Термопластичный полиуретан (ТПУ) уже давно ценится за исключительную стойкость к истиранию, адгезию и технологичность, что делает его материалом выбора в различных отраслях, от автомобилестроения до аэрокосмической промышленности. Однако его высокая воспламеняемость и значительное выделение дыма при горении ограничивают его применение в транспортном, электротехническом и текстильном секторах.
Нанонаполнители: ключ к модификации ТПУ
Появление нанонаполнителей открыло новые возможности для повышения огнестойкости ТПУ. Такие материалы, как углеродные нанотрубки (CNTs), графеновые нанопластинки (GNPs), дисульфид молибдена (MoS
2
) и оксид графена (GO), продемонстрировали значительное улучшение огнестойкости ТПУ. Например:
-
Нанокомпозиты ТПУ/графеновая пена (ТПУ/GF), полученные методом пропитки, показали снижение пиковой скорости выделения тепла (PHRR) на 35,1% по сравнению с чистым ТПУ.
-
ТПУ с 2,0 мас.% функционализированного MoS
2
достиг снижения PHRR на 45,4%.
-
Нанокомпозиты ТПУ, заполненные 2,7 мас.% GNPs, продемонстрировали снижение PHRR на 41,1%.
Компромисс: огнестойкость против механических свойств
Хотя нанонаполнители улучшают огнестойкость, они часто ухудшают прочность и эластичность ТПУ. Этот компромисс подтолкнул к поиску решения, которое одновременно повышает пожарную безопасность и механические характеристики.
MXene: перспективный новый материал
MXene (Ti
3
C
2
T
x
), двумерный материал, привлек внимание своими пьезоэлектрическими, механическими и электронными свойствами. Исследования показывают его потенциал в огнестойких полимерных нанокомпозитах:
-
Добавление 2,0 мас.% Ti
3
C
2
T
x
в ненасыщенную полиэфирную смолу снизило PHRR и общий выход монооксида углерода (COTY) на 29,6% и 31,6% соответственно.
-
Нанокомпозиты ТПУ/Ti
3
C
2
T
x
с 3,0 мас.% эксфолиированного Ti
3
C
2
T
x
достигли снижения пиковой скорости дымообразования (PSPR) на 51,4% и снижения COTY на 57,1%.
Несмотря на впечатляющие огнестойкие свойства, способность MXene улучшать механические характеристики остается ограниченной.
DOPO-HQ: преимущество органического фосфора
DOPO-HQ (10-(2,5-дигидроксифенил)-9,10-дигидро-9-окса-10-фосфафенантрен-10-оксид), органическое фосфорное соединение, показало многообещающие результаты в качестве нанонаполнителя. Он не только улучшает огнестойкость, но и улучшает механические свойства. Например:
-
Функционализированный DOPO-HQ GO (FGO-HQ) снизил общее выделение тепла (THR) и общее выделение дыма (TSR) нанокомпозитов полимолочной кислоты на 43,0% и 83,0% соответственно, сохраняя при этом отличные механические характеристики.
-
Новые олигомеры на основе DOPO-HQ и ферроценовых групп (PFDCHQ) значительно улучшили пожарную безопасность и модуль Юнга эпоксидных/PFDCHQ композитов.
Синергетические эффекты: сочетание MXene и DOPO-HQ
Чтобы решить ограничения MXene, исследователи изучили сочетание Ti
3
C
2
T
x
и DOPO-HQ. Для синтеза нового наногибрида (Ti
3
C
2
T
x
-D-H) был использован подход самосборки, индуцированной водородной связью, который затем был включен в ТПУ.
Результаты: комплексное повышение производительности
Исследование показало, что добавление всего 2,0 мас.% Ti
3
C
2
T
x
-D-H в ТПУ значительно снизило выделение тепла и дыма, одновременно улучшив прочность на растяжение и ударную вязкость. Основные выводы включают:
-
Огнестойкость:
PHRR и выбросы дыма были заметно снижены, что повысило пожарную безопасность.
-
Механические свойства:
Прочность на растяжение, относительное удлинение при разрыве и ударная вязкость улучшились.
-
Термическая стабильность:
Термогравиметрический анализ (TGA) показал повышение температуры термического разложения, что указывает на лучшую производительность при высоких температурах.
Механизмы: как работает Ti
3
C
2
T
x
-D-H
Эффективность наногибрида обусловлена множеством синергетических механизмов:
-
Физический барьер:
Ti
3
C
2
T
x
образуют барьер, который замедляет распространение тепла и дыма.
-
Химическая огнестойкость:
DOPO-HQ выделяет фосфорные радикалы, которые ингибируют горение.
-
Образование кокса:
DOPO-HQ способствует обугливанию, создавая защитный слой, который блокирует тепло и кислород.
-
Механическое армирование:
Ti
3
C
2
T
x
повышает прочность, а DOPO-HQ улучшает дисперсию и ударную вязкость.
Применение: расширение горизонтов ТПУ
Этот прорыв открывает двери для ТПУ в:
-
Транспорт:
Огнестойкие автомобильные интерьеры, компоненты самолетов и сиденья для высокоскоростных поездов.
-
Электроника:
Огнестойкие кабели, корпуса и изоляционные материалы.
-
Текстиль:
Защитная одежда и огнестойкие ткани.
-
Строительство:
Огнестойкие покрытия и строительные материалы.
Заключение: новая эра для ТПУ
Разработка Ti
3
C
2
T
x
-D-H представляет собой значительный прогресс в модификации ТПУ, предлагая сбалансированное улучшение огнестойкости и механических свойств. Эта инновация открывает путь для более широкого применения ТПУ в различных отраслях, обеспечивая как безопасность, так и производительность.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
