Nghiên cứu so sánh về tính chống cháy, nhiệt và cơ học của các composite polyester gia cường sợi thủy tinh với Ammonium Polyphosphate, Graphite Mở Rộng và Nhôm Tri-hydroxide

Arabian Journal for Science and Engineering - Tập 43 - Trang 6211-6218 - 2018
Oylum Colpankan Gunes1, Remzi Gomek1, Alpay Tamar1, Onur Kaan Kandemir1, Aygul Karaorman2, Aylin Ziylan Albayrak1
1Department of Metallurgical and Materials Engineering, Faculty of Engineering, Dokuz Eylul University, Izmir, Turkey
2Fibrosan Glass Reinforced Polyester Industry and Trade Inc., Izmir, Turkey

Tóm tắt

Mục tiêu của nghiên cứu này là tăng cường tính chống cháy của các composite polyester gia cường bằng sợi thủy tinh thông qua việc sử dụng các chất chống cháy phồng như ammonium polyphosphate (APP) và/hoặc graphite mở rộng (EG) bên cạnh nhôm tri-hydroxide (ATH). Tính chất chống cháy của các composite đã được thử nghiệm bằng chỉ số oxy giới hạn và các thử nghiệm UL-94. Việc xác định hóa học của các vật liệu được thực hiện bằng phổ hồng ngoại Fourier biến đổi. Các tính chất cơ học được đánh giá qua bài kiểm tra kéo, và phân tích hình thái bề mặt được thực hiện bằng kính hiển vi lập thể và kính hiển vi điện tử quét. Các thuộc tính nhiệt của các composite được xác định bằng phân tích nhiệt trọng lượng/phân tích nhiệt vi sai. Kết quả cho thấy tính chống cháy của các composite đã được cải thiện đáng kể nhờ sự thêm vào của các chất chống cháy phồng mà không gây ảnh hưởng tiêu cực đáng kể lên tính chất cơ học. Dữ liệu phân tích nhiệt cho thấy các chất chống cháy phồng làm tăng sản phẩm than của các composite. Ngoài ra, các công thức chứa APP cho thấy tỷ lệ mất trọng lượng thấp hơn. Đến kiến thức của chúng tôi, đây là nghiên cứu đầu tiên điều tra tính chống cháy, nhiệt và cơ học của composite polyester gia cường bằng sợi thủy tinh bao gồm ATH, APP và EG trong các công thức chống cháy đôi hoặc ba.

Từ khóa

#composite polyester #sợi thủy tinh #tính chống cháy #ammonium polyphosphate #graphite mở rộng #nhôm tri-hydroxide

Tài liệu tham khảo

Nguyen, Q.; Ngo, T.; Tran, P.; Mendis, P.; Zobec, M.; Aye, L.: Fire performance of prefabricated modular units using organoclay/glass fibre reinforced polymer composite. Constr. Build. Mater. 129, 204–215 (2016) Zhang, Z.; Yuan, L.; Liang, G.; Gu, A.: A strategy and mechanism of fabricating flame retarding glass fiber fabric reinforced vinyl ester composites with simultaneously improved thermal stability, impact and interlaminar shear strengths. Polym. Degrad. Stab. 125, 49–58 (2016) Zhao, X.; Yang, L.; Martin, F.H.; Zhang, X.-Q.; Wang, R.; Wang, D.-Y.: Influence of phenylphosphonate based flame retardant on epoxy/glass fiber reinforced composites (GRE): flammability, mechanical and thermal stability properties. Compos. Part B Eng. 110, 511–519 (2017) Dholakiya, B.: Use of non-traditional fillers to reduce flammability of polyester resin composites. Polimeri 30(1), 10–17 (2009) Jiang, S.; Gui, Z.; Shi, Y.; Zhou, K.; Yuan, B.; Bao, C.; Lo, S.; Hu, Y.: Bismuth subcarbonate nanoplates for thermal stability, fire retardancy and smoke suppression applications in polymers: a new strategy. Polym. Degrad. Stab. 107, 1–9 (2014) Lu, S.-Y.; Hamerton, I.: Recent developments in the chemistry of halogen-free flame retardant polymers. Prog. Polym. Sci. 27(8), 1661–1712 (2002) Brits, M.; de Vos, J.; Weiss, J.M.; Rohwer, E.R.; de Boer, J.: Critical review of the analysis of brominated flame retardants and their environmental levels in Africa. Chemosphere 164, 174–189 (2016) Alaee, M.; Arias, P.; Sjödin, A.; Bergman, Å.: An overview of commercially used brominated flame retardants, their applications, their use patterns in different countries/regions and possible modes of release. Environ. Int. 29(6), 683–689 (2003) Levchik, S.V.; Weil, E.D.: A review of recent progress in phosphorus-based flame retardants. J. Fire Sci. 24(5), 345–364 (2006) Laoutid, F.; Bonnaud, L.; Alexandre, M.; Lopez-Cuesta, J.-M.; Dubois, P.: New prospects in flame retardant polymer materials: from fundamentals to nanocomposites. Mater. Sci. Eng. R Rep. 63(3), 100–125 (2009) Wang, W.; He, K.; Dong, Q.; Zhu, N.; Fan, Y.; Wang, F.; Xia, Y.; Li, H.; Wang, J.; Yuan, Z.: Synergistic effect of aluminum hydroxide and expandable graphite on the flame retardancy of polyisocyanurate–polyurethane foams. J. Appl. Polym. Sci. 131(4), 39936 (2014) Hapuarachchi, T.; Peijs, T.: Aluminium trihydroxide in combination with ammonium polyphosphate as flame retardants for unsaturated polyester resin. eXPRESS Polym. Lett. 3(11), 743–751 (2009) Ge, L.L.; Duan, H.J.; Zhang, X.G.; Chen, C.; Tang, J.H.; Li, Z.M.: Synergistic effect of ammonium polyphosphate and expandable graphite on flame-retardant properties of acrylonitrile-butadiene-styrene. J. Appl. Polym. Sci. 126(4), 1337–1343 (2012) Jin, J.; Dong, Q.-X.; Shu, Z.-J.; Wang, W.-J.; He, K.: Flame retardant properties of polyurethane/expandable praphite composites. Proc. Eng. 71, 304–309 (2014) Morgan, A.B.; Wilkie, C.A.: The Non-halogenated Flame Retardant Handbook, vol. 1. Wiley, New York (2014) Krassowski, D.; Hutchings, D.; Qureshi, S.: Expandable graphite flake as an additive for a new flame retardant resin. In: Fire Retardant Chemicals Association, Fall Meeting, Naples, Florida, pp. 137–146 (1996) Kandola, B.K.; Krishnan, L.; Ebdon, J.R.: Blends of unsaturated polyester and phenolic resins for application as fire-resistant matrices in fibre-reinforced composites: effects of added flame retardants. Polym. Degrad. Stab. 106, 129–137 (2014) Liu, Y.; He, J.; Yang, R.: Effects of dimethyl methylphosphonate, aluminum hydroxide, ammonium polyphosphate, and expandable graphite on the flame retardancy and thermal properties of polyisocyanurate-polyurethane foams. Ind. Eng. Chem. Res. 54(22), 5876–5884 (2015) Knuutinen, U.; Kyllonen, P.: Two case studies of unsaturated polyester composite art objects. e-Preservation Sci. 3, 11–19 (2006) Zhao, H.; Pang, X.; Zhai, Z.: Preparation and antiflame performance of expandable graphite modified with sodium hexametaphosphate. J. Polym. 2015, 821297 (2015) Kuẓdẓał, E.; Cichy, B.; Kicko-Walczak, E.; Rymarz, G.: Rheological and fire properties of a composite of unsaturated polyester resin and halogen-free flame retardants. J. Appl. Polym. Sci. 134(2), 44371 (2017) Petersen, M.R.; Chen, A.; Roll, M.; Jung, S.; Yossef, M.: Mechanical properties of fire-retardant glass fiber-reinforced polymer materials with alumina tri-hydrate filler. Compos. B Eng. 78, 109–121 (2015) Ren, Y.; Wang, Y.; Wang, L.; Liu, T.: Evaluation of intumescent fire retardants and synergistic agents for use in wood flour/recycled polypropylene composites. Constr. Build. Mater. 76, 273–278 (2015) Han, Z.; Dong, L.; Li, Y.; Zhao, H.: A comparative study on the synergistic effect of expandable graphite with APP and IFR in polyethylene. J. Fire Sci. 25(1), 79–91 (2007) Shih, Y.-F.; Wang, Y.-T.; Jeng, R.-J.; Wei, K.-M.: Expandable graphite systems for phosphorus-containing unsaturated polyesters. I. Enhanced thermal properties and flame retardancy. Polym. Degrad. Stab. 86(2), 339–348 (2004) Haurie, L.; Fernández, A.I.; Velasco, J.I.; Chimenos, J.M.; Cuesta, J.-M.L.; Espiell, F.: Synthetic hydromagnesite as flame retardant. Evaluation of the flame behaviour in a polyethylene matrix. Polym. Degrad. Stab. 91(5), 989–994 (2006) Manfredi, L.B.; Rodríguez, E.S.; Wladyka-Przybylak, M.; Vázquez, A.: Thermal degradation and fire resistance of unsaturated polyester, modified acrylic resins and their composites with natural fibres. Polym. Degrad. Stab. 91(2), 255–261 (2006)