Các loại chất chống cháy composite khác nhau là gì?

Chất chống cháy composite là một phần không thể thiếu của khoa học vật liệu hiện đại. Chúng kết hợp hai hoặc nhiều loại thành phần chống ngọn lửa theo một cách cụ thể để tạo ra hiệu ứng hiệp đồng, đạt được mức độ chậm phát triển của ngọn lửa mà một tác nhân duy nhất không thể. Hành động hiệp đồng này không chỉ tăng hiệu quả chống cháy mà còn làm giảm lượng phụ gia cần thiết, giảm thiểu các tác động tiêu cực đến các tính chất vật lý của vật liệu, như sức mạnh cơ học và khả năng xử lý.

1. Phân loại theo cơ chế chống cháy ngọn lửa

Lợi thế cốt lõi của Chất chống cháy composite nằm trong sức mạnh tổng hợp của nhiều cơ chế chống ngọn lửa của họ. Dựa trên phương thức hành động chính của họ, chúng có thể được phân loại như sau:

1. Chất chống cháy ngọn lửa composite gây ung thư halogen

   • Các thành phần cốt lõi: Chủ yếu bao gồm các chất làm chậm ngọn lửa halogen (như decabromodiphenyl ethane, nhựa epoxy bromin, v.v.) và chất làm chậm ngọn lửa vô cơ (như antimon trioxide, magiê hydroxide, nhôm hydroxit, v.v.).

   • Cơ chế: Chất chống cháy halogen giải phóng các gốc halogen trong quá trình đốt cháy, thu được các gốc được tạo ra bởi sự phân hủy nhiệt của polymer, làm gián đoạn phản ứng chuỗi đốt. Các hợp chất vô cơ như antimon trioxide ( $S{b}_2{O}_3$ ) hoạt động như một Synergist đây. Nó phản ứng với chất chống cháy halogen để tạo thành các halogen antimon hiệu quả hơn (như $SbC{l}_3$ hoặc $SbB{r}_3$ ), tăng cường hơn nữa hiệu ứng chống cháy pha khí. Hơn nữa, các hydroxit vô cơ như magiê và nhôm hydroxit hấp thụ nhiệt khi chúng phân hủy và giải phóng hơi nước để pha loãng khí dễ cháy, tạo thành một hàng rào vật lý cung cấp độ trễ ngọn lửa pha rắn.

   • Ứng dụng: Chủ yếu được sử dụng trong nhựa nhiệt dẻo như polystyrene và polypropylen, cũng như trong cách điện cáp và các vật liệu cách điện khác.

2. Chất chống cháy ngọn lửa composite phốt pho-nitơ

   • Các thành phần cốt lõi: Chủ yếu bao gồm các hợp chất chứa phốt pho (như phốt pho đỏ, este phốt phát, polyammonium phosphate, v.v.) và các hợp chất chứa nitơ (như melamine, melamine cyanurat MCA, guanidine, v.v.).

   • Cơ chế: Hiệu ứng hiệp đồng của loại chất chống cháy này rất có ý nghĩa. Các hợp chất chứa phốt pho khử nước khi được làm nóng để tạo thành một lớp char, tạo ra một rào cản dày đặc trên bề mặt vật liệu. Hàng rào này phân lập vật liệu từ nhiệt, oxy và khí dễ cháy, đóng vai trò là một Độ trễ ngọn lửa pha rắn cơ chế. Đồng thời, các hợp chất chứa nitơ phân hủy ở nhiệt độ cao để tạo ra các loại khí không cháy (như $N_2$ Và $N{H}_3$ ). Những khí này làm loãng hiệu quả nồng độ của các khí dễ cháy, đạt được Chất chống cháy pha khí tác dụng. Các hợp chất chứa nitơ cũng thúc đẩy sự hình thành của lớp char, tăng thêm hiệu suất chống ngọn lửa.

   • Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong polyurethan, nhựa epoxy, polyolefin và các lĩnh vực khác, đặc biệt là nơi bảo vệ môi trường là một cân nhắc quan trọng, như trong thiết bị điện tử, vật liệu xây dựng và vận chuyển.

3. Chất chống cháy composite Insumescent (IFR)

   • Các thành phần cốt lõi: IFRS vốn là một hệ thống tổng hợp, thường chứa ba thành phần chính:

     • Nguồn axit: Mất nước nguồn carbon để hình thành char, chẳng hạn như polyammonium phosphate (APP), axit boric hoặc axit photphoric.

     • Nguồn carbon: Một chất có thể được xúc tác bởi nguồn axit để tạo thành một lớp char ở nhiệt độ cao, như pentaerythritol, tinh bột hoặc sorbitol.

     • Nguồn xăng: Phân hủy ở nhiệt độ cao để tạo ra các loại khí không cháy, khiến lớp char bị sưng và bọt, chẳng hạn như melamine hoặc guanidine.

   • Cơ chế: Cơ chế của IFRS là một ví dụ kinh điển về Độ trễ ngọn lửa pha rắn . Khi được làm nóng, nguồn axit tạo ra axit, làm cho nguồn carbon bị mất nước và tạo thành char. Đồng thời, nguồn khí phân hủy và tạo ra các loại khí khiến lớp char tạo thành bọt và mở rộng. Điều này dẫn đến một lớp xốp xốp, không đốt, không đốt trên bề mặt vật liệu. Lớp bọt này không chỉ cách ly vật liệu khỏi oxy và nhiệt mà còn ngăn chặn sự giải phóng các khí dễ cháy, đạt được kết quả chống cháy hiệu quả cao.

   • Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong nhựa kỹ thuật, dệt may, lớp phủ và chất kết dính. Họ rất được ưa chuộng cho không có halogen và thân thiện với môi trường của cải.

2. Phân loại theo dạng chống cháy và khả năng tương thích

Ngoài cơ chế của chúng, chất làm chậm ngọn lửa tổng hợp cũng có thể được phân loại theo hình thức vật lý và khả năng tương thích của chúng với vật liệu cơ bản:

1. Chất làm chậm lửa composite

   • Đặc trưng: Hai hoặc nhiều chất chống cháy chỉ đơn giản là được pha trộn với nhau như các loại bột có kích thước micron hoặc nano, thường là một hỗn hợp của chất chống cháy vô cơ và hữu cơ.

   • Thuận lợi: Quá trình sản xuất đơn giản và chi phí tương đối thấp.

   • Nhược điểm: Có thể bị phân tán bột không đồng đều, ảnh hưởng đến sự ổn định của hiệu ứng chống ngọn lửa.

   • Ví dụ: Một hỗn hợp của antimon trioxide và decabromodiphenyl ethane.

2. Chất chống cháy cháy tổng hợp MasterBatch

   • Đặc trưng: Nhiều chất làm chậm ngọn lửa được phân tán trước thành một chất mang polymer để tạo ra các viên có độ trung tâm cao (MasterBatches).

   • Thuận lợi: Các chất chống cháy được phân tán đồng đều trong vật liệu cơ sở, cải thiện tính ổn định và nhất quán của hiệu ứng chống cháy. Hình thức MasterBatch cũng làm cho việc xử lý và xử lý dễ dàng hơn và giảm ô nhiễm bụi.

   • Nhược điểm: Chi phí sản xuất tương đối cao, đòi hỏi phải lựa chọn cẩn thận một loại nhựa vận chuyển thích hợp.

   • Ví dụ: Một masterbatch chống ngọn lửa được tạo ra bằng cách trộn chất chống cháy phốt pho-nitơ với chất mang polypropylen.

3. Chất chống cháy composite vi mô

   • Đặc trưng: Chất làm chậm ngọn lửa được gói gọn trong một vật liệu tường molcapsule khác, tạo thành cấu trúc vỏ lõi ở cấp độ micron.

   • Thuận lợi: Giải quyết vấn đề tương thích kém giữa chất chống cháy và ma trận polymer, giảm di chuyển và chảy máu của các chất phụ gia. Nó cũng bảo vệ chất chống cháy khỏi nhiệt và độ ẩm, cải thiện sự ổn định nhiệt của nó.

   • Nhược điểm: Quá trình chuẩn bị là phức tạp và tốn kém.

   • Ví dụ: Phốt pho màu đỏ vi mô, trong đó vỏ ngoài ngăn chặn hiệu quả quá trình oxy hóa và thủy phân phốt pho đỏ, giải quyết các vấn đề an toàn trong quá trình sử dụng.

Phần kết luận

Chất làm chậm ngọn lửa tổng hợp ( Hệ thống chống cháy ngọn lửa hiệp đồng ) đã trở thành một hướng quan trọng trong sự phát triển của công nghệ chống cháy do các hiệu ứng hiệp đồng độc đáo của chúng. Họ cải thiện hiệu suất chống ngọn lửa của vật liệu trong khi xem xét sự thân thiện với môi trường và khả năng xử lý. Khi nhu cầu về các vật liệu thân thiện với môi trường và hiệu suất cao tiếp tục phát triển, nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc phát triển các hệ thống tổng hợp mới, hiệu quả, không có halogen, hút thuốc thấp và tính chất độc. Các hệ thống này sẽ kết hợp các công nghệ tiên tiến như công nghệ nano và vi mô để đạt được các bước đột phá trong các ứng dụng có giá trị cao hơn.