Със затягането на глобалните екологични разпоредби и задълбочаването на концепциите за устойчиво развитие,забавители на горенето без халогенисе превърнаха в основен избор за забавяща горенето модификация на полимерни материали. В сравнение с традиционните халогенирани забавители на горенето, системите без халогени произвеждат по-малко дим и корозивни газове по време на горене и не произвеждат токсични диоксиноподобни вещества. Въпреки това, различни забавители на горенето без халогени, като например на базата на фосфор, на основата на азот, метални хидроксиди и експандиран тип имат различни свойства на пазара. Как да се направи научен избор въз основа на материални системи и сценарии за приложение се превърна в ключов проблем, пред който са изправени техниците. Тази статия ще анализира логиката на избора на безхалогенни забавители на горенето от множество измерения.
Безхалогенните забавители на горенето функционират главно по два начина: забавителите на горенето в газова фаза се разлагат, за да се получат незапалими газове (като азот и водна пара), които разреждат кислорода и запалимите газове; Кондензираната фаза забавител на горенето образува въглероден слой върху повърхността на материала, изолиращ преноса на топлина и кислород. Забавителите на горенето на базата на фосфор (като фосфатни естери и амониев полифосфат) действат главно в кондензираната фаза, докато забавителите на горенето на основата на азот (като меламин и неговите производни) действат повече през газовата фаза. Разбирането на тази фундаментална разлика е първата стъпка в избора.
Само един забавител на горенето често не успява да постигне желания ефект. Синергичната система фосфорен азот е най-класическата комбинация, в която амониевият полифосфат (източник на киселина) се използва в комбинация с меламин (източник на газ) за образуване на плътен експандиран въглероден слой, което значително подобрява ефективността на забавяне на горенето. Металните хидроксиди (алуминиев хидроксид, магнезиев хидроксид) изискват голямо количество добавка (обикновено 50-60%), но ако се комбинират с малко количество синергисти като органосилиций и цинков борат, добавеното количество може да бъде намалено и механичните свойства могат да бъдат подобрени.
Полярните полимери (като PA и PBT) имат добра съвместимост с полярни забавители на горенето (като базирани на фосфор) и могат да се комбинират чрез химични или водородни връзки, с равномерна дисперсия и минимално въздействие върху механичните свойства. Неполярните полиолефини (PP, PE) са по-подходящи за използване на повърхностно модифицирани метални хидроксиди или микрокапсулирани забавители на горенето за подобряване на междуфазното свързване.
Топлинната стабилност е ключов технически показател.Алуминиев хидроксидзапочва да се разлага над 200 ℃, така че не е подходящ за обработка на инженерни пластмаси с температури над 200 ℃. За материали като PBT и PA6 с температури на обработка между 240-280 ℃ трябва да се изберат забавители на горенето на фосфорна основа с висока термична стабилност (като хипофосфати) или магнезиев хидроксид с повърхностно покритие.
Прозрачните продукти (като PC, PMMA) трябва да избират забавители на горенето със съвпадение на индекса на пречупване. Органичните силиконови забавители на горенето имат сравнително малко влияние върху прозрачността, докато металните хидроксиди могат да причинят силно разпръскване. Контролът на размера на частиците е от решаващо значение и дисперсиите със забавяне на горенето на субмикронно ниво могат да сведат до минимум разсейването на светлината до възможно най-голяма степен.
Ограничаващият кислороден индекс (LOI) и конусният калориметричен тест са основните методи за оценка. Колкото по-висока е стойността на LOI, толкова по-трудно е материалът да гори във въздуха (обикновено>28% се счита за забавящ горенето). Конусният калориметър може да получи кинетични параметри като пикова скорост на отделяне на топлина (pHRR) и обща скорост на отделяне на топлина (THR), научно отразявайки ефективността при реални пожарни сценарии.
Добавянето на забавители на горенето неизбежно влияе върху механичните свойства. Техниките за модифициране на повърхността като силанови свързващи агенти и третиране с естер на титанова киселина могат да подобрят междинното свързване; Оптимизирането на размера на частиците (1-5 μm е оптимално) и контролът на морфологията (листовият магнезиев хидроксид е по-добър от кубичния) може да намали точките на концентрация на напрежение. Предложете да използвате експериментални проекти като метода на Тагучи за оптимизиране на съотношението на забавители на горенето, заздравяващи агенти и смазочни материали.
Степента на задържане на забавяне на горенето след стареене при мокра топлина (85 ℃/85% RH) и UV стареене е ключът към практическото приложение. Някои забавители на горенето на фосфатни естери представляват риск от хидролиза и изискват микрокапсулиране или модификация на молекулярната структура (въвеждане на ароматни пръстени), за да се подобри издръжливостта.
Слоестите двойни хидроксиди (LDH), монтморилонит и други наноматериали могат значително да намалят скоростта на отделяне на топлина, когато се добавят в количество от 3-5%, и имат малък ефект върху механичните свойства, но проблемът с дисперсията трябва да бъде решен. Въглеродните нанотръби/графен могат да образуват триизмерен мрежов въглероден слой, което е нова посока за ефективно потискане на дима и забавяне на пламъка.
Забавителите на горенето, получени от биомаса, като фитинова киселина, нишесте и лигнин, постепенно стават практични. Тези материали имат високо съдържание на въглерод, добри карбонизиращи свойства и отговарят на концепцията за кръгова икономика. Въпреки че ефективността все още трябва да бъде подобрена, те започнаха да се прилагат в области с изключително високи екологични изисквания.
С развитието на технологията за симулация на материали (молекулярна динамика, прогнозиране на машинно обучение), изборът на забавители на горенето се измества от емпирични проби и грешки към рационален дизайн. В бъдеще интелигентните системи за забавяне на горенето, които съчетават висока ефективност, ниска токсичност и множество функции (потискане на дим, против капене и подобряване) ще се превърнат във фокус на изследванията и развитието, а дълбокото разбиране на взаимодействието между материали, забавители на горенето и процеси винаги ще бъде технологичният крайъгълен камък за вземане на най-добрия избор.
