دراسة نظرية لطلاء مسحوق الطلاء العازل ذاتي الإطفاء المقاوم للهب بالإيبوكسي

دراسة نظرية لطلاء مسحوق الطلاء العازل ذاتي الإطفاء المقاوم للهب بالإيبوكسي

في السنوات الأخيرة، نفذت الدولة بقوة سياسات خضراء وصديقة للبيئة. يتم تطبيق مسحوق الطلاء، بفضل ملاءمته للبيئة ووظيفته، في المزيد والمزيد من القطاعات الصناعية المختلفة. كل صناعة لها متطلبات أداء مختلفة بالنسبة لها. من بينها، في مجال مركبات الطاقة الجديدة، عندما تكون السيارة مشحونة بسرعة، ستتراكم البطارية الموجودة على متن السيارة كمية كبيرة من الطاقة الحرارية في وقت قصير. إذا فشل نظام إدارة البطارية ولم تتمكن من تبديد الحرارة في الوقت المناسب، فقد يتسبب ذلك في تلف خلايا البطارية، أو حتى الاحتراق والانفجار التلقائي. وقد يتسبب ذلك أيضًا في تعطل البطارية أثناء الشحن مما يؤدي إلى وقوع حوادث. قد تؤدي اصطدامات المركبات أيضًا إلى احتراق البطارية أو احتراقها تلقائيًا عند حدوث تلف. لذلك، يجب أن تمتلك الطبقة الواقية خصائص مثبطة للهب بحيث يمكنها، في حالة حدوث انفجار، إبطاء انتشار اللهب والحرارة، مما يوفر تأثيرًا عازلًا للحريق، وبالتالي يمنح السائق مزيدًا من الوقت للهروب. بالإضافة إلى ذلك، أثناء تشغيل وشحن/تفريغ مركبات الطاقة الجديدة، يتم توليد التيار. لضمان التشغيل العادي، يجب أن تتمتع الطبقة الواقية أيضًا بخصائص عزل عالية الجهد لمنع تحلل الطلاء بواسطة تيار الجهد العالي.

I. F تصنيف مثبطات اللهب لطلاءات المسحوق إن
طلاءات المسحوق، التي تتكون أساسًا من الراتنج، وعامل المعالجة، والحشو، والمواد المضافة وغيرها من المواد الخام، تحتاج إلى تحقيق خصائصها المقاومة للهب من خلال الاستكشاف التجريبي لكل مكون من أبعاد مختلفة. هناك طريقتان لمثبطات اللهب لطلاءات المسحوق: إحداهما مثبطات اللهب الإضافية، والأخرى مثبطات اللهب التفاعلية. يشير مثبط اللهب الإضافي إلى الاعتماد على خصائص مثبطات اللهب الخاصة بالمادة لإكمال حماية مثبطات اللهب للطلاء، بحيث يكون له خصائص مثبطات اللهب. يتم تحقيق ذلك عن طريق إضافة مواد مثبطة للهب مختلفة إلى طلاء المسحوق والتي لا تشارك في تفاعل المعالجة. تشير طريقة مثبطات اللهب التفاعلية إلى إدخال هياكل مثبطات اللهب في طلاء المسحوق. من خلال المونومرات أو الهياكل الموجودة في المواد الخام المشاركة في تفاعل البلمرة، يتم في النهاية إدخال مجموعات مثبطات اللهب في طلاء المسحوق، وبالتالي تحسين خصائص مثبطات اللهب لطلاء المسحوق.

1. مثبطات اللهب المضافة
لا تشارك طريقة مثبطات اللهب هذه بشكل مباشر في التفاعل. بدلاً من ذلك، فهو يعتمد على خصائصه المقاومة للهب لإكمال خصائص مقاومة اللهب للطلاء. لذلك، فهو يتكون بشكل أساسي من مواد مالئة ومواد مضافة، في حين لا يتم تضمين الراتنج وعامل المعالجة في هذه الفئة.

• بحث عن تثبيط لهب الحشو

في الوقت الحاضر، تشتمل مواد الحشو المثبطة للهب الشائعة في السوق بشكل رئيسي على هيدروكسيد الألومنيوم، وهيدروكسيد المغنيسيوم، وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن جزيئاتها تكون عمومًا على مستوى الميكرون، وغير قادرة على تحقيق تأثيرات تحميل عالية للحشو، مع انخفاض كفاءة مثبطات اللهب، وتؤثر أيضًا على الخواص الفيزيائية والميكانيكية للمادة. لذلك، من خلال تعزيز قوة التفاعل البيني بين الحشوات المثبطة للهب، من الممكن تشتيتها بشكل أكثر توازنًا في طلاء المسحوق، وبالتالي تحسين الخواص الميكانيكية للمادة المخلوطة بشكل أكثر فعالية. إن إضافة مواد حشو مثبطات اللهب النانوية المحددة إلى طلاء المسحوق لتثبيط لهب الحشو سوف يقلل بشكل كبير من تحميل الحشو ويعزز بشكل فعال كفاءة مثبطات اللهب.

يستخدم البحث هيدروكسيد الألومنيوم النانوي، وهيدروكسيد المغنيسيوم، ومسحوق السيليكا لإجراء تجارب مقارنة لاستكشاف تأثير الحشوات المثبطة للهب على أداء طلاء المسحوق.

من بيانات الاختبار في الجدول 1، يمكن ملاحظة أن مسحوق الطلاء مع الحشوات النانوية المضافة لها خصائص ميكانيكية ممتازة ويمكن أن تلبي المتطلبات. من بينها، مسحوق الطلاء المضاف إليه هيدروكسيد المغنيسيوم وهيدروكسيد الألومنيوم يتمتع بأفضل خصائص مثبطات اللهب، وكلاهما يحقق تأثير مثبطات اللهب بمستوى V-0. لا يمكن لمسحوق الطلاء الذي يحتوي على مسحوق السيليكا وحده كحشو أن يفي بمتطلبات مثبطات اللهب.

نظرًا لأن هيدروكسيد الألومنيوم يبدأ في التحلل عند درجة حرارة 200 إلى 300 درجة مئوية، فإنه بعد التحلل، سينتج بخار الماء بسبب تفاعل الجفاف، مما يتسبب في تفاعل ماص للحرارة على طلاء السطح، مما يقلل من درجة حرارة سطح الطلاء. وفي الوقت نفسه، يخفف بخار الماء المتولد من تركيز الغازات القابلة للاحتراق والأكسجين، لذلك يكون له تأثير جيد للعزل الحراري ومثبطات اللهب.

درجة حرارة تحلل هيدروكسيد المغنيسيوم أعلى، حيث تصل إلى 340 ~ 490 درجة مئوية. تشبه آلية مثبطات اللهب هيدروكسيد الألومنيوم، لكن هيدروكسيد المغنيسيوم يمكن أن يعزز تفحيم السطح المطلي. يمكن للطبقة المتفحمة المشكلة عزل الاتصال بين الأكسجين والسطح المعدني. هيدروكسيد الألومنيوم ليس له هذا التأثير. لذلك، في ظل نفس الظروف، يكون تأثير مثبطات اللهب لهيدروكسيد المغنيسيوم أفضل بكثير من تأثير هيدروكسيد الألومنيوم.

نظرًا لأن مسحوق السيليكا يتكون من SiO2، فإن رابطة Si-O في هيكل SiO2 تشكل بنية تشبه السيليكات في المنتج المعالج، مما يولد قوى كيميائية، مما يمنح الطلاء مقاومة أفضل للمذيبات وخصائص عزل، بينما يكون له أيضًا تأثير معين مثبط للهب. ومع ذلك، تظهر البيانات التجريبية أن تأثير مثبطات اللهب لمسحوق السيليكا ضعيف ولا يلبي متطلبات مثبطات اللهب بمستوى V-0.

لاستكشاف مزيج من خصائص تثبيط اللهب والعزل، يتم تركيب هيدروكسيد المغنيسيوم وهيدروكسيد الألومنيوم ومسحوق السيليكا لاستكشاف أفضل تركيبة طلاء مسحوق تجمع بين تثبيط اللهب والعزل. وتظهر البيانات في الجدولين 2 و3.

تشير النتائج التجريبية إلى أنه بعد تركيب هيدروكسيد المغنيسيوم وهيدروكسيد الألومنيوم ومسحوق السيليكا، يمكن أن تحقق الطلاءات خصائص مقاومة اللهب ومقاومة جهد العزل. من بينها، عندما تكون نسبة تركيب هيدروكسيد المغنيسيوم إلى مسحوق السيليكا هي 2:1، فإن الأداء الشامل للطلاء هو الأفضل، وهو قادر على تلبية متطلبات مقاومة اللهب وجهد العزل.

• بحث عن مثبطات اللهب المضافة

من الناحية البيئية، تم اختيار إضافات مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين للبحث، لأن عناصر الهالوجين تطلق غازات ضارة عند درجات حرارة عالية، وهي متطايرة ونفاذة، وتتسبب بسهولة في تلوث البيئة المحيطة من خلال الحالات الغازية والسائلة والصلبة.

تعد مثبطات اللهب الفوسفورية حاليًا أكثر إضافات مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين استخدامًا في السوق. وقد جذبت هياكلها المتنوعة وكفاءتها العالية في مقاومة اللهب الكثير من الاهتمام. وفقًا للهياكل المختلفة، يمكن تقسيم مثبطات لهب الفوسفور غير العضوي إلى بولي فوسفات الأمونيوم، والفوسفور الأحمر، وما إلى ذلك، في حين يتم تقسيم مثبطات لهب الفوسفور العضوي إلى مثبطات لهب مختلفة، مثل استرات الفوسفات، والفوسفات، وما إلى ذلك. ونظرًا للاختلافات في حالات الأكسدة وروابط التنسيق، تظهر مثبطات لهب الفوسفور بشكل عام آليات مختلفة لمثبطات اللهب. عادة، تعمل مثبطات اللهب الفوسفورية عالية الأكسدة بشكل رئيسي عن طريق تكثيف مرحلة مثبطات اللهب. يتحلل حمض الفوسفوريك ومشتقاته عند التسخين، مما يتسبب في جفاف البوليمرات وتفحيمها، وتشكيل طبقة متفحمة لمنع الأكسجين، وتقليل انتقال الحرارة أثناء الاحتراق، وبالتالي تحقيق تأثيرات مثبطة للهب وعازلة للحرارة. تعمل مثبطات اللهب الفوسفورية منخفضة الأكسدة بشكل رئيسي من خلال تثبيط اللهب في الطور الغازي. عند التحلل الحراري، فإنها تنتج عددًا كبيرًا من الجذور الحرة القائمة على الفوسفور، والتي، من خلال التفاعلات المتسلسلة أثناء التبريد، تمنع انتشار اللهب، وتنهي احتراق جذور OH· وH·، وبالتالي تحقيق تثبيط اللهب. ومع ذلك، في الوقت نفسه، سيزداد إطلاق الدخان أيضًا. حاليا، مثبطات اللهب الفوسفورية عند مستوى سعر مرتفع نسبيا. تتمتع هذه الإضافات بتأثيرات مثبطة للهب قوية، ولكن عند استخدامها بمفردها، فإنها ستؤثر على الخواص الميكانيكية لمساحيق الطلاء. لذلك، حاليًا، في كثير من الأحيان، مع تقليل كمية مثبطات اللهب الفوسفورية، يتم تركيب الإضافات التآزرية ومثبطات اللهب الفوسفورية لتحقيق خصائص مثبطات اللهب وتعزيز خواصها الميكانيكية.

2. مثبطات اللهب التفاعلية

• بحث عن مثبطات لهب الراتنج

راتنجات الايبوكسي هي مادة رئيسية تمكن مسحوق الطلاء من الحصول على تأثيرات مثبطة للهب وعازلة للحرارة، وتلعب دورًا كبيرًا في مساحيق العزل المثبطة للهب. تتمتع مجموعات الإيبوكسي والهيدروكسيل في راتنجات الإيبوكسي بخصائص عزل جيدة، وبالتالي لها تفاعل قوي. بعد التفاعل مع عامل المعالجة، يتم تشكيل بنية شبكة مترابطة بسرعة، وبالتالي تحقيق خصائص العزل. راتنجات مثبطات اللهب ليست راتنجات إيبوكسي ثنائي الفينول أ المستخدمة على نطاق واسع في السوق، بل هي راتنجات مثبطات للهب مقابلة يتم إعدادها عن طريق إدخال عناصر مثبطات اللهب مثل الفوسفور والنيتروجين والسيليكون في راتنجات الإيبوكسي.

تتمتع المجموعات المحتوية على النيتروجين بخصائص إطفاء ذاتي مثبطة للهب، مع خصائص ممتازة مثل مقاومة درجات الحرارة ومقاومة القوس. إن إدخال مجموعات تحتوي على النيتروجين في راتنجات الإيبوكسي للتعديل والتحسين يمكّن الطلاء المتكون من عوامل المعالجة والمواد الخام الأخرى من الحصول على خصائص مثبطة للهب ومقاومة للحرارة والضغط ممتازة.

يتمتع الفوسفور بمقاومة جيدة للحرارة وخصائص مثبطة للهب. بعد إدخال محتوى الفوسفور بنسبة 1% إلى 10% في راتنجات الإيبوكسي، فإن خصائص مثبطات اللهب ومقاومة درجات الحرارة تكون ممتازة. تولد الطلاءات المحضرة براتنج مثبطات اللهب أحماض أوكسيدية تحتوي على الفوسفور عند التسخين، والتي يمكن أن تحفز تجفيف المركب والكربنة، مما يقلل من معدل فقدان كتلة المادة، ويقلل توليد المواد القابلة للاحتراق، ويحقق تثبيط اللهب من خلال الطبقة المتفحمة المشكلة.

إن استخدام السيليكون العضوي لتعديل راتنجات الإيبوكسي يقلل من إجهادها الداخلي بينما يعزز أيضًا صلابة راتنجات الإيبوكسي، مما يحسن مقاومة درجات الحرارة العالية وخصائص أخرى. يمكن اعتبار بوليمرات السيليكون العضوية التي تحتوي على مجموعات إيبوكسي راتنجات إيبوكسي السيليكون العضوية. عندما تختلف أوزانها الجزيئية، فإن حالة التشتت في طور السيليكون العضوي ستظهر تغيرات مختلفة، مما يؤدي إلى تغيير خصائصها بشكل أساسي. ولذلك، فإن مفتاح استخدام هذا الراتنج هو معالجة مشكلات التوافق بشكل صحيح.

ل بحث حول علاج مثبطات اللهب

إن إدخال مجموعات تحتوي على الفوسفور في عوامل المعالجة الأمينية يضمن أن الهيدروجين النشط في عامل المعالجة الأميني يتيح المعالجة الكاملة للمنتج. بعد المعالجة، يحتوي المنتج على عنصرين مثبطين للهب، وهما P وN. أثناء مثبطات اللهب في مرحلة الغاز ومرحلة التكثيف، يمكن لهذين العنصرين المثبطين للهب أن يمارسا تأثيرات تآزرية، مما يحقق تأثيرات معينة لمثبطات اللهب. في الوقت نفسه، نظرًا لوجود عناصر P وN وC التي تشكل نظامًا منتفخًا لمثبطات اللهب، فإنه يحقق أيضًا تأثيرات مثبطات اللهب على المواد المركبة.

عامل معالجة إيبوكسي شائع آخر هو عامل معالجة أنهيدريد. عن طريق إدخال الفوسفور أو عناصر أخرى مثبطة للهب في جزيء عامل المعالجة، يتم بعد ذلك مزجه مع المواد الخام مثل راتنجات الإيبوكسي لتشكيل طلاء مسحوق مثبطات اللهب. تظهر الأبحاث أنه عندما يصل محتوى الفوسفور في النظام إلى 1.5%، فإنه يتجاوز مستوى تثبيط اللهب UL94 V-0.

ثانيا. الاستنتاج
في الوقت الحالي، تتطور مساحيق الطلاء المثبطة للهب بسرعة، ويمكن تحقيق خواصها المثبطة للهب من مراحل مختلفة من المواد الخام. لتحقيق التركيب الوظيفي لمثبطات اللهب والعزل، من الضروري البدء من هيكل وآلية المواد الخام، واستكشاف التأثيرات التآزرية بين المواد الخام المختلفة لتحقيق التركيب الوظيفي. تستكشف هذه الورقة هيكل وخصائص كل نظام من أنظمة المواد الخام، مما يوفر أساسًا نظريًا لمركب الأداء. ومع ذلك، يجب تحديد شروط التطبيق الفعلية بناءً على نتائج المختبر.

يمكن أن يؤدي البحث عن طريق جاهز للاستخدام وغير هالوجين لكل من مثبطات اللهب وعزل الجهد العالي إلى توليد إضافات الفسفور العضوي التي تقدمها شركة قوانغتشو Yinsu Flame Retardant. إن Yinsu YS-22E , YS-M220G و YS-9003 كلها أنظمة ذات مسحوق أبيض، تعتمد على الفوسفور، وخالية من الهالوجين والتي تم تنشيطها على السطح من أجل التشتت على نطاق النانو في مساحيق الإيبوكسي. إنها تعمل من خلال تشكيل حاجز فحم منتفخ مع الحفاظ على سلامة العزل الكهربائي للطلاء.