Решение проблемы огнестойкости ТПУ: неорганические антипирены + нанокомпозит — достижение как физических свойств, так и огнестойкости

Решение проблемы огнестойкости ТПУ: неорганические антипирены + нанокомпозит — достижение как физических свойств, так и огнестойкости

Из-за ограничений в стоимости сырья, технологического развития и условий использования минеральные антипирены , применяемые в настоящее время в больших масштабах, представляют собой в основном антипирены на основе гидроксида алюминия и антипирены на основе гидроксида магния (брусита). Гидроксид алюминия является наиболее широко используемым минеральным антипиреном в мире по объему, на его долю приходится около 45% общего потребления антипиренов. Как на внутреннем, так и на международном рынках гидроксид алюминия, используемый для огнезащиты, представляет собой в основном тригидрат альфа-оксида алюминия (ATH，-Al2Os·3H2O). Гидроксид магния является еще одним важным экологически чистым антипиреном после гидроксида алюминия. США лидируют как по объёму производства, так и по разнообразию антипиренов на основе гидроксида магния. Хотя Китай обладает богатыми ресурсами гидроксида магния , исследования антипиренов на основе гидроксида магния начались относительно поздно, а их объемы, масштабы, разнообразие и качество постоянно отстают от международных стандартов.

Для неорганических антипиренов достижение высокого уровня огнестойкости требует добавления большого количества антипирена. Однако неорганические вещества обычно имеют плохую совместимость с полимерными матрицами. Их значительное содержание может отрицательно повлиять на механические и термические свойства таких материалов, как ТПУ. Для улучшения совместимости необходима соответствующая обработка поверхности неорганическими антипиренами.

Когда слюда и АТН добавляются вместе в качестве добавок к полиуретановым материалам, АТН демонстрирует явный огнезащитный эффект, но снижает прочность и твердость материала. Слюда, обладая отличными теплоизоляционными свойствами, может частично компенсировать негативное влияние на механические свойства ТПУ, вызванное введением АТН при их совместном использовании, что делает ее полезной добавкой к АТН.

Глинистые минералы могут быть равномерно диспергированы в полимерах на наноуровне. Наноразмерные ламели глинистых минералов действуют как барьеры в двух измерениях, препятствуя малым молекулам, горючим парам и выделяемому теплу, образующемуся при горении полимера. Это существенно влияет на деградацию и горение конденсированной фазы полимера. Кроме того, глиняные ламели в двух измерениях могут также препятствовать передаче тепла, образующегося при газовом сгорании, в конденсированную фазу, тем самым повышая огнестойкость полимера. Наноразмерные дисперсные глиняные ламели существенно ограничивают подвижность макромолекулярных цепей полимера, что приводит к более высоким температурам разложения этих цепей при нагревании по сравнению с полностью свободными молекулярными цепями.

Огнестойкость ТПУ на полиэфирной основе придали с помощью отечественного азотно-фосфорного антипирена (АО) в сочетании с органоглиной. Когда добавление FR составляло 18%, материал достигал рейтинга UL94 V-0 и LOI 32,8%. Однако предел прочности, удлинение при разрыве и прочность на раздир снизились на 52,0%, 44,0% и 12,3% соответственно, а твердость по Шору А увеличилась. По сравнению с чистым ТПУ, когда добавление FR составляло 18%, а глины - 1%, прочность на разрыв, удлинение при разрыве и прочность на раздир снизились на 48,7%, 39,4% и 11,1% соответственно. Между тем, огнестойкость по-прежнему достигла UL94 V-0 с LOI 32,8%.

Расширяемый графит (ЭГ) представляет собой специальное интеркаляционное соединение графита, образующееся в результате химической обработки природного чешуйчатого графита. Графит имеет слоистую структуру, позволяющую щелочным металлам, сильным окисляющим кислотам и другим внедряться между слоями, образуя интеркаляционные соединения. Они начинают расширяться примерно при 200°C из-за разложения, газификации и расширения интеркалированных соединений, достигая максимального расширения около 900°C, при этом степень расширения потенциально достигает 280 раз. Расширенный графит превращается из чешуек в «червеобразные» структуры низкой плотности. Это повышает стабильность слоя угля за счет перекрестной сети, предотвращая отсоединение слоя угля. Это образует на поверхности материала эффективный теплоизоляционный и кислородбарьерный слой, способный блокировать передачу тепла к поверхности и препятствовать диффузии низкомолекулярных горючих газов, образующихся в результате внутреннего разложения, в зону горения. Это предотвращает дальнейшее разложение полимера, тем самым прерывая цепь сгорания и обеспечивая эффективную противопожарную защиту и огнестойкость..

Графит не вступает в химическую реакцию с полиуретаном, но при температуре от 200°C до 300°C он образует слой угля, напоминающий червоточину, который инкапсулирует разлагающийся полиуретан. Этот слой остается относительно стабильным при высоких температурах, предотвращая передачу тепла от источника тепла к внутреннему материалу и препятствуя миграции продуктов разложения от внутреннего материала к источнику тепла, тем самым улучшая термическую стабильность материала.

В ходе исследований и разработок компания Yinsu Flame Retardants обнаружила, что расширяемый графит также является высокоэффективным синергетическим антипиреном . «Червеобразный» слой угля, образующийся в результате его мгновенного расширения при воздействии огня, обеспечивает эффективную теплоизоляцию и кислородный барьер. В сочетании с такими системами, как неорганические антипирены и наноглины, упомянутые в статье, он предлагает более разнообразный подход к решению проблемы баланса огнестойкости и физических свойств в таких материалах, как ТПУ. Добро пожаловать, чтобы узнать более подробную информацию ~