ກົນໄກການເສີມສ້າງແບບປະສົມປະສານ ແລະ ການຕ້ານການໄຟໄໝ້ຂອງ Nano-Magnesium Hydroxide ໃນພາດສະຕິກວິສະວະກຳພິເສດ (PEEK/PPS)

ດ້ວຍການພັດທະນາຢ່າງໄວວາຂອງຍານອາວະກາດ, ຍານພາຫະນະພະລັງງານໃຫມ່, ເອເລັກໂຕຣນິກຊັ້ນສູງແລະຂົງເຂດອື່ນໆ, ມີຄວາມຕ້ອງການເກືອບທີ່ສຸດສໍາລັບການປະຕິບັດທີ່ສົມບູນແບບຂອງພາດສະຕິກວິສະວະກໍາພິເສດ. Polyether ether ketone (PEEK) ແລະ polyphenylene sulfide (PPS) ໄດ້ກາຍເປັນວັດສະດຸຫຼັກເນື່ອງຈາກການຕໍ່ຕ້ານອຸນຫະພູມສູງທີ່ດີເລີດ, ຄວາມເຂັ້ມແຂງກົນຈັກ, ແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງສານເຄມີ, ແຕ່ຄຸນສົມບັດຕ້ານ flame ປະກົດຂຶ້ນຂອງເຂົາເຈົ້າ (ລະດັບ UL94 V-2) ແມ່ນຍາກທີ່ຈະຕອບສະຫນອງມາດຕະຖານຄວາມປອດໄພທີ່ເຄັ່ງຄັດ (ເຊັ່ນ: FAR 25.853 ສໍາລັບເຮືອບິນ). ເຄື່ອງເຕີມຄວາມຕ້ານທານ flame ລະດັບ micron ແບບດັ້ງເດີມມັກຈະທໍາລາຍຄຸນສົມບັດກົນຈັກແລະການປຸງແຕ່ງຂອງພວກເຂົາຢ່າງຈິງຈັງຕາມທີ່ພວກມັນອີງໃສ່ຊື່ສຽງ, ໃນຂະນະທີ່ປັບປຸງການຈັດອັນດັບຄວາມຕ້ານທານໄຟຂອງພວກເຂົາ. ບົດຄວາມນີ້ delves ເຂົ້າໄປໃນວິທີການnano magnesium hydroxide(nano MDH), ເປັນຕົວແກ້ໄຂທີ່ສໍາຄັນ, ສາມາດທໍາລາຍຜ່ານຄໍຂວດນີ້ໃນລະບົບ PEEK/PPS ແລະບັນລຸຜົນກະທົບ synergistic ທີ່ຫາຍາກຂອງການ retardancy flame, reinforcement, ແລະຄວາມເຄັ່ງຄັດ.

Ⅰ.  ສິ່ງທ້າທາຍຫຼັກຂອງການດັດແປງການຕ້ານໄຟຂອງ PEEK ແລະ PPS

1. ຄວາມຂັດແຍ້ງລະຫວ່າງການປຸງແຕ່ງອຸນຫະພູມສູງແລະ crystallinity ສູງ:PEEK ມີອຸນຫະພູມ melting ສູງເຖິງ 343 ° C, ແລະ PPS ຍັງເກີນ 280 ° C. ປົກກະຕິ flame retardants ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະ decomposition, ສີເຫຼືອງ, ຫຼືປະຕິກິລິຍາຂ້າງຄຽງກັບ matrix ໃນອຸນຫະພູມສູງນີ້. ໃນຂະນະດຽວກັນ, PEEK/PPS ເປັນໂພລີເມີຣ໌ເຊລລີນເຄິ່ງ, ແລະຄຸນສົມບັດທີ່ດີເລີດຂອງມັນຂຶ້ນກັບການເປັນຜລຶກສູງ ແລະໂຄງສ້າງຜລຶກທີ່ສົມບູນ. ການນໍາຂອງ fillers ຕ່າງປະເທດໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍສາມາດກາຍເປັນຈຸດ nucleation heterogeneous ຫຼືຜິດປົກກະຕິໄປເຊຍກັນ, ທໍາລາຍຄວາມສົມບູນຂອງພາກພື້ນໄປເຊຍກັນແລະນໍາໄປສູ່ການຫຼຸດລົງຂອງຄວາມເຂັ້ມແຂງ, ໂມດູນ, ແລະຄວາມຕ້ານທານຄວາມຮ້ອນ (ເຊັ່ນ HDT).

2. ຄວາມບໍ່ສົມດຸນຂອງນ້ໍາຫນັກລະຫວ່າງ "ການເພີ່ມປະສິດທິພາບ" ແລະ "ຄວາມຕ້ານທານໄຟ":ສໍາລັບອົງປະກອບໂຄງສ້າງ, ການປະຕິບັດກົນຈັກແມ່ນຕົວຊີ້ວັດຕົ້ນຕໍ. ປະລິມານການເພີ່ມເຕີມທີ່ສູງຂອງເຄື່ອງຕື່ມຂະຫນາດໄມໂຄຣນ (ມັກຈະ> 30wt%) ສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງຄວາມກົດດັນທີ່ຮຸນແຮງເມື່ອບັນລຸຄວາມຕ້ານທານໄຟ V-0, ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມອ່ອນເພຍຂອງວັດສະດຸ, ການຫຼຸດລົງຢ່າງກະທັນຫັນຂອງຄວາມທົນທານຕໍ່, ແລະການສູນເສຍມູນຄ່າຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ.

Ⅱ.  ຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ເປັນເອກະລັກແລະການອອກແບບວິສະວະກໍາການໂຕ້ຕອບຂອງnano magnesium hydroxide

Nano magnesium hydroxide(ປົກກະຕິແລ້ວ <100nm ໃນຂະຫນາດ) ບໍ່ພຽງແຕ່ຫຼຸດຜ່ອນຂະຫນາດຂອງອະນຸພາກ, ມູນຄ່າຫຼັກຂອງມັນແມ່ນຢູ່ໃນການກະຕຸ້ນການປ່ຽນແປງທາງດ້ານຄຸນນະພາບໃນພຶດຕິກໍາທາງດ້ານຮ່າງກາຍແລະທາງເຄມີ.

1. ພື້ນທີ່ພິເສດສະເພາະສູງ ແລະລະບຽບການພະລັງງານດ້ານ:ພື້ນທີ່ສະເພາະອັນໃຫຍ່ຫຼວງຂອງອະນຸພາກ nanoparticles ນໍາໄປສູ່ການເພີ່ມຂຶ້ນໃນພື້ນທີ່ຕິດຕໍ່ຂອງເຂົາເຈົ້າກັບເມຕຣິກໂພລີເມີ. ດ້ວຍການດັດແປງພື້ນຜິວຫຼາຍຊັ້ນທີ່ຊັດເຈນ (ເຊັ່ນ: ການໃຊ້ silane coupling agent KH-560 ທີ່ມີແຫວນ benzene ຫຼືໂຄງສ້າງທີ່ເຄັ່ງຄັດເພື່ອສ້າງປະຕິສໍາພັນ π - π ກັບໂຄງສ້າງ ether ketone ຂອງ PEEK, ຫຼືການນໍາໃຊ້ esters titanium ພິເສດທີ່ປະສານງານກັບອະຕອມຂອງຊູນຟູຣິກ PPS), ຊັ້ນການໂຕ້ຕອບທີ່ເຂັ້ມແຂງຂອງ MDH ສາມາດກໍ່ສ້າງໄດ້. ຊັ້ນການໂຕ້ຕອບນີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ສາມາດສົ່ງຄວາມກົດດັນຢ່າງມີປະສິດທິພາບ, ແຕ່ຍັງກາຍເປັນ "ແມ່ແບບອັດສະລິຍະ" ສໍາລັບການຄວບຄຸມພຶດຕິກໍາການໄປເຊຍກັນຂອງມາຕຣິກເບື້ອງ.

2. ກົນໄກລະບຽບການໃນທາງບວກຂອງພຶດຕິກໍາການໄປເຊຍກັນຂອງ PEEK/PPS:

· nucleation heterogeneous ແລະ refinement ໄປເຊຍກັນ: MDH nano ກະແຈກກະຈາຍ uniformly ເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນຈຸດ nucleation heterogeneous ປະສິດທິພາບ, ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍເພີ່ມອຸນຫະພູມ crystallization (Tc) ແລະອັດຕາການ crystallization ຂອງ PEEK / PPS, ແລະຫຼຸດຜ່ອນພະລັງງານການກະຕຸ້ນການໄປເຊຍກັນ. ນີ້ບໍ່ໄດ້ປະກອບເປັນ spherulites ຂະຫນາດໃຫຍ່ແລະ brittle, ແຕ່ແທນທີ່ຈະເປັນທິດທາງການສ້າງຕັ້ງຂອງ microcrystals ຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າແລະກະຈາຍຫຼາຍເທົ່າທຽມກັນ. ໂຄງສ້າງ microcrystalline ທີ່ດີແມ່ນຄ້າຍຄືເຄືອຂ່າຍເສີມພາຍໃນ, ເຊິ່ງສາມາດຂັດຂວາງການແຜ່ກະຈາຍຂອງຮອຍແຕກໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ, ດັ່ງນັ້ນການປັບປຸງຫຼືແມ້ກະທັ້ງການເພີ່ມຄວາມທົນທານຂອງຜົນກະທົບໃນຂະນະທີ່ເພີ່ມໂມດູນໂຄ້ງແລະຄວາມເຂັ້ມແຂງ tensile, ທໍາລາຍຄວາມເຂົ້າໃຈແບບດັ້ງເດີມທີ່ວ່າ "ການເສີມສ້າງແມ່ນ brittle".

· morphology crystal ແລະຄວາມສົມບູນ: ການສຶກສາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ nano MDH ປານກາງແລະດີກະແຈກກະຈາຍສາມາດສົ່ງເສີມການສ້າງຕັ້ງຂອງໂຄງປະກອບການໄປເຊຍກັນທີ່ສົມບູນແລະປັບປຸງ crystallinity ຂອງ PEEK. ພາກພື້ນທີ່ຫນາແຫນ້ນຂອງ crystalline ຕົວຂອງມັນເອງມີຄວາມຫມັ້ນຄົງດ້ານຄວາມຮ້ອນທີ່ສູງຂຶ້ນແລະຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການເນົ່າເປື່ອຍ, ສ້າງເປັນອຸປະສັກທາງດ້ານຮ່າງກາຍທໍາອິດ.

Ⅲ.  ກົນ​ໄກ​ການ​ຕິດ​ຕໍ່​ຕ້ານ flame ການ​ຮ່ວມ​ມື​: ຮູບ​ແບບ​ການ​ກີດ​ຂວາງ​ສີ່​ໄລ​ຍະ​

ຜົນກະທົບຕ້ານການໄຟໄຫມ້ຂອງ nano magnesium hydroxide ໃນ PEEK / PPS ແມ່ນຢູ່ໄກຈາກ "ການຂາດນ້ໍາ endothermic", ແຕ່ແທນທີ່ຈະສ້າງລະບົບ "ສີ່ໄລຍະ synergistic barrier" ຫຼາຍລະດັບ:

1. ການເຈືອຈາງ ແລະ ຄວາມເຢັນໄລຍະອາຍແກັສ:Nano MDH ຍ່ອຍສະຫຼາຍ ແລະດູດຊຶມຄວາມຮ້ອນ (ປະມານ 1.3 kJ/g) ທີ່ອຸນຫະພູມ 340-430 ອົງສາ C, ປ່ອຍອາຍນໍ້າ. nanoscale ຂອງ​ມັນ​ເຮັດ​ໃຫ້​ການ​ເສື່ອມ​ສະ​ພາບ​ຫຼາຍ synchronous ແລະ​ວ່ອງ​ໄວ​, ການ​ຫຼຸດ​ຜ່ອນ​ອຸນ​ຫະ​ພູມ​ດ້ານ​ວັດ​ຖຸ​ປະ​ສິດ​ທິ​ຜົນ​ແລະ​ເຈືອ​ຈາງ​ຄວາມ​ເຂັ້ມ​ຂຸ້ນ​ຂອງ​ອາຍ​ແກ​ັ​ສ​ແລະ​ອົກ​ຊີ​ເຈນ​ທີ່​ເຜົາ​ໄຫມ້​ໄດ້​.

2. ໄລຍະ condensed catalysis ເຂົ້າໄປໃນກາກບອນແລະການເພີ່ມປະສິດທິພາບ:ນີ້ແມ່ນບາດກ້າວທີ່ສຳຄັນທີ່ສຸດ. PEEK/PPS ຕົວຂອງມັນເອງມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະ char ຢູ່ໃນອຸນຫະພູມສູງ. ການຕົກຄ້າງຂອງ magnesium oxide ທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ nanoscale (MgO) ທີ່ສ້າງຂຶ້ນຫຼັງຈາກການເສື່ອມໂຊມຂອງ nano MDH ແມ່ນກະແຈກກະຈາຍຢ່າງເປັນເອກະພາບໃນໂພລີເມີເມີ. ອະນຸພາກ MgO ເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນຕົວເລັ່ງອາຊິດ Lewis ທີ່ມີປະສິດທິພາບທີ່ສາມາດກະຕຸ້ນເສັ້ນທາງ pyrolysis ຂອງ PEEK / PPS, ສົ່ງເສີມການ dehydrogenation, cyclization, ແລະປະຕິກິລິຍາຂ້າມເຊື່ອມຕໍ່, ແລະປັບປຸງຜົນຜະລິດຂອງຊັ້ນກາກບອນທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງແລະ graphitization ສູງ. ຊັ້ນຄາບອນແມ່ນຫນາແຫນ້ນ, ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ, ແລະເຂັ້ມແຂງ.

3. ອຸປະສັກທາງກາຍຍະພາບໄລຍະແຂງ:ອະນຸພາກ nano MgO ຕົ້ນຕໍ ແລະ ສັງລວມຂອງພວກມັນຖືກເຊື່ອມເຂົ້າກັບຊັ້ນຄາບອນທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມແຂງສູງທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍ catalysis, ປະກອບເປັນອຸປະສັກປະສົມ "ເຊລາມິກຄາບອນ". ສິ່ງກີດຂວາງນີ້ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງດ້ານຄວາມຮ້ອນສູງແລະຄວາມເຂັ້ມແຂງກົນຈັກ, ສະກັດກັ້ນລັງສີຄວາມຮ້ອນ, ການເຄື່ອນຍ້າຍມະຫາຊົນ, ແລະການຫລົບຫນີຂອງທາດອາຍຜິດທີ່ເຜົາໃຫມ້ພາຍໃນ.

4. Interface phase capture free radical (ກົນໄກຊາຍແດນ):ການສຶກສາທີ່ຜ່ານມາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າມີຂໍ້ບົກພ່ອງຈໍານວນຫລາຍແລະພັນທະບັດທີ່ບໍ່ອີ່ມຕົວຢູ່ໃນຫນ້າດິນຂອງ nano MgO, ເຊິ່ງອາດຈະຈັບສານອະນຸມູນອິດສະລະທີ່ມີພະລັງງານສູງ (H·, OH·, O·) ໃນຕິກິຣິຍາຕ່ອງໂສ້ການເຜົາໃຫມ້ໃນພາກພື້ນການໂຕ້ຕອບຂອງອາຍແກັສ, ຂັດຂວາງຕິກິຣິຍາການເຜົາໃຫມ້. ນີ້ສະຫນອງທັດສະນະໃຫມ່ສໍາລັບການອະທິບາຍການສະກັດກັ້ນ flame ປະສິດທິພາບຂອງຕົນໃນລະດັບຕ່ໍາທີ່ສຸດ.

Ⅳ.  ຂໍ້ມູນປະສິດທິພາບ ແລະຍຸດທະສາດການເພີ່ມປະສິດທິພາບ

ດ້ວຍການຜະສົມຜະສານແບບບິດບ້ຽວ, nano MDH ທີ່ມີການປິ່ນປົວພື້ນຜິວພິເສດ (ຈໍານວນເພີ່ມເຕີມ 15-25 wt.%) ໄດ້ຖືກນໍາສະເຫນີເຂົ້າໃນ PEEK / PPS matrix:

ຍຸດທະສາດການເພີ່ມປະສິດທິພາບທີ່ສໍາຄັນ:

1. ການຈັບຄູ່ລະດັບໂມເລກຸນຂອງການດັດແປງພື້ນຜິວ:ມັນເປັນສິ່ງຈໍາເປັນທີ່ຈະອອກແບບແລະສັງເຄາະຕົວແທນ coupling ພິເສດໂດຍອີງໃສ່ພັນທະບັດ ketone / ether ຂອງ PEEK ແລະໂຄງສ້າງຊູນຟູຣິກ benzene ຂອງ PPS, ບັນລຸການກ້າວກະໂດດຈາກການດູດຊຶມທາງດ້ານຮ່າງກາຍໄປສູ່ການຜູກມັດທາງເຄມີ.

2. ການຄວບຄຸມສຸດທ້າຍຂອງຂະບວນການກະຈາຍ:ການປະສົມປະສານພິເສດຂອງອົງປະກອບສະກູສູງແລະ kneading ສູງແມ່ນຖືກນໍາໃຊ້, ແລະຫນ່ວຍບໍລິການການກະຈາຍການຊ່ວຍເຫຼືອ ultrasonic ອອນໄລນ໌ໄດ້ຖືກນໍາສະເຫນີເພື່ອຮັບປະກັນວ່າ nanoparticles ໄດ້ຖືກແຈກຢາຍຢ່າງເປັນເອກະພາບໃນຮູບແບບຂອງອະນຸພາກຕົ້ນຕໍຫຼືການລວບລວມຂະຫນາດນ້ອຍທີ່ສຸດ.

3. ລະບົບປະສານສົມທົບ:ໂດຍການປະສົມ nano MDH ທີ່ມີລະດັບຕ່ໍາສຸດຂອງຕົວເສີມ nanoscale (ເຊັ່ນ: ທໍ່ nanotubes ກາກບອນສໍາລັບການ conductivity / ການເສີມຂະຫຍາຍ, ຫຼື MXene ສອງມິຕິລະດັບສໍາລັບສິ່ງກີດຂວາງທີ່ຮຸນແຮງ), ກ້າວກະໂດດຕໍ່ໄປໃນ flame retardancy ແລະປະສິດທິພາບເຄື່ອງກົນໄຟຟ້າສາມາດບັນລຸໄດ້ໂດຍບໍ່ມີການມີການປ່ຽນແປງຈໍານວນການເພີ່ມເຕີມ.

ສະຫຼຸບ

ການສຶກສານີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າບົດບາດຂອງnano magnesium hydroxideໃນໂພລີເມີລອລທີ່ມີປະສິດຕິພາບສູງເຊັ່ນ: PEEK/PPS ໄດ້ລື່ນກາຍຂອບເຂດຂອງສານເຕີມເຕັມທີ່ຕ້ານໄຟໄໝ້ແບບດັ້ງເດີມ. ມັນມີບົດບາດສາມເທົ່າເປັນຕົວຄວບຄຸມການໄປເຊຍກັນ, ການເສີມສ້າງ nano, ແລະສູນ catalytic ຕ້ານ flame multiphase ໂດຍຜ່ານການອອກແບບວິສະວະກໍາການໂຕ້ຕອບທີ່ຊັດເຈນ, ສົບຜົນສໍາເລັດ unlocking ເສັ້ນທາງຂອງການປັບປຸງ synergistic ຂອງ retardancy flame ແລະຄຸນສົມບັດກົນຈັກ.