Полимерлі материалдардың отқа төзімділігінің технологиялық жолында бейорганикалық отқа төзімді толтырғыштар қоршаған ортаға зиянсыздығы, төмен түтін және төмен уыттылық және жоғары термиялық тұрақтылық сияқты көрнекті артықшылықтарына байланысты дәстүрлі галогенді жалынға қарсы заттарды алмастыратын негізгі таңдау болды. Дегенмен, толтырғыштардың әртүрлі түрлерімен бетпе-бет келгендеалюминий гидроксиді, магний гидроксиді, кеңейтілетін графит,мырыш боратыжәне т.б., ғылыми принциптерге және нақты қажеттіліктерге негізделген нақты таңдауларды қалай жасау керектігі материалды зерттеу және инженерлік қолданбалардағы негізгі мәселе болып табылады. Бұл мақала отқа төзімді механизмнен басталып, бейорганикалық отқа төзімді толтырғыштарды таңдаған кезде ескеру қажет негізгі академиялық параметрлер мен практикалық қолдану элементтерін жүйелі түрде талдайды.
Бейорганикалық жалынға төзімді толтырғыштар бір химиялық үзіліс реакциясы арқылы жұмыс істемейді, негізінен келесі аспектілерді қамтитын көп механизмді синергиялық физика-химиялық процесс арқылы жұмыс істейді:
1. Эндотермиялық ыдырау және салқындату әсерлері: Алюминий гидроксиді (ATH, ыдырау температурасы шамамен 180-200 ℃) және магний гидроксиді (MDH, ыдырау температурасы шамамен 330-350 ℃) қыздырылған кезде эндотермиялық ыдырау реакцияларына түседі ATH: 2Al(OH)Al₃(OH)Al₃(OH)+ 3H₂O；MDH: Mg(OH)₂ → MgO + H₂O), көп мөлшерде жылуды жұтады, полимер матрицасының температурасын төмендетеді және газ фазалық жанғыш газдар мен оттегін сұйылту үшін су буын шығарады.
2. Тосқауыл оқшаулау әсері: ыдыраудан кейін түзілетін металл оксидтері (мысалы, Al₂O₃、MgO) материалдың бетін жауып, жылу беруді, оттегінің диффузиясын және жанғыш заттардың ұшпалануын тиімді оқшаулайтын тығыз және тұрақты қалдық көміртек қабатын құрайды.
3. Газ фазасын сұйылту және бос радикалды ұстау: ыдырау нәтижесінде пайда болатын су буы және көмірқышқыл газы сияқты жанбайтын газдар жалын аймағындағы бос радикалдар мен жанғыш газдардың концентрациясын сұйылтады. Жартылай толтырғыштар немесе олардың ыдырау өнімдері жану реакцияларына ықпал ететін H · және OH · радикалдарын ұстай алады.
4. Каталитикалық карбонизация және кросс-байланыстыру: Кейбір модификацияланған металл гидроксидтері, мырыш бораты және т.б. жану кезінде полимерлердің сусыздануын және кросс-байланыстыру реакцияларын дамытады, барған сайын тұрақты кеңейтілген көміртекті қабаттарды қалыптастырады және тосқауылдың тиімділігін арттырады.
Таңдау процесі келесі көп өлшемді параметрлердің айқас талдауына негізделуі керек:
·Ыдырау температурасы: Бұл таңдаудың негізгі критерийі. ATH төмен температурада ыдырауы мерзімінен бұрын ыдырауды және өңдеу кезінде көпіршіктердің пайда болуын болдырмау үшін температурасы төмен полимерлерді (мысалы, ПВХ, EPDM және кейбір резеңке) өңдеуге жарамды. MDH жоғары ыдырау температурасы PP, PE, PA, EVA және т.б. сияқты өңдеу температурасы жоғары полимерлермен сәйкес келеді.
·Жылуды сіңіру: толтырғыштың бірлік массасының ыдырауы кезінде сіңірілетін жылу неғұрлым көп болса, оның салқындату әсері соғұрлым маңызды. АТГ-ның теориялық жылуды сіңіруі шамамен 1,17 кДж/г, ал МДГ - шамамен 1,44 кДж/г.
· Кристалл құрылымы және морфологиясы: Арнайы морфологиясы бар толтырғыштар (мысалы, үлпектер немесе талшықтар) материалда физикалық кедергі желісін құруға қолайлырақ болуы мүмкін. Жоғары тазалық пен тұрақты кристалды құрылым әдетте тұрақты жылу өнімділігін береді.
· Бірлескен құрамдау жүйесі: Құрастыру технологиясын қабылдау қосылған бір толтырғыштың мөлшерін азайту және жан-жақты өнімділікті жақсарту үшін маңызды бағыт болып табылады. Мысалы:
·ATH/MDH кешені: жылуды сіңіру температурасының ауқымын кеңейтіңіз.
·Фосфор негізіндегі және азот негізіндегі жалынға қарсы заттармен қосынды: фосфор азотты металы сияқты бірнеше элементтердің синергиялық әсерін тудырады, бұл күшті кеңейтілген көміртекті қабаттың пайда болуына ықпал етеді.
· Көміртекті нанотүтіктермен, қабатты силикаттармен (монтмориллонит) және т.б. қосылыстар: толық физикалық кедергі желісін құру үшін.
·Механикалық қасиеттері: Толтырғыштардың созылу беріктігіне, иілу модуліне, соққы беріктігіне және үзілу кезіндегі ұзаруға әсерін бағалаңыз. Жақсы бетті өзгерту және тиісті бөлшектер өлшемі жағымсыз әсерлерді азайтуға көмектеседі.
·Электрлік өнімділік: Сымдар мен кабельдер сияқты қолданбалар үшін толтырғыштардың көлемдік кедергіге және диэлектрлік қасиеттерге әсеріне назар аудару керек.
·Өңдеу өнімділігі: жоғары толтыру мазмұны балқыманың тұтқырлығын айтарлықтай арттырады, бұл экструзия және бүрку сияқты процестерге әсер етеді. Оның өңдеу терезесіне және өндіріс тиімділігіне әсерін бағалау қажет.
|
Толтырғыш түрі |
Негізгі химиялық компоненттер |
Ыдырау температурасының диапазоны |
Жалынға қарсы негізгі механизм |
Артықшылық |
Кемшіліктер/Қиындықтар |
Әдеттегі қолданылатын полимерлер |
|
Алюминий гидроксиді (ATH) |
Al(OH)₃ |
~180-200°C |
Эндотермиялық ыдырау, газ фазалық сұйылту, тосқауыл |
Төмен құны, жақсы түтін басуы, экологиялық таза және улы емес |
Төмен ыдырау температурасы, нашар ыстыққа төзімділік, жоғары қосу мөлшері |
ПВХ， Каучук, эпоксидті шайыр, полиэстер |
|
Магний гидроксиді (MDH) |
(MDH) Mg(OH)₂ |
~330-350°C |
Эндотермиялық ыдырау, газ фазалық сұйылту, тосқауыл |
Жоғары ыдырау температурасы, күшті түтін басу, экологиялық таза |
ATH салыстырмалы жоғары құны, үлкен қосу мөлшері, қышқыл ортаға сезімтал |
PP，PE，EVA，PA，PET
|
|
Кеңейтілетін графит (EG) |
Аралас графит |
~200-300°C（кеңейту） |
Жылу оқшаулау мен оттегі тосқауылын қамтамасыз ететін көміртегі қабаты тәрізді құрт қалыптастыру үшін кеңейеді |
Тиімді кеңейту кедергісі, төмен тығыздық, төмен түтін |
Терең түс, жоғары өткізгіштік, механикалық қасиеттерге айтарлықтай әсер ету, бетті өңдеуді қажет етеді |
Полиуретанды көбік, полиолефин, жабын |
|
Мырыш бораты (ZB) |
xZnO·yB₂O₃·zH₂O |
300°C（Сусыздандыру） |
Карбонизацияға ықпал етіңіз, шыны тәрізді тосқауыл жасаңыз және бос радикалдарды ұстаңыз |
Көп функциялы синергист, түтін басу, жануды басу, төмен уыттылық |
Жалынға қарсы тиімділік жалғыз пайдаланған кезде шектеледі және ол жиі синергетикалық агент ретінде пайдаланылады |
ATH/MDH, галогенді/галогенсіз жүйелермен қосылыс |
|
Микрокапсулирленген қызыл фосфор |
P (жабын қабаты) |
300°C（Фосфорды бөлу） |
Газ фазасындағы бос радикалдарды ұстау қатты фазалық карбонизацияға ықпал етеді |
Жалынға төзімділігі жоғары, қосу мөлшері салыстырмалы түрде аз |
Түсті (қошқыл қызыл), гигроскопиялық, дұрыс емес өңдеу фосфин қаупін тудырады, қатаң жабын қажет |
PA，PBT， эпоксидті шайыр |
1. Қолдану сценарийлері мен стандарттарын нақтылаңыз: Біріншіден, соңғы өнімді пайдалану ортасын (температура, ылғалдылық, ауа райына төзімділік), орындалуы тиіс отқа төзімді стандарттарды (UL94, LOI, GB8624, т.б.) және жалынға төзімділіктен басқа негізгі өнімділік талаптарын (механика, электр қуаты, мөлдірлік, т.б.) анықтаңыз.
2. Матрицалық полимердің сипаттамаларын сәйкестендіру: Өңдеу температурасына, химиялық полярлығына және полимердің термиялық тұрақтылығына негізделе отырып, ыдырау температурасының жақсы сәйкестігі мен үйлесімділігі болуы мүмкін толтырғыш түрлерін алдын ала экрандаңыз.
3. Беттік өзгерту стратегиясының дизайны: Интерфейстік үйлесімділікті жақсарту үшін таңдалған толтырғыш пен полимер жүйесі үшін сәйкес байланыстырушы агенттерді немесе бетті өңдеу агенттерін таңдаңыз.
Бейорганикалық жалынға қарсы толтырғыштарды таңдау - бұл көптеген шектеулер кезінде оңтайлы шешімдерді іздейтін жүйелі инженерлік процесс және «әмбебап» толтырғыш сияқты нәрсе жоқ. Идеал таңдау «толтырғыш сипаттамаларының жалынға төзімді механизмінің полимер қасиеттерінің процесс шарттарының өнімділігі талаптарының» бес өлшемді қатынастар тізбегін терең түсінуге негізделуі керек. Болашақта нанотехнологияның, беттік инженерияның, бірлескен теорияның және компьютерлік модельдеудің (мысалы, молекулалық динамика көмегімен скрининг) одан әрі дамуымен бейорганикалық отқа төзімді толтырғыштарды таңдау дәлірек, тиімді және функционалды түрде біріктірілген бағыттарға қарай дамиды. ҒЗТКЖ қызметкерлері үшін материалтану саласындағы алдыңғы қатарды үнемі қадағалап отыру және оны жүйелі эксперименттік тексерумен біріктіру ең жақсы техникалық шешімдерді қабылдаудың негізі болып табылады.
