Résoudre le défi de l'ignifugation du TPU : ignifuges inorganiques + nano-compositing – obtention à la fois des propriétés physiques et de l'ignifugation

Résoudre le défi de l'ignifugation du TPU : ignifuges inorganiques + nano-compositing – obtention à la fois des propriétés physiques et de l'ignifugation

En raison des limites du coût des matières premières, du développement technologique et des conditions d'utilisation, les retardateurs de flamme minéraux actuellement appliqués à grande échelle sont principalement des retardateurs de flamme à l'hydroxyde d'aluminium et des retardateurs de flamme à l'hydroxyde de magnésium (brucite). L'hydroxyde d'aluminium est le retardateur de flamme minéral le plus utilisé au monde en termes de volume, représentant environ 45 % de la consommation totale de retardateur de flamme. Sur les marchés nationaux et internationaux, l'hydroxyde d'aluminium utilisé pour l'ignifugation est principalement du trihydrate d'alpha-alumine (ATH，-Al2Os·3H2O). L'hydroxyde de magnésium est un autre ignifugeant écologique majeur après l'hydroxyde d'aluminium. Les États-Unis sont en tête à la fois en termes de volume de production et de variété de retardateurs de flamme à base d’hydroxyde de magnésium. Bien que la Chine possède d’abondantes ressources en hydroxyde de magnésium , la recherche sur les ignifugeants à base d’hydroxyde de magnésium a commencé relativement tard, et sa production, son échelle, sa variété et sa qualité sont constamment en retard par rapport aux normes internationales.

Pour les retardateurs de flamme inorganiques , l'obtention d'un niveau élevé de retardateur de flamme nécessite un ajout important de retardateur de flamme. Cependant, les substances inorganiques ont généralement une mauvaise compatibilité avec les matrices polymères. Leur incorporation importante peut avoir un impact négatif sur les propriétés mécaniques et thermiques de matériaux comme le TPU. Pour améliorer la compatibilité, un traitement de surface approprié avec des retardateurs de flamme inorganiques est nécessaire.

Lorsque le mica et l'ATH sont ajoutés comme additifs aux matériaux polyuréthane, l'ATH démontre un effet ignifuge évident mais réduit la résistance à la traction et la dureté du matériau. Le mica, possédant d'excellentes propriétés d'isolation thermique, peut compenser partiellement l'impact négatif sur les propriétés mécaniques du TPU provoqué par l'introduction de l'ATH lorsqu'il est utilisé en combinaison, ce qui en fait un complément bénéfique à l'ATH.

Les minéraux argileux peuvent être uniformément dispersés dans des polymères à l’échelle nanométrique. Les lamelles nanométriques des minéraux argileux agissent comme des barrières en deux dimensions, empêchant les petites molécules, les vapeurs combustibles et la chaleur libérée générée lors de la combustion du polymère. Cela influence considérablement la dégradation et la combustion de la phase condensée du polymère. De plus, les lamelles d'argile en deux dimensions peuvent également empêcher le retour de chaleur produite lors de la combustion en phase gazeuse vers la phase condensée, améliorant ainsi le caractère ignifuge du polymère. Les lamelles d'argile dispersées à l'échelle nanométrique limitent considérablement la mobilité des chaînes macromoléculaires polymères, ce qui entraîne des températures de décomposition plus élevées pour ces chaînes lorsqu'elles sont chauffées par rapport aux chaînes moléculaires complètement libres.

L'ignifugation a été conférée au TPU à base de polyester à l'aide d'un ignifugeant domestique azote-phosphore (FR) combiné à de l'argile organique. Lorsque l'ajout de FR était de 18 %, le matériau a atteint un indice UL94 V-0 et un LOI de 32,8 %. Cependant, la résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance à la déchirure ont diminué respectivement de 52,0 %, 44,0 % et 12,3 %, tandis que la dureté Shore A a augmenté. Par rapport au TPU pur, lorsque l'ajout de FR était de 18 % et l'ajout d'argile de 1 %, la résistance à la traction, l'allongement à la rupture et la résistance à la déchirure ont diminué respectivement de 48,7 %, 39,4 % et 11,1 %. Pendant ce temps, le caractère ignifuge atteint toujours UL94 V-0 avec un LOI de 32,8 %.

Le graphite expansible (EG) est un composé d'intercalation de graphite spécial formé par traitement chimique du graphite naturel en flocons. Le graphite a une structure en couches, permettant aux métaux alcalins, aux oxyacides fortement oxydants et à d'autres d'être insérés entre les couches, formant des composés d'intercalation. Ceux-ci commencent à se dilater vers 200°C en raison de la décomposition, de la gazéification et de l'expansion des composés intercalés, atteignant une expansion maximale autour de 900°C, avec un taux d'expansion pouvant atteindre 280 fois. Le graphite expansé se transforme de flocons en structures « en forme de ver » de faible densité. Il améliore la stabilité de la couche de caractères grâce à un réseau réticulé, empêchant la couche de caractères de se détacher. Cela forme une couche efficace d'isolation thermique et de barrière à l'oxygène sur la surface du matériau, capable de bloquer le transfert de chaleur vers la surface et d'empêcher la diffusion de petites molécules de gaz inflammables produites par décomposition interne vers la zone de combustion. Cela empêche une dégradation supplémentaire du polymère, interrompant ainsi la chaîne de combustion et offrant une protection incendie et un retardateur de flamme efficaces..

Le graphite ne réagit pas chimiquement avec le polyuréthane, mais entre 200°C et 300°C, il forme une couche de charbon semblable à un trou de ver qui encapsule le polyuréthane en décomposition. Cette couche reste relativement stable à des températures élevées, empêchant le transfert de chaleur de la source de chaleur vers le matériau interne et empêchant la migration des produits de décomposition du matériau interne vers la source de chaleur, améliorant ainsi la stabilité thermique du matériau.

Au cours de son processus de R&D, Yinsu Flame Retardants a découvert que le graphite expansible est également un ignifuge synergique très efficace . La couche de charbon « en forme de ver » formée par son expansion instantanée lors de l'exposition au feu offre une isolation thermique et une barrière contre l'oxygène efficaces. Lorsqu'il est combiné avec des systèmes tels que les retardateurs de flamme inorganiques et les nano-argiles mentionnés dans l'article, il offre une approche plus diversifiée pour résoudre le défi consistant à équilibrer le caractère ignifuge et les propriétés physiques de matériaux comme le TPU. Bienvenue pour vous renseigner pour plus de détails ~