البولي بروبيلين (PP)، باعتباره واحدًا من المواد البلاستيكية الخمسة ذات الأغراض العامة، لديه نطاق واسع من التطبيقات في جميع مناحي الحياة، ومع ذلك، فإن خصائص PP القابلة للاشتعال تحد أيضًا من مساحة تطبيقه، مما يعيق المزيد من التطوير من مواد PP، وبالتالي فإن تعديل مثبطات اللهب من PP كان محور الاهتمام.

عملية الاحتراق وآلية المواد البوليمرية

مواد البوليمر هي مركبات بوليمرية تحتوي على الكربون والهيدروجين والأكسجين وعناصر أخرى في السلسلة الجزيئية، ومعظم البوليمرات قابلة للاحتراق. إن احتراق المواد البوليمرية هو عبارة عن تخليق لسلسلة من التغيرات الفيزيائية والتفاعلات الكيميائية، لذلك في عملية احتراق المواد البوليمرية سوف تظهر ظواهر خاصة مثل الانصهار والتليين وتغيرات الحجم. يمكن تقسيم عملية احتراق المواد البوليمرية، كما هو موضح في الشكل، إلى الخطوات الثلاث التالية:

(1) مع الزيادة التدريجية في درجة الحرارة، سيتم كسر الروابط الأضعف في السلسلة الجزيئية، وتبدأ المادة في الخضوع للتحلل الحراري. مع استمرار تنفيذ وتكثيف التحلل الحراري لمواد البوليمر، ينتج سطح المادة تدريجياً جزيئات صغيرة من الغاز، معظم هذه الغازات قابلة للاشتعال، هذه الجزيئات الصغيرة من الغازات القابلة للاشتعال تختلط مع الأكسجين الموجود في الهواء، وبالتالي تشكل مادة قابلة للاشتعال. خليط الغاز؛

(2) مع تفاعل التحلل، يزداد التركيز القابل للاحتراق لخليط الغاز على سطح مادة البوليمر تدريجيًا، وعندما يصل تركيز خليط الغاز القابل للاحتراق ودرجة الحرارة المحيطة الخارجية إلى الظروف الحرجة المطلوبة للاحتراق، فيحدث تفاعل كيميائي عنيف، ويشتعل سطح المادة بسرعة؛

(3) يؤدي الاحتراق السريع لخليط الغاز القابل للاحتراق إلى إطلاق كمية كبيرة من الحرارة، ولن تنتشر الحرارة المتولدة إلى قاع المادة فحسب، بل ستزيد أيضًا من درجة حرارة البيئة المحيطة بالمادة، وبالتالي تسريع عملية الاحتراق. تحلل المادة، مما ينتج عنه المزيد من الغازات القابلة للاحتراق، وفي النهاية يجعل تفاعل الاحتراق يستمر. لذلك، يمكن النظر إلى احتراق المواد البوليمرية على أنه عملية ترقية تدريجية وتفاعل دوري.

باعتباره هيدروكربونًا، يبلغ مؤشر الأكسجين الخاص بـ PP 17.4 فقط، وسهل الاحتراق، ومثبطات اللهب ضعيفة، وحرارة أكبر عند الاحتراق، مصحوبة بالتنقيط الناتج بسهولة عن الحريق، مما يشكل تهديدًا للحياة والممتلكات. في مجال الأجهزة الإلكترونية والكهربائية، فإن خاصية PP القابلة للاشتعال تحد من تطبيقه على نطاق أوسع، لذلك من الضروري إجراء بحث وتطوير لمواد PP المقاومة للهب.

يمكن تقسيم آلية مثبطات اللهب تقريبًا إلى ثلاث فئات: آلية إنهاء التفاعل المتسلسل، وآلية عزل السطح، وآلية انقطاع التبادل الحراري.

(1) آلية إنهاء التفاعل المتسلسل احتراق PP، التحلل الأول للهيدروكربونات، ثم مزيد من الأكسدة الحرارية عند درجات حرارة عالية متشققة إلى تفاعل سلسلة HO-، HO هو السبب وراء إمكانية استمرار الاحتراق في الاحتراق، و إنهاء التفاعل المتسلسل هو استهلاك عملية الاحتراق الناتجة في HO-.
(2) آلية عزل السطح PP في الاحتراق، مثبطات اللهب لا تمتص الحرارة فحسب، ولكن أيضًا في سطح PP لتوليد مركبات صلبة، تلعب المركبات دورًا في منع المصفوفة والاتصال بالهواء، وبالتالي منع الاحتراق.
(3) انقطاع آلية التبادل الحراري، تشير الآلية إلى أن مثبطات اللهب في عملية الاحتراق يمكن أن تمتص كمية كبيرة من حرارة الاحتراق، بحيث يفتقر تفاعل الاحتراق إلى حرارة كافية، ومن ثم ظاهرة الإطفاء الذاتي، ل تحقيق تأثير مثبط للهب.

مخزون البولي بروبيلين المقاوم للهب

مثبطات اللهب هيدروكسيد المعدن

مثبطات لهب البورون

مثبطات لهب السيليكون

مثبطات اللهب الفوسفورية

مثبطات اللهب ذات الأساس النيتروجيني

مثبطات اللهب المنتفخة

تطبيقات مواد PP المقاومة للهب

غلاف بطارية السيارة

تعد البطارية أحد أهم أجزاء مركبات الطاقة الجديدة، في حين أن غلاف البطارية المسؤول عن حماية سلامة البطارية له أيضًا أهمية خاصة، ومتطلبات تغليف البطارية بالعزل، ومقاومة الصدمات، ومقاومة التآكل، وخصائص مثبطات اللهب الجيدة، وما إلى ذلك، فإن عبوات البطاريات التقليدية مخصصة بشكل أساسي للمواد المعدنية ومواد تشكيل الصفائح البلاستيكية (SMC). ومع ذلك، فإن بعض هاتين المادتين تتمتعان بعملية قولبة معقدة وكثافة عالية، مما يؤثر على الوزن الخفيف لمركبات الطاقة الجديدة، لذا فإن الكثافة المنخفضة والمقاومة الجيدة للتأثير لمواد PP كانت موضع اهتمام الناس.

باستخدام راتينج PP كمصفوفة، وإضافة ألياف طويلة وتركيبات مثبطات اللهب، يتم تحضير مادة مركبة PP ذات خصائص مثبطات اللهب بطريقة مزج الذوبان، والتي تستخدم كغلاف بطارية لمركبات الطاقة الجديدة. تتميز مادة PP هذه بخصائص مثبطة للهب جيدة وقوة تأثير مع الحفاظ على كثافة منخفضة، ولها أداء جيد في الغلق ومقاومة للماء.