اخبار شرکت نانوماده جدید مقاومت در برابر آتش و استحکام TPU را افزایش می دهد

پلی اورتان ترموپلاستیک (TPU) به دلیل مقاومت استثنایی در برابر سایش، چسبندگی و قابلیت پردازش، مدت‌هاست که مورد توجه قرار گرفته و آن را به ماده‌ای انتخابی در صنایعی از خودروسازی تا هوافضا تبدیل کرده است. با این حال، اشتعال‌پذیری بالا و انتشار دود قابل توجه آن در هنگام احتراق، کاربردهای آن را در بخش‌های حمل و نقل، برق و نساجی محدود کرده است.

ظهور نانوفیلرها امکانات جدیدی را برای افزایش بازدارندگی شعله TPU باز کرده است. موادی مانند نانولوله‌های کربنی (CNTs)، نانو ورقه‌های گرافن (GNPs)، دی‌سولفید مولیبدن (MoS ₂ ) و اکسید گرافن (GO) پیشرفت‌های قابل توجهی در مقاومت در برابر آتش TPU نشان داده‌اند. به عنوان مثال:

• کامپوزیت‌های نانو TPU/فوم گرافن (TPU/GF) که از طریق نفوذ تهیه شده‌اند، کاهش 35.1 درصدی در نرخ آزاد شدن حرارت (PHRR) نسبت به TPU خالص نشان دادند.
• TPU با 2.0 وزن درصد MoS عملکردی ₂ کاهش 45.4 درصدی در PHRR را به دست آورد.
• کامپوزیت‌های نانو TPU پر شده با 2.7 وزن درصد GNPs، کاهش 41.1 درصدی در PHRR را نشان دادند.

در حالی که نانوفیلرها بازدارندگی شعله را بهبود می‌بخشند، اغلب استحکام و کشش TPU را به خطر می‌اندازند. این معامله، جستجو برای راه‌حلی را که هم ایمنی در برابر آتش و هم عملکرد مکانیکی را افزایش می‌دهد، هدایت کرده است.

MXene (Ti ₃ C ₂ T _x )، یک ماده دو بعدی، به دلیل خواص پیزوالکتریک، مکانیکی و الکترونیکی خود مورد توجه قرار گرفته است. مطالعات پتانسیل آن را در کامپوزیت‌های نانو پلیمری بازدارنده شعله نشان می‌دهد:

• افزودن 2.0 وزن درصد Ti ₃ C ₂ T _x به رزین پلی استر غیر اشباع، PHRR و بازده کل مونوکسید کربن (COTY) را به ترتیب 29.6٪ و 31.6٪ کاهش داد.
• نانوکامپوزیت‌های TPU/Ti ₃ C ₂ T _x با 3.0 وزن درصد Ti ₃ C ₂ T _x لایه لایه شده، کاهش 51.4 درصدی در نرخ تولید دود (PSPR) و کاهش 57.1 درصدی در COTY را به دست آوردند.

علیرغم خواص چشمگیر بازدارنده شعله، توانایی MXene برای افزایش عملکرد مکانیکی محدود باقی مانده است.

DOPO-HQ (10-(2,5-dihydroxyphenyl)-9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide)، یک ترکیب فسفر آلی، به عنوان یک نانوفیلر امیدوارکننده ظاهر شده است. این ماده نه تنها بازدارندگی شعله را بهبود می‌بخشد، بلکه خواص مکانیکی را نیز افزایش می‌دهد. به عنوان مثال:

• GO عملکردی شده با DOPO-HQ (FGO-HQ) کل آزاد شدن حرارت (THR) و کل آزاد شدن دود (TSR) نانوکامپوزیت‌های اسید پلی لاکتیک را به ترتیب 43.0٪ و 83.0٪ کاهش داد، در حالی که عملکرد مکانیکی عالی را حفظ کرد.
• اولیگومرهای جدید مبتنی بر DOPO-HQ و گروه‌های فروسن (PFDCHQ) ایمنی در برابر آتش و مدول یانگ کامپوزیت‌های اپوکسی/PFDCHQ را به طور قابل توجهی بهبود بخشیدند.

برای رفع محدودیت‌های MXene، محققان ترکیب Ti ₃ C ₂ T _x و DOPO-HQ را بررسی کرده‌اند. از یک رویکرد خود مونتاژی القا شده با پیوند هیدروژنی برای سنتز یک نانو هیبرید جدید (Ti ₃ C ₂ T _x -D-H) استفاده شد که سپس در TPU گنجانده شد.

این مطالعه نشان داد که افزودن تنها 2.0 وزن درصد Ti ₃ C ₂ T _x -D-H به TPU به طور قابل توجهی باعث کاهش آزاد شدن گرما و دود و در عین حال بهبود استحکام کششی و چقرمگی می‌شود. یافته‌های کلیدی عبارتند از:

• بازدارندگی شعله: PHRR و انتشار دود به طور قابل توجهی کاهش یافت و ایمنی در برابر آتش افزایش یافت.
• خواص مکانیکی: استحکام کششی، ازدیاد طول در شکست و مقاومت ضربه همگی بهبود یافتند.
• پایداری حرارتی: آنالیز گرماسنجی (TGA) دمای تجزیه حرارتی افزایش یافته را نشان داد که نشان دهنده عملکرد بهتر در دماهای بالا است.

اثربخشی نانو هیبرید ناشی از چندین مکانیسم هم افزایی است:

• مانع فیزیکی: Ti ₃ C ₂ T _x نانو ورقه‌ها یک مانع تشکیل می‌دهند که انتشار گرما و دود را کند می‌کند.
• بازدارندگی شعله شیمیایی: DOPO-HQ رادیکال‌های فسفر را آزاد می‌کند که احتراق را مهار می‌کنند.
• تشکیل زغال: DOPO-HQ باعث زغال شدن می‌شود و یک لایه محافظ ایجاد می‌کند که گرما و اکسیژن را مسدود می‌کند.
• تقویت مکانیکی: Ti ₃ C ₂ T _x استحکام را افزایش می‌دهد، در حالی که DOPO-HQ پراکندگی و چقرمگی را بهبود می‌بخشد.

این پیشرفت درهای TPU را در موارد زیر باز می‌کند:

• حمل و نقل: فضاهای داخلی خودرو مقاوم در برابر آتش، اجزای هواپیما و صندلی‌های راه‌آهن پرسرعت.
• الکترونیک: کابل‌ها، محفظه‌ها و مواد عایق مقاوم در برابر شعله.
• منسوجات: لباس‌های محافظ و پارچه‌های مقاوم در برابر آتش.
• ساخت و ساز: پوشش‌های ضد حریق و مصالح ساختمانی.

توسعه Ti ₃ C ₂ T _x -D-H نشان‌دهنده پیشرفت قابل توجهی در اصلاح TPU است که بهبود متعادلی در بازدارندگی شعله و خواص مکانیکی ارائه می‌دهد. این نوآوری راه را برای کاربردهای گسترده‌تر TPU در سراسر صنایع هموار می‌کند و هم ایمنی و هم عملکرد را تضمین می‌کند.