влияние бората цинка, гидроксида алюминия и гидроксида магния на огнестойкость и механические свойства эпоксидных композитов, усиленных стекловолокном

Предыстория исследования и экспериментальный дизайн

волокнистые полимерные композиты широко используются в автомобилях, аэрокосмической и оборонной промышленности из – за их превосходных характеристик. В автомобильном секторе такие материалы предъявляют более высокие требования к огнестойкости, но огнестойкость традиционных композитов, усиленных волокнами, часто недостаточна для удовлетворения более высоких требований пожарной безопасности. С этой целью в исследовательской системе, опубликованной в Fire and Materials, изучалось индивидуальное и синергическое воздействие микрометровых частиц бората цинка (Z), гидроксида алюминия (A) и гидроксида магния (M) на огнестойкость и механические свойства эпоксидных композитов, усиленных стекловолокном.

В дополнение к системе с одной добавкой, исследование также разработало многокомпонентную смесь, содержащую частицы Z, A и M, чтобы сравнить эффективность однокомпонентной и многокомпонентной системы. В процессе подготовки композита огнестойкая присадка добавляется к эпоксидной матрице в разных процентах веса и комбинациях, а затем ламинируется методом ручной пасты. После этого образцы композитных материалов подвергаются испытаниям на горизонтальное сгорание и механику изгиба и удара в соответствии с международными стандартами.

Результаты испытаний на механические свойства и огнестойкость

механические испытания показывают, что прочность на изгиб и ударная прочность неочищенных (чистых) композитов является самой высокой. По мере увеличения содержания добавок, высокая поверхность может привести к воссоединению частиц, чтобы сформировать точку концентрации напряжений, что приводит к небольшому снижению механических свойств.

Испытания на огнестойкость показывают противоположную тенденцию: увеличение частиц микрона значительно снижает скорость горизонтального сгорания. В частности, образцы с антипиреновой добавкой 20wt.% (20A, 20Z, 20M, 10A10Z и Hybrid2) имеют более низкую скорость горения по сравнению с чистым композитным материалом на 41,97%, 47,68%, 12,95%, 35,02% и 23,20% соответственно. В целом, моноборат цинка (20Z) более эффективен для подавления огня, чем гибридная комбинация, обеспечивая практический путь оптимизации для огнестойкой и безопасной композитной конструкции автомобиля.

Откровение для промышленности полимерных добавок

Хотя исследование нацелено на эпоксидные композиты, его данные о эффекте комбинирования бората цинка, гидроксида алюминия и гидроксида магния имеют справочную ценность для проектирования огнезащитных материалов в области строительства и бытовой одежды. В строительных материалах, таких как профили ПВХ, герметики и строительные краски, совместимость интерфейса между огнестойкими наполнителями и смолой матрицы также влияет на механический баланс конечного продукта. Исследования показывают, что моноборат цинка может уменьшить общее количество добавок при достижении аналогичных огнестойких целей, тем самым уменьшая механические потери, вызванные воссоединением частиц.

Кроме того, метод испытаний на горизонтальное сгорание, используемый в исследовании, и механическая оценка, проведенная в соответствии с международными стандартами, обеспечивают полезную экспериментальную основу для отбора огнестойких составов строительных материалов. Для наружных строительных материалов, которые должны учитывать устойчивость к погоде и огнестойкость, формула также должна учитывать взаимодействие между антиоксидантами, фотостабилизаторами и огнестойкими наполнителями, чтобы избежать снижения производительности во время длительного старения. Хотя исследование не включало испытания на стойкость к старению, его выводы о воссоединении частиц и концентрации напряжений напоминают, что в таких продуктах, как профили ПВХ, следует обратить внимание на влияние процесса дисперсии наполнителей на эффективность системы стабилизации. Выводы исследования

основаны на конкретных системах эпоксидных композитов и условиях испытаний и должны быть тщательно проверены при экстраполяции на другие полимерные матрицы и строительные материалы.

Источник: Effects of Zinc Borate, Aluminum Hydroxide, and Magnesium Hydroxide on the Flame‐Retardant Performance and Mechanical Properties of Glass Fiber‐Reinforced Epoxy Composites， Обработано химикатами Herun.