L'influence de la teneur en fibres de verre sur les performances ignifuges de la flamme du polypropylène renforcé de fibre de verre sans ignifuge sans halogène

L'influence de la teneur en fibres de verre sur les performances ignifuges de la flamme du polypropylène renforcé de fibre de verre sans ignifuge sans halogène

Le polypropylène renforcé de fibre de verre (PP / GF) est caractérisé par sa faible densité, sa excellente résistance à la chaleur et sa résistance au fluage et son rapport coût-performance élevé. Il est largement utilisé dans des industries telles que l'électronique, l'aérospatiale et l'automobile pour fabriquer des composants légers et à parois minces en tant que substitut des plastiques en acier et en ingénierie.

L'indice d'oxygène limitant (LOI) de PP est d'environ 17,0%, le classant comme un matériau inflammable. Lorsqu'il brûle, il produit un grand nombre de chutes de fusion flamboyant et libère une quantité importante de chaleur. Bien que l'ajout de GF supprime de manière significative le phénomène de chute de fonte, l'effet 'de mèche ' de GF conduit à une durée de combustion plus longue et à une plus grande libération de chaleur. Dans les champs d'application exigeants, il est nécessaire de traiter PP / GF avec des retardateurs de flamme. Ces dernières années, certains systèmes issus de flammes de la flamme du brome ont produit des fumées toxiques lors de la combustion, conduisant à l'interdiction de certains retardateurs de flamme à base de brome, tels que l'éther décabromodiphényle, par des lois et réglementations nationales et internationales pertinentes.

Le système de phosphore-azote intumescent, respectueux de l'environnement, sans halogène, a les avantages d'être écologique et rentable, et a été pratiquement appliqué dans le domaine des matériaux de polyoléfine. Par exemple, l'acide diphosphorique de pipérazine (PA PP) contient des éléments de phosphore et d'azote et a un nombre relativement élevé de groupes hydroxyle, qui peuvent servir à la fois de 'Source acide ' et 'Char Source ' dans le système de retard de flamme intumescent. Cet article étudie l'impact de la teneur en GF sur les propriétés des matériaux PP / GF en formulant un retardateur de flamme intumescent avec PA PP et MPP, tout en gardant la quantité de retard de flamme constante.

I. L'impact de la teneur en fibres de verre (GF) sur le retard de flamme

À partir des figures 1 et 2, on peut observer que les surfaces des échantillons ont formé une couche de carbone élargie lors du test de la LOI (limitation de l'indice d'oxygène) et du test de combustion verticale, indiquant que les fonctions retardatrices de la flamme par expansion en phase solide et formation de charbon.

Lorsque la teneur en retardateur de la flamme est constante, une augmentation de la teneur en GF améliore le retard de flamme du matériau PP / GF (lorsque GF est inférieur à 30%).

En effet,, d'une part, à mesure que la teneur en GF augmente, la quantité relative de la matrice PP diminue, conduisant à une réduction de la quantité de fragments combustibles produits par la pyrolyse de la matrice pendant le test LOI. De plus, avec l'augmentation de la teneur en GF, le débit de fusion du matériau diminue, ce qui est bénéfique pour améliorer le phénomène de dégoulinage dans des échantillons plus fins, ce qui leur permet de passer plus facilement le test de combustion verticale. D'un autre côté, cela est dû au mécanisme 'en phase solide de la flamme de la flamme, où la couche de carbone formée encapsule efficacement la surface de l'échantillon et n'est pas ' ponctuée 'par les résidus à haute température du GF. La couche protectrice isolante et isolante isolante qui en résulte réduit l'évasion des matériaux combustibles, offrant de meilleurs effets issus de la flamme.

Ii L'impact de la teneur en fibres de verre (GF) sur la stabilité thermique

L'incorporation de GF dans les matériaux en polymère améliore diverses propriétés physiques telles que la stabilité dimensionnelle et la température de déflexion de la chaleur. L'analyse TG (thermogravimétrique) peut fournir des paramètres de décomposition thermique des matériaux de polymère dans des conditions sans oxygène et contenant de l'oxygène, ce qui est crucial pour étudier les mécanismes de la flamme des matériaux.

Lors de l'ajout de GF, le rendement char à des températures élevées augmente avec l'augmentation de la teneur en GF. Lorsque la teneur en GF est augmentée à 25%, le rendement en charbon de l'échantillon 4 à 700 ° C augmente à 39,4%, ce qui indique que l'échantillon produit moins de gaz combustible à des températures élevées, composé principalement de résidus carbonés solides non incombustibles. D'après le tableau 3 et la figure 4, on peut observer que sous l'atmosphère aérienne, le matériau subit une dégradation thermo-oxydante sous l'influence de l'oxygène. La température de décomposition initiale de l'échantillon comparatif 1 sous l'air est réduite à 306,4 ° C par rapport à l'atmosphère d'azote, et les températures de décomposition initiales des échantillons 2 à 4 sont également réduites à environ 298 ° C sous l'air, l'intervalle principal de perte de poids étant comprise entre 300 et 500 ° C. Le stade précoce implique la décomposition thermo-oxydante de la matrice PP avec la décomposition et la perte de poids du retardateur de flamme. À des températures élevées, la couche de carbone subit davantage une décomposition oxydative en présence d'oxygène. Au stade à haute température, le rendement en caractères d'échantillons avec différents teneurs en GF est supérieur à celui de l'échantillon 1, principalement parce que la GF n'est pas facilement décomposée à des températures élevées.

En résumé, l'ajout de GF abaisse la température de décomposition thermique initiale du matériau PP / GF ignifuge et améliore sa stabilité thermique à des températures élevées.

Iii. L'impact de la teneur en fibres de verre (GF) sur les performances de combustion

Sous l'influence du rayonnement thermique externe, le retardateur de la flamme forme une couche protectrice isolante en se développant dans du char à la surface des échantillons. Après le test, l'épaisseur de la couche de charbon étendue de l'échantillon comparatif 1 était d'environ 2,5 cm. En comparaison, l'échantillon 2 avec 15% de GF avait une épaisseur de couche de char étendue augmentée à environ 6,2 cm.

À mesure que la teneur en GF augmente, l'épaisseur de la couche de char étendue diminue, l'échantillon 4 montrant une épaisseur de couche de char étendue réduite à environ 5,0 cm. En effet, d'une part, la GF est relativement stable à des températures élevées, et les résidus à haute température de GF agissent comme un 'squelette de charbon ' pendant l'expansion de la couche char, favorisant ainsi une augmentation de l'épaisseur de la couche charbon étendue lors de l'ajout de GF. D'un autre côté, lorsque la teneur en GF est élevée, la plus grande quantité de résidus GF à haute température supprime également l'expansion de la couche char, conduisant à une diminution progressive de l'épaisseur de la couche de charbon élargie.

L'ajout de GF n'a pas affecté divers paramètres de combustion du matériau, tels que le taux de libération de chaleur maximal (PHRR), indiquant que les matériaux ont une bonne sécurité incendie. De plus, avec l'ajout de GF comme une fibre inerte, la quantité relative de la matrice PP diminue, conduisant à une réduction des combustibles en phase gazeuse pendant la combustion. À des températures élevées, la phase solide se compose de résidus non incombustibles, et la courbe de temps des résidus indique qu'avec l'ajout de GF, les résidus à des températures élevées sont plus élevés, entraînant des émissions de gaz combustibles plus faibles, une libération de chaleur plus faible pendant la combustion et une production de fumée plus faible. Dans le même temps, l'ajout de GF n'a pas affecté divers indices de sécurité incendie du matériau, tels que l'indice de taux de croissance du feu (FIGRA), qui est le rapport de PHRR au temps pour atteindre le pic de PHRR, et le taux de rayonnement thermique moyen maximal (Mahre), dont aucun n'a montré de changements significatifs.

Iv. Conclusion

En réponse à la demande du marché pour les retardateurs de flammes sans halogène pour le polypropylène (PP), la société ignifuge de flamme de Guangzhou Yinsu a activement investi dans la recherche et le développement, lançant avec succès une variété de produits issus de la flamme sans halogène, qui peuvent obtenir des cotes V0 et V2. Il s'agit notamment des retardateurs de flamme intumescents à base d'acide diphosphorique de pipérazine, de retardateurs de flamme de phosphore rouge et de retardateurs de flamme à faible halogène respectueux de l'environnement. Ces produits répondent non seulement à la demande du marché pour les retardateurs de flammes respectueux de l'environnement et très efficaces, mais démontrent également les capacités techniques et d'innovation techniques de l'entreprise dans le domaine des retardateurs de flamme.

Par exemple, la société a développé la série P PA P-15 de retardateurs de flamme sans halogène, spécialement conçus pour les produits de polyoléfine tels que le polypropylène (PP) et le polyéthylène (PE). Ces produits présentent d'excellentes propriétés de carbonisation et d'alartement des flammes, capables de respecter la norme UL-94 V-0. De plus, le Masterbatch Red Phosphors de la société PPV2-8H a été développé pour résoudre le problème difficile du retard de flamme dans PP recyclé. Ces produits sont caractérisés par leur faible addition, leurs bons effets de dispersion et leur compatibilité avec divers matériaux. Ils peuvent améliorer efficacement le retard de flamme des matériaux tout en conservant leurs propriétés physiques et chimiques d'origine.