Во технолошкиот пат на заостанување на пламенот на полимерните материјали, неорганските полнила за отпорни на пламен станаа главен избор за замена на традиционалните халогенирани отпорни на пламен поради нивните извонредни предности како што се еколошката пријатност, низок чад и ниска токсичност и висока термичка стабилност. Меѓутоа, кога ќе се соочиме со разни видови филери како што сеалуминиум хидроксид, магнезиум хидроксид, графит што може да се прошири,цинк боратитн., како да се направи прецизен избор заснован на научни принципи и специфични потреби е суштинското прашање во истражувањето на материјалите и инженерските апликации. Оваа статија ќе започне од механизмот за отпорност на пламен и систематски ќе ги анализира клучните академски параметри и практични елементи на примена што треба да се земат предвид при изборот на неоргански полнила за отпорни на пламен.
Неорганските полнила за отпорни на пламен не работат преку една хемиска реакција на прекин, туку преку повеќемеханистички синергистички физичко-хемиски процес, главно опфаќајќи ги следните аспекти:
1. ендотермично распаѓање и ефекти на ладење: алуминиум хидроксид (ATH, температура на распаѓање од околу 180-200 ℃) и магнезиум хидроксид (MDH, температура на распаѓање од околу 330-350 ℃) подлежат на ендотермни реакции на распаѓање кога се загреваат ATH: ₃(OH) ₃ (OH) ₃ → OH → ₃ 3H2O；MDH: Mg(OH)2 → MgO + H2O), апсорбирајќи голема количина топлина, намалувајќи ја температурата на полимерната матрица и ослободувајќи водена пареа за разредување на запаливите гасови и кислород во гасната фаза.
2. Ефект на изолација на бариерата: Металните оксиди (како Al2O3、MgO) генерирани по распаѓањето формираат густ и стабилен преостанат јаглероден слој, покривајќи ја површината на материјалот, ефикасно изолирајќи го преносот на топлина, дифузијата на кислород и испарувањето на запаливи материи.
3. Разредување на гасната фаза и зафаќање на слободните радикали: Незапаливите гасови како што се водена пареа и јаглерод диоксид произведени со распаѓање ја разредуваат концентрацијата на слободните радикали и запаливите гасови во зоната на пламенот. Делумните полнила или производите на нивното распаѓање можат да ги заробат радикалите H · и OH · кои промовираат реакции на согорување.
4. Каталитичка карбонизација и вкрстено поврзување: Некои модифицирани метални хидроксиди, цинк борат итн. може да промовираат реакции на дехидрација и вкрстено поврзување на полимерите за време на согорувањето, формирајќи сè постабилни слоеви од проширен јаглерод и подобрување на ефикасноста на бариерата.
Процесот на селекција треба да се заснова на вкрстена анализа на следните повеќедимензионални параметри:
· Температура на распаѓање: Ова е примарен критериум за избор. Нискотемпературното распаѓање на ATH е погодно за обработка на полимери со пониски температури (како PVC, EPDM и малку гума) за да се избегне предвремено распаѓање и создавање меурчиња за време на обработката. Повисоката температура на распаѓање на MDH се совпаѓа со полимери со повисоки температури на обработка како PP, PE, PA, EVA итн.
· Апсорпција на топлина: Колку е поголема топлината што се апсорбира за време на распаѓањето на единица маса на полнење, толку е позначаен неговиот ефект на ладење. Теоретската апсорпција на топлина на ATH е околу 1,17 kJ/g, а онаа на MDH е околу 1,44 kJ/g.
·Кристална структура и морфологија: Полнилата со посебни морфологии (како што се снегулки или влакна) може да бидат попогодни за формирање физичка мрежа на бариери во материјалот. Високата чистота и редовната кристална структура обично носат постабилни термички перформанси.
·Колаборативен систем за мешање: Усвојувањето на технологијата за мешање е важна насока за намалување на количината на додаден поединечен филер и подобрување на сеопфатните перформанси. На пример:
· Комплекс ATH/MDH: Проширете го опсегот на температура на апсорпција на топлина.
·Соединение со заштитници на пламен базирани на фосфор и азот: произведува синергистички ефекти на повеќе елементи како што е фосфор азотниот метал, промовирајќи формирање на посилен проширен јаглероден слој.
·Соединение со јаглеродни наноцевки, слоевити силикати (монтморилонит) итн.: да се изгради поцелосна физичка мрежа за бариери.
· Механички својства: Оценете го ефектот на полнилата врз јакоста на истегнување, модулот на виткање, силата на удар и издолжувањето при прекин. Добрата модификација на површината и соодветната големина на честичките можат да помогнат да се намалат негативните влијанија.
· Електрични перформанси: За апликации како што се жици и кабли, треба да се обрне внимание на влијанието на полнилата врз волуменската отпорност и диелектричните својства.
· Перформанси на обработка: Високата содржина на полнење значително ќе ја зголеми вискозноста на топењето, влијаејќи на процесите како што се истиснување и обликување со инјектирање. Неговото влијание врз прозорецот за обработка и ефикасноста на производството треба да се оцени.
|
Тип на полнење |
Главните хемиски компоненти |
Температурен опсег на распаѓање |
Главен механизам за отпорен на пламен |
Предност |
Недостатоци/Предизвици |
Типични применливи полимери |
|
Алуминиум хидроксид (ATH) |
Al(OH)3 |
~180-200°C |
Ендотермично распаѓање, разредување во гасоводна фаза, бариера |
Ниска цена, добро спречување на чад, еколошки и нетоксичен |
Ниска температура на распаѓање, слаба отпорност на топлина, висока количина на додавање |
ПВЦ, гума, епоксидна смола, полиестер |
|
Магнезиум хидроксид (MDH) |
(MDH) Mg(OH)2 |
~330-350°C |
Ендотермично распаѓање, разредување во гасоводна фаза, бариера |
Висока температура на распаѓање, силно сузбивање на чад, еколошки |
Релативно висока цена на ATH, голема количина на додавање, чувствителна на кисела средина |
PP, PE, EVA, PA, PET
|
|
Графит што може да се прошири (EG) |
Интеркалиран графит |
~200-300°C (проширување) |
Топлината се шири за да формира јаглероден слој како црв, обезбедувајќи изолација и кислородна бариера |
Ефикасна бариера за проширување, мала густина, низок чад |
Длабока боја, висока спроводливост, значително влијание врз механичките својства, кои бараат површинска обработка |
Полиуретанска пена, полиолефин, облога |
|
Цинк борат (ZB) |
xZnO·yB2O3·zH2O |
300°C (дехидрација) |
Промовирајте ја карбонизацијата, формирајте стаклена бариера и зафаќајте ги слободните радикали |
Мултифункционален синергист, сузбивање чад, сузбивање на тлеење, ниска токсичност |
Ефикасноста на заштитник на пламен е ограничена кога се користи самостојно, и често се користи како синергетски агенс |
Соединение со ATH/MDH, халогени/без халогени системи |
|
Микроинкапсулиран црвен фосфор |
P (слој за обложување) |
300°C (ослободување фосфор) |
Зафаќањето на слободните радикали во гасната фаза промовира карбонизација во цврста фаза |
Висока ефикасност на отпорност на пламен, релативно мала количина на додавање |
Обоена (длабоко црвена), хигроскопна, неправилно ракување претставува ризик од фосфин, потребна е строга облога |
PA, PBT, епоксидна смола |
1. Разјаснете ги сценаријата и стандардите за примена: Прво, определете ја околината за употреба на финалниот производ (температура, влажност, отпорност на временските услови), стандардите за отпорност на пламен што мора да се исполнат (UL94, LOI, GB8624, итн.) и основните барања за изведба, освен отпорност на пламен (механика, електрична енергија, итн.).
2. Усогласување на карактеристиките на матричниот полимер: Врз основа на температурата на обработка, хемискиот поларитет и термичката стабилност на полимерот, прелиминарно проверете ги типовите на полнење што може да имаат добро усогласување и компатибилност на температурата на распаѓање.
3. Дизајн на стратегија за модификација на површината: Изберете соодветни средства за спојување или средства за површинска обработка за избраниот систем за полнење и полимер за да се подобри компатибилноста на меѓусебните површини.
Изборот на неоргански полнила отпорни на пламен е систематски инженерски процес кој бара оптимални решенија под повеќе ограничувања, а не постои такво нешто како „универзално“ полнење. Идеалниот избор треба да се заснова на длабоко разбирање на синџирот на пет димензионални врски на „карактеристики на полнење механизам за отпорен на пламен, својства на полимерни услови на процесот барања за изведба“. Во иднина, со понатамошниот развој на нанотехнологијата, површинското инженерство, теоријата за соработка и компјутерските симулации (како што е скрининг со помош на молекуларна динамика), изборот на неоргански полнила отпорни на пламен ќе се развива кон попрецизни, ефикасни и функционално интегрирани насоки. За персоналот за истражување и развој, постојаното следење на првите редови на науката за материјалите и нивното комбинирање со систематска експериментална верификација е од фундаментално значење за донесување на најдобри технички одлуки.
