Auswirkungen von Zinkborat, Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid auf die Flammschutz und die mechanischen Eigenschaften von Glasfaserverstärkten Epoxidkompositen

Forschungshintergrund und Experimentale Konstruktion

Faserverstärkte Polymerkomposite werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Leistung in den Bereichen Automobil, Luft- und Raumfahrt und Verteidigung weit verbreitet. Im Automobilbereich stellen solche Materialien hohe Anforderungen an die Flammschutzeigenschaften, aber die Flammschutzfähigkeit herkömmlicher faserverstärkter Verbundwerkstoffe reicht oft nicht aus, um höhere Anforderungen an Brandsicherheit zu erfüllen. Zu diesem Zweck untersuchte ein Forschungssystem, das in Fire and Materials veröffentlicht wurde, die einzelnen und synergistischen Auswirkungen von Mikropartikeln von Zinkborat (Z), Aluminiumhydroxid (A) und Magnesiumhydroxid (M) auf die Flammschutz- und mechanischen Eigenschaften von Glasfasern für Epoxidkomposite. Neben dem Single-Additive-System wurde auch eine mehrkomponente Mischung mit Z-, A- und M-Partikeln entwickelt, um die Leistung eines einzelnen und mehrkomponenten Systems zu vergleichen. Bei der Herstellung von Verbundstoffen werden Flammschutzzusätze in unterschiedlichen Gewichtsprozenten und -kombinationen mit dem Epoxy-Substrat hinzugefügt und anschließend mit der Handpasta-Formung laminiert. Anschließend erfolgen horizontale Verbrennungs- sowie Biege- und Schlagmechanikprüfungen von Verbundwerkstoffproben nach internationalen Normen.

Mechanische Eigenschaften und Flammverzögerungsergebnisse

Mechanische Tests zeigen, dass ungefüllte (reine) Verbundstoffe die höchste Biegefestigkeit und Schlagfestigkeit haben. Mit zunehmendem Additivgehalt kann eine hohe Oberfläche zu einer Spannungskonzentration führen, die zu einem leichten Rückgang der mechanischen Eigenschaften führt. Der entgegengesetzte Trend zeigt die Flammschutzprüfung: Die Mikropartikelverstärkung verringert die horizontale Verbrennungsrate erheblich. Insbesondere hatten Proben mit 20 Gew.-% Flammschutzzusatz (20A, 20Z, 20M, 10A10Z und Hybrid2) eine geringere Verbrennungsrate von 41,97%, 47,68%, 12,95%, 35,02% und 23,20% im Vergleich zu reinen Verbundstoffen. Insgesamt ist die Feuerdämpfungseffizienz der Zinkborat-Formulierung (20Z) besser als die Mischkombination und bietet einen praktischen Optimierungsweg für die brandsichere Automobilkompositstruktur.

Erkenntnisse für die Polymerhilfsmittelindustrie

Die Studie richtet sich zwar an Epoxidkomposite, ihre Daten über die Kombinationswirkungen von Zinkborat, Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid sind jedoch von Referenzwert für die Konstruktion von flammhemmenden Materialien im Gebäude- und Wohnbereich. In Baumaterialien wie PVC-Profilen, Dichtungen und Baubeschichtungen beeinflusst die Grenzflächenkompatibilität von Flammschutzfüllstoffen mit dem Matrixharz ebenfalls das mechanische Gleichgewicht des Endprodukts. Studien deuten darauf hin, dass Zinkmonoboroat-Systeme die Gesamtmenge von Additiven reduzieren können, wenn sie ein ähnliches Flammschutzziel erreichen, was den mechanischen Verlust durch die Partikelrückunion lindert. Darüber hinaus bieten die in der Studie verwendeten horizontalen Verbrennungsprüfmethoden und die mechanische Bewertung nach internationalen Normen einen experimentellen Rahmen für das Screening von flammhemmenden Formeln für Baustoffe. Für Außenbaumaterialien, die eine Balance zwischen Witterungsbeständigkeit und Flammschutz erfordern, müssen die Rezepturen auch die Wechselwirkungen zwischen Antioxidantien, Lichtstabilisatoren und Flammschutzmitteln berücksichtigen, um eine Leistungsverlust während des langfristigen Alterns zu vermeiden. Obwohl die Studie keine Witterungsbeständigkeitstests umfasst, erinnern ihre Ergebnisse über die Partikelvereinigung und die Spannungskonzentration an die Auswirkungen des Füllstoffdispergierungsprozesses auf die Leistung des Witterungsstabilisierungssystems in Produkten wie PVC-Profilen. Die Forschungsergebnisse basieren auf spezifischen Epoxidkompositsystemen und Prüfbedingungen und müssen bei der Anwendung von Extrusionen auf andere Polymermatrizen und Baustoffe sorgfältig überprüft werden.

Quelle der Informationen: Effects of Zinc Borate, Aluminum Hydroxide, and Magnesium Hydroxide on the Flame‐Retardant Performance and Mechanical Properties of Glass Fiber‐Reinforced Epoxy Composites， Durch befeuchtete Chemiker aufgeräumt.