الجزيئات الصغيرة، والأبخرة القابلة للاحتراق، والحرارة المنبعثة أثناء احتراق البوليمر. يؤثر هذا بشكل كبير على تحلل واحتراق الطور المكثف للبوليمر. علاوة على ذلك، يمكن أيضًا لصفائح الطين ذات البعدين أن تعيق ارتجاع الحرارة الناتجة أثناء احتراق الطور الغازي إلى الطور المكثف، وبالتالي تعزيز تثبيط لهب البوليمر. تعمل صفائح الطين المشتتة على المستوى النانوي على تقييد حركة سلاسل البوليمر الجزيئية بشكل كبير، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات حرارة تحلل هذه السلاسل عند تسخينها مقارنة بالسلاسل الجزيئية الحرة تمامًا.

تم نقل مثبطات اللهب إلى مادة TPU القائمة على البوليستر باستخدام مثبطات اللهب المحلية المصنوعة من النيتروجين والفوسفور (FRs) مع الطين العضوي. عندما كانت إضافة FRs 18%، حققت المادة تصنيف UL94 V-0 وخط النوايا بنسبة 32.8%. ومع ذلك، انخفضت قوة الشد والاستطالة عند الكسر وقوة التمزق بنسبة 52.0%، 44.0%، و12.3% على التوالي، في حين زادت صلابة الشاطئ A. بالمقارنة مع مادة TPU النقية، عندما كانت إضافة FRs 18% وإضافة الطين 1%، انخفضت قوة الشد والاستطالة عند الكسر وقوة التمزق بنسبة 48.7% و39.4% و11.1% على التوالي. وفي الوقت نفسه، لا يزال تثبيط اللهب يصل إلى UL94 V-0 مع LOI بنسبة 32.8%.

الجرافيت القابل للتوسيع (EG) هو مركب إقحام خاص للجرافيت يتكون من معالجة رقائق الجرافيت الطبيعية كيميائيًا. يحتوي الجرافيت على هيكل متعدد الطبقات، مما يسمح بإدخال المعادن القلوية والأحماض الأوكسيدية المؤكسدة القوية وغيرها بين الطبقات، مما يشكل مركبات إقحام. وتبدأ هذه في التمدد عند حوالي 200 درجة مئوية بسبب تحلل وتغويز وتمدد المركبات المقربة، لتصل إلى أقصى تمدد حوالي 900 درجة مئوية، مع احتمال أن تصل نسبة التمدد إلى 280 مرة. ويتحول الجرافيت الموسع من رقائق إلى هياكل منخفضة الكثافة 'تشبه الدودة'. إنه يعزز استقرار طبقة char من خلال شبكة مترابطة، مما يمنع طبقة char من الانفصال. وهذا يشكل طبقة عازلة للحرارة وحاجز للأكسجين فعالة على سطح المادة، قادرة على منع انتقال الحرارة إلى السطح وإعاقة انتشار الغازات القابلة للاشتعال الجزيئية الصغيرة الناتجة عن التحلل الداخلي إلى منطقة الاحتراق. وهذا يمنع المزيد من تدهور البوليمر، وبالتالي مقاطعة سلسلة الاحتراق وتوفير حماية فعالة من الحرائق وتثبيط اللهب.

لا يتفاعل الجرافيت كيميائيًا مع البولي يوريثين، ولكن بين 200 درجة مئوية و300 درجة مئوية، فإنه يشكل طبقة شار تشبه الثقب الدودي والتي تغلف البولي يوريثين المتحلل. تظل هذه الطبقة مستقرة نسبيًا عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يمنع انتقال الحرارة من مصدر الحرارة إلى المادة الداخلية ويعوق انتقال منتجات التحلل من المادة الداخلية إلى مصدر الحرارة، وبالتالي تحسين الاستقرار الحراري للمادة.

أثناء عملية البحث والتطوير، اكتشفت Yinsu Flame Retardants أن الجرافيت القابل للتوسيع هو أيضًا مثبط لهب تآزري عالي الكفاءة . توفر طبقة الفحم 'التي تشبه الدودة' والتي تتكون من توسعها الفوري عند التعرض للنار عزلًا حراريًا فعالًا وحاجزًا للأكسجين. عند دمجه مع أنظمة مثل مثبطات اللهب غير العضوية والطين النانوي المذكورة في المقالة، فإنه يوفر نهجًا أكثر تنوعًا لحل التحدي المتمثل في موازنة مثبطات اللهب والخصائص الفيزيائية في مواد مثل TPU. مرحبا بكم في الاستفسار عن مزيد من التفاصيل ~