La influencia del contenido de fibra de vidrio en el rendimiento retardante de la llama del polipropileno reforzado con fibra de vidrio retardante sin halógeno

La influencia del contenido de fibra de vidrio en el rendimiento retardante de la llama del polipropileno reforzado con fibra de vidrio retardante sin halógeno

El polipropileno reforzado con fibra de vidrio (PP/GF) se caracteriza por su baja densidad, excelente resistencia al calor y resistencia a la fluencia, y una alta relación costo-rendimiento. Se utiliza ampliamente en industrias como electrónica, aeroespacial y automotriz para fabricar componentes livianos y de paredes delgadas como sustituto de los plásticos de acero e ingeniería.

El índice limitante de oxígeno (LOI) de PP es de aproximadamente el 17.0%, clasificándolo como un material inflamable. Cuando se quema, produce una gran cantidad de gotas de fusión en llamas y libera una cantidad significativa de calor. Aunque la adición de GF suprime significativamente el fenómeno de caída de fusión, el 'efecto de mecha' de GF conduce a una mayor duración de combustión y una mayor liberación de calor. Al exigir los campos de aplicación, es necesario tratar PP/GF con retardantes de llama. En los últimos años, algunos sistemas de retardantes de llama de antimonía de bromo han producido vapores tóxicos en la combustión, lo que lleva a la prohibición de ciertos retardantes de llama a base de bromo, como el éter decabromodiphenilo, por leyes y regulaciones internacionales e internacionales relevantes.

El sistema de retardantes de llama de halógeno y fósforo-nitrógeno de fósforo tiene las ventajas de ser ecológicos y rentables, y se ha aplicado prácticamente en el campo de los materiales de poliolefina. Por ejemplo, el ácido diphosfórico de piperazina (PA PP) contiene elementos de fósforo y nitrógeno y tiene un número relativamente alto de grupos hidroxilo, que pueden servir como la 'fuente ácida ' y 'Fuente de carbón ' en el sistema de retardo de flame intumente. Este documento investiga el impacto del contenido de GF en las propiedades de los materiales PP/GF formulando un retardante de llama intumescente con PA PP y MPP, mientras mantiene la cantidad de retardante de llama constante.

I. El impacto del contenido de fibra de vidrio (GF) en el retraso de la llama

De las Figuras 1 y 2, se puede observar que las superficies de las muestras formaron una capa de carbono expandida durante la prueba de LOI (índice de oxígeno limitante) y la prueba de quema vertical, lo que indica que el retardante de la llama funciona mediante la expansión de la fase sólida y la formación de carbón.

Cuando el contenido del retardante de la llama es constante, un aumento en el contenido de GF mejora el retraso de la llama del material PP/GF (cuando GF es inferior al 30%).

Esto se debe a que, por un lado, a medida que aumenta el contenido de GF, la cantidad relativa de la matriz PP disminuye, lo que lleva a una reducción en la cantidad de fragmentos combustibles producidos por la pirólisis de la matriz durante la prueba de LOI. Además, con el aumento del contenido de GF, la velocidad de flujo de fusión del material disminuye, lo que es beneficioso para mejorar el fenómeno de goteo en muestras más delgadas, lo que les facilita pasar la prueba de quema vertical. Por otro lado, se debe al mecanismo de 'carbonización de fase sólida de retardante de la llama, donde la capa de carbono formada encapsula efectivamente la superficie de la muestra y no está ' pinchado 'por los residuos de alta temperatura del GF. La capa protectora aislante y aislante de oxígeno resultante reduce el escape de materiales combustibles, proporcionando mejores efectos retardantes de llama.

II. El impacto del contenido de fibra de vidrio (GF) en la estabilidad térmica

La incorporación de GF en materiales de polímero mejora varias propiedades físicas, como la estabilidad dimensional y la temperatura de deflexión de calor. El análisis TG (termogravimétrico) puede proporcionar parámetros de descomposición térmica de los materiales de polímero en condiciones sin oxígeno y que contienen oxígeno, lo que es crucial para estudiar los mecanismos de retardantes de la llama de los materiales.

Tras la adición de GF, el rendimiento de carbón a altas temperaturas aumenta con el aumento del contenido de GF. Cuando el contenido de GF aumenta al 25%, el rendimiento de carbón de la muestra 4 a 700 ° C aumenta al 39.4%, lo que indica que la muestra produce menos gas combustible a altas temperaturas, principalmente que consisten en residuos carbonosos sólidos no combustibles. De la Tabla 3 y la Figura 4, se puede observar que bajo la atmósfera del aire, el material sufre degradación termoxidativa bajo la influencia del oxígeno. La temperatura de descomposición inicial de la muestra comparativa 1 bajo el aire se reduce a 306.4 ° C en comparación con la atmósfera de nitrógeno, y las temperaturas de descomposición inicial de las muestras 2 a 4 también se reducen a alrededor de 298 ° C bajo el aire, con un interval de pérdida de peso principal entre 300 y 500 ° C. La etapa temprana implica la descomposición termooxidativa de la matriz PP junto con la descomposición y la pérdida de peso del retardante de la llama. A altas temperaturas, la capa de carbono sufre aún más descomposición oxidativa en presencia de oxígeno. En la etapa de alta temperatura, el rendimiento de carbón de muestras con diferentes contenidos de GF es mayor que el de la muestra 1, principalmente porque GF no se descompone fácilmente a altas temperaturas.

En resumen, la adición de GF reduce la temperatura de descomposición térmica inicial del material PP/GF-retardante de llama y mejora su estabilidad térmica a altas temperaturas.

Iii. El impacto del contenido de fibra de vidrio (GF) en el rendimiento de la combustión

Bajo la influencia de la radiación de calor externo, el retardante de la llama forma una capa protectora aislante al expandirse en Char en la superficie de las muestras. Después de la prueba, el grosor de la capa de carbón expandido de la muestra comparativa 1 fue de aproximadamente 2,5 cm. En comparación, la muestra 2 con 15% GF tenía un espesor de capa de carbón ampliado aumentado a aproximadamente 6.2 cm.

A medida que aumenta el contenido de GF, el grosor de la capa de carbón ampliada disminuye, con la muestra 4 que muestra un espesor de capa de carbón expandido reducido a aproximadamente 5.0 cm. Esto se debe a que, por un lado, la GF es relativamente estable a altas temperaturas, y los residuos de alta temperatura de GF actúan como un 'esqueleto de carbón' durante la expansión de la capa de carbón, promoviendo así un aumento en el grosor de la capa de carbón expandida en la adición de GF. Por otro lado, cuando el contenido de GF es alto, la mayor cantidad de residuos GF de alta temperatura también suprime la expansión de la capa de carbón, lo que lleva a una disminución gradual en el grosor de la capa de carbón expandida.

La adición de GF no afectó varios parámetros de combustión del material, como la tasa de liberación de calor máxima (PRHR), lo que indica que los materiales tienen buena seguridad contra incendios. Además, con la adición de GF como fibra inerte, la cantidad relativa de la matriz PP disminuye, lo que lleva a una reducción en los combustibles en fase gaseosa durante la combustión. A altas temperaturas, la fase sólida consiste en residuos no combustibles, y la curva de tiempo de residuos indica que con la adición de GF, el residuo a altas temperaturas es mayor, lo que resulta en emisiones de gas combustibles más bajas, menor liberación de calor durante la combustión y menor producción de humo. Al mismo tiempo, la adición de GF no afectó varios índices de seguridad contra incendios del material, como el índice de tasa de crecimiento de incendios (FIGRA), que es la relación de PRHR hasta el momento de alcanzar el pico de PRHR, y la tasa de radiación de calor promedio máxima (MAHRE), ninguno de los cuales mostró cambios significativos.

IV. Conclusión

En respuesta a la demanda del mercado de retardantes de llama libres de halógenos para polipropileno (PP), Guangzhou Yinsu Flame Retardant Company ha invertido activamente en investigación y desarrollo, lanzando con éxito una variedad de productos de retardante de llama sin halógenos, que pueden lograr las calificaciones V0 y V2. Estos incluyen retardantes de llama intumescente basados ​​en ácido diphosfórico de piperazina, retardantes de llama de fósforo rojo y retardantes de llama de baja halógena con el medio ambiente. Estos productos no solo satisfacen la demanda del mercado de retardantes de llama ecológicos y altamente efectivos, sino que también demuestran la fortaleza técnica y las capacidades de innovación de la compañía en el campo de los retardantes de la llama.

Por ejemplo, la compañía ha desarrollado la serie P PA P-15 de retardantes de llama sin halógenos, diseñados específicamente para productos de poliolefina como polipropileno (PP) y polietileno (PE). Estos productos exhiben excelentes propiedades de carbonización y retardantes de llama, capaces de cumplir con el estándar UL-94 V-0. Además, el PPV2-8H de Red PPV2-8H de la compañía se ha desarrollado para abordar el problema desafiante del retraso de las llamas en PP reciclado. Estos productos se caracterizan por su baja adición, buenos efectos de dispersión y compatibilidad con varios materiales. Pueden mejorar de manera efectiva el retraso de los materiales de la llama mientras mantienen sus propiedades físicas y químicas originales.