بازدارنده های شعله کامپوزیت: مکانیسم ها، انواع، و نحوه انتخاب سیستم مناسب برای کاربرد شما

کامپوزیت بازدارنده شعله چیست و چرا اهمیت دارد؟

بازدارنده شعله کامپوزیت یک سیستم افزودنی سرکوب کننده آتش است - یا خود یک ماده کامپوزیتی مقاوم در برابر آتش - که برای تاخیر در اشتعال، کاهش انتشار شعله و محدود کردن انتشار حرارت در ماتریس های پلیمری، کامپوزیت های تقویت شده با الیاف، پوشش ها و مواد ساختاری طراحی شده است. برخلاف بازدارنده‌های شعله تک جزیی، سیستم‌های بازدارنده اشتعال کامپوزیتی دو یا چند عامل شیمیایی متمایز را با هم ترکیب می‌کنند که به طور هم‌افزایی عمل می‌کنند و به سطح بالاتری از عملکرد آتش نسبت به هر جزء منفرد می‌رسند. این رویکرد هم افزایی به فرمول‌سازان اجازه می‌دهد تا در عین رعایت استانداردهای ایمنی آتش‌سوزی، بارگیری کل افزودنی را کاهش دهند، که مستقیماً به خواص مکانیکی، رفتار پردازش و وزن محصول نهایی منتفع می‌شود.

اهمیت عملی کامپوزیت بازدارنده شعله فناوری تقریباً در تمام بخش های تولید مدرن گسترش می یابد. در کاربردهای هوافضا و خودروسازی، سازه های کامپوزیتی باید به ترتیب با استانداردهای اشتعال پذیری FAR 25.853 و FMVSS 302 مطابقت داشته باشند. در ساخت و ساز، پانل های ساختمانی و فوم های عایق باید مطابق با طبقه بندی UL 94، ASTM E84، یا EN 13501 باشند. محفظه های الکترونیکی به درجه بندی UL 94 V-0 نیاز دارند و فضای داخلی ریلی و دریایی باید مطابق با کدهای EN 45545 و IMO FTP باشد. برآورده کردن این الزامات بدون به خطر انداختن یکپارچگی ساختاری، پرداخت سطح، یا کارایی پردازش، چالش اصلی مهندسی است که فرمولاسیون کامپوزیت بازدارنده شعله به آن می پردازد.

نحوه عملکرد بازدارنده های شعله مرکب: مکانیسم های اصلی

درک مکانیسم های اطفاء حریق اساسی برای انتخاب و بهینه سازی یک سیستم بازدارنده اشتعال مرکب ضروری است. تاخیر در شعله یک پدیده واحد نیست - از طریق مسیرهای فیزیکی و شیمیایی مشخص عمل می کند و موثرترین سیستم های کامپوزیتی چندین مکانیسم را به طور همزمان فعال می کنند تا چرخه احتراق را در چندین نقطه قطع کنند.

کوئنچ رادیکال فاز گاز

بازدارنده های شعله بر پایه هالوژن - به ویژه ترکیبات برم و کلر - عمدتاً در فاز گاز با آزاد کردن مولکول های هالید هیدروژن (HBr یا HCl) در طول تجزیه حرارتی عمل می کنند. این مولکول ها رادیکال های هیدروکسیل بسیار واکنش پذیر (·OH) و هیدروژن (·H) را که واکنش زنجیره ای احتراق را در ناحیه شعله حفظ می کنند، از بین می برند. با قطع این چرخه انتشار رادیکال، شعله از نظر شیمیایی گرسنه می شود و خود خاموش می شود. در سیستم های کامپوزیت بازدارنده شعله، ترکیبات هالوژن اغلب با تری اکسید آنتیموان (Sb2O3) ترکیب می شوند، که با واکنش با هالید به عنوان یک هم افزایی عمل می کند تا اکسی هالیدهای آنتیموان و تری هالیدهای آنتیموان را تشکیل دهد - گونه هایی که جاذب کننده های رادیکال بسیار موثرتر از هالید به تنهایی هستند. این هم افزایی آنتیموان-هالوژن به فرمول‌سازها اجازه می‌دهد تا عملکرد V-0 را در بارگذاری‌های کل 30 تا 50 درصد کمتر از هر یک از اجزای مورد استفاده مستقل به دست آورند.

تشکیل کاراکتر فاز متراکم

بازدارنده های شعله مبتنی بر فسفر عمدتاً در فاز متراکم - درون خود ماتریس پلیمری به جای شعله بالای آن - عمل می کنند. هنگامی که در معرض گرما قرار می گیرند، ترکیبات فسفر باعث کم آبی و اتصال عرضی ستون فقرات پلیمری می شود و یک لایه زغال سنگ متراکم و کربنی روی سطح مواد تشکیل می دهد. این ذغال سنگ به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می کند که مواد زیرین را از گرما عایق می کند، از انتشار گازهای فرار قابل احتراق که سوخت شعله هستند جلوگیری می کند و تماس اکسیژن با بستر را کاهش می دهد. سیستم های مقاوم در برابر شعله کامپوزیت شعله ور، یک منبع اسید فسفر (مانند پلی فسفات آمونیوم، APP)، یک ذغال غنی از کربن (مانند پنتااریتریتول) و یک عامل دمنده (مانند ملامین) را ترکیب می کنند تا یک فوم ذغال منبسط شونده در هنگام اشتعال تولید کنند که می تواند در برابر آتش سوزی 50 تا 10 برابر افزایش یابد. پوشش ها و کامپوزیت های پلیمری

خنک کننده گرماگیر و رقیق سازی

بازدارنده های شعله هیدروکسید فلز - به ویژه تری هیدروکسید آلومینیوم (ATH) و هیدروکسید منیزیم (MDH) - از طریق یک مکانیسم گرماگیر دوگانه عمل می کنند. هنگامی که بالاتر از دمای تجزیه خود (ATH در حدود 200 درجه سانتیگراد، MDH در حدود 300 درجه سانتیگراد) گرم می شوند، مقادیر زیادی انرژی گرمایی را جذب کرده و بخار آب آزاد می کنند. این فرآیند به طور همزمان سطح پلیمر را زیر دمای اشتعال خنک می کند و مخلوط گاز قابل احتراق بالای آن را با بخار آب غیر قابل اشتعال رقیق می کند. در فرمول‌های کامپوزیت بازدارنده شعله، ATH و MDH اغلب در ترکیب با ترکیبات فسفر یا تقویت‌کننده‌های نانورس برای کاهش سطوح بارگذاری بالا (معمولاً 50 تا 65 درصد وزنی) مورد نیاز برای عملکرد مؤثر استفاده می‌شوند که در غیر این صورت به شدت خواص مکانیکی را به خطر می‌اندازد.

اثرات مانع فیزیکی از طریق نانوپرکننده ها

افزودنی‌های نانوذرات - از جمله نانورس مونت موریلونیت، اکسید گرافن، نانولوله‌های کربنی، و هیدروکسیدهای دو لایه لایه‌ای (LDH) - عمدتاً از طریق مکانیسم‌های مانع فیزیکی به بازدارندگی شعله در سیستم‌های کامپوزیتی کمک می‌کنند. هنگامی که به طور یکنواخت در سراسر یک ماتریس پلیمری پراکنده می شوند، این نانوپرکننده ها یک مانع انتشار پرپیچ و خم را تشکیل می دهند که فرار محصولات تجزیه فرار قابل احتراق را به سمت منطقه شعله کاهش می دهد و مانع از نفوذ گرما به مواد توده می شود. سیستم‌های مقاوم در برابر شعله کامپوزیتی تقویت‌شده با نانورس ارزش ویژه‌ای دارند زیرا نانورس به طور همزمان سفتی مکانیکی را بهبود می‌بخشد و نرخ آزادسازی حرارت (pHRR) را در آزمایش کالری‌سنج مخروطی کاهش می‌دهد، که اغلب به کاهش 40 تا 60 درصدی در pHRR در بارهای کمتر از 2-5 درصد دست می‌یابد.

دسته های اصلی سیستم های کامپوزیت بازدارنده شعله

بازدارنده های شعله کامپوزیتی بر اساس خانواده شیمیایی اولیه و نحوه عملکردشان طبقه بندی می شوند. هر دسته دارای مزایای عملکردی متمایز، محدودیت ها، ملاحظات نظارتی و پروفایل های سازگاری با ماتریس های پلیمری مختلف و بسترهای کامپوزیت است.

سیستم های کامپوزیت هالوژن-آنتیمون

ترکیب بازدارنده های شعله برومه یا کلردار با تری اکسید آنتیموان ثابت ترین و مقرون به صرفه ترین سیستم بازدارنده شعله کامپوزیتی برای ترموپلاستیک هایی مانند ABS، HIPS، پلی آمید و پلی استر است. دکابرومودی فنیل اتان (DBDPE)، تترابرومبیسفنول A (TBBPA) و پارافین های کلردار از رایج ترین منابع هالوژن مورد استفاده در این سیستم ها هستند. کامپوزیت آنتیموان-هالوژن عملکرد UL 94 V-0 را در مقاطع نازک در بارهای ترکیبی 12 تا 20 درصد وزنی به دست می آورد و ظرفیت قابل توجهی برای تقویت پرکننده ها و افزودنی های ساختاری باقی می گذارد. با این حال، بررسی نظارتی برخی از ترکیبات برم دار تحت دستورالعمل اتحادیه اروپا RoHS، مقررات REACH و پیشنهاد 65 کالیفرنیا، توسعه جایگزین‌های بدون هالوژن را در بسیاری از دسته‌های محصولات تسریع کرده است.

سیستم های کامپوزیت فسفر-نیتروژن بدون هالوژن

سیستم های بازدارنده شعله کامپوزیت هم افزایی فسفر-نیتروژن (P-N) نشان دهنده سریع ترین بخش در حال رشد بازار بازدارنده شعله است که توسط الزامات بدون هالوژن در کاربردهای الکترونیک، خودرو و ساخت و ساز هدایت می شود. در سیستم های P-N، جزء نیتروژن - معمولا ملامین، ملامین سیانورات، ملامین پلی فسفات، یا پیپرازین فسفات - با افزایش تشکیل زغال سنگ و ترویج آزادسازی گاز نیتروژن غیر قابل احتراق، که اکسیژن را در جلوی شعله رقیق می کند، با فسفر هم افزایی می کند. این سیستم ها به ویژه در پلی آمید (PA6، PA66)، مخلوط های پلی کربنات، فوم های پلی اورتان و کامپوزیت های اپوکسی موثر هستند. دی اتیل فسفینات آلومینیوم (AlPi)، همراه با پلی فسفات ملامین، یک سیستم کامپوزیت P-N برای پلی آمید تقویت شده با الیاف شیشه است که V-0 را در بارهای کمتر از 15 تا 20 درصد وزنی به دست می آورد و در عین حال مقاومت ردیابی الکتریکی عالی را حفظ می کند - یک نیاز حیاتی برای کانکتور مدار شکن.

سیستم های مقاوم در برابر شعله کامپوزیتی متورم

سیستم های شعله ور رویکرد غالب برای پوشش های ضد حریق روی فولاد سازه ای، الوار و سینی های کابل، و همچنین برای بازدارندگی افزایشی شعله در ترکیبات مبتنی بر پلی پروپیلن، پلی اتیلن و EVA هستند. یک سیستم مقاوم در برابر شعله کامپوزیت شعله ور به خوبی فرموله شده مبتنی بر APP/پنتا اریتریتول/ ملامین (سیستم کلاسیک سه تایی IFR) یک ذغال چند سلولی پایدار، چسبنده تولید می کند که 30، 60 یا حتی 120 دقیقه مقاومت در برابر آتش را در برنامه های حفاظت در برابر آتش غیرفعال ایجاد می کند. پیشرفت های اخیر در فرمولاسیون کامپوزیت شعله ور شامل ترکیب زئولیت ها، گرافیت قابل انبساط، بورات روی، و نانوذرات به عنوان عوامل تقویت کننده زغال سنگ است که باعث بهبود پایداری مکانیکی ذغال سنگ سوز تحت برخورد مستقیم شعله، جلوگیری از فروپاشی و حفظ سد عایق می شود.

سیستم های کامپوزیت مبتنی بر هیدروکسید فلز

سیستم های مقاوم در برابر شعله کامپوزیت ATH و MDH بر کاربردهای کابل و سیم کم دود، بدون هالوژن (LSZH)، کفپوش انعطاف پذیر، تسمه نقاله لاستیکی و کامپوزیت های ترموست برای فضاهای داخلی حمل و نقل عمومی غالب هستند. جذابیت اصلی آنها فراتر از عملکرد آتش، عدم وجود گازهای احتراق سمی یا خورنده است - یک مزیت حیاتی ایمنی در فضاهای محدود مانند تونل ها، کابین هواپیما و محفظه های زیردریایی. فرمول‌های کامپوزیت مدرن چالش بارگذاری بالا سیستم‌های ATH یا MDH خالص را با ترکیب آن‌ها با هم افزایی‌کننده‌های فسفر، تیمارهای سطحی سیلان برای بهبود سازگاری پلیمری و تقویت‌کننده‌های نانویی که استحکام کششی و ازدیاد طول را در هنگام شکست در ترکیبات پر شده حفظ می‌کنند، برطرف می‌کنند. کامپوزیت های مبتنی بر MDH نسبت به ATH در ترکیبات پلی الفین فرآوری شده بالاتر از 200 درجه سانتیگراد ترجیح داده می شوند زیرا دمای شروع تجزیه بالاتر MDH از انتشار زودرس آب در طول فرآیند مذاب جلوگیری می کند.

مقایسه عملکرد بازدارنده شعله کامپوزیت بر اساس نوع سیستم

انتخاب سیستم بازدارنده اشتعال مرکب مناسب نیاز به متعادل کردن عملکرد آتش در برابر خواص مکانیکی، الزامات پردازش، سمیت دود، انطباق با مقررات و هزینه دارد. جدول زیر یک نمای کلی مقایسه ای از انواع سیستم های اصلی در این پارامترهای کلیدی را ارائه می دهد.

بخش های کاربردی کلیدی و الزامات خاص آنها

تقاضاهایی که بر روی یک سیستم بازدارنده اشتعال کامپوزیت گذاشته می شود، به طور قابل توجهی در بخش مصرف نهایی متفاوت است. هر صنعت تحت استانداردهای مختلف تست آتش، الزامات دود و سمیت، محدودیت‌های پردازش و چارچوب‌های نظارتی عمل می‌کند و دانش فرمول‌بندی خاص بخش را ضروری می‌سازد.

کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) برای هوافضا و دریایی

کامپوزیت های اپوکسی، فنولیک و بیسمالیمید تقویت شده با فیبر کربن و الیاف شیشه که در داخل هواپیما، بدنه کشتی ها و سکوهای دریایی استفاده می شوند، باید به اشتعال پذیری کم و چگالی دود بسیار کم و انتشار گازهای سمی دست یابند. کامپوزیت‌های رزین فنولی دارای ویژگی‌های ذاتی تشکیل زغال هستند که مزیت عملکرد آتش طبیعی را ارائه می‌کنند، اما سیستم‌های اپوکسی به افزودن مواد بازدارنده شعله فعال فسفر نیاز دارند - مانند DOPO (9،10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide) - که مشتقات شیمیایی آن هستند. ترکیب فیزیکی ترکیب مقاوم در برابر شعله کامپوزیت واکنشی از مهاجرت و شسته شدن جلوگیری می کند، پایداری عملکرد طولانی مدت را تضمین می کند، و از شکوفایی سطحی که می تواند عملیات چسبندگی و رنگ آمیزی چسب برای تولید هوافضا را به خطر بیندازد، جلوگیری می کند.

ساخت و ساز و مصالح ساختمانی

پانل های عایق فوم پلی اورتان سفت و سخت، تخته های EPS و XPS، کامپوزیت های چوب پلاستیک (WPC) و لوله های کابلی مورد استفاده در ساخت و ساز ساختمان باید با کدهای ملی ساختمان بر اساس EN 13501، ASTM E84 (شاخص گسترش شعله و شاخص توسعه دود) یا استانداردهای BS 476 مطابقت داشته باشند. سیستم های مقاوم در برابر شعله کامپوزیت شعله ور که شامل گرافیت قابل انبساط همراه با APP هستند به طور گسترده در فوم PU سفت و سخت برای دستیابی به درجه بندی Euroclass B یا بهتر استفاده می شوند. در محصولات ساختمانی WPC، سیستم های کامپوزیت ATH-فسفر هم عملکرد آتش و هم نیازهای مقاومت در برابر رطوبت پانل های روکش خارجی را مورد توجه قرار می دهند. تغییر اخیر به سمت ساخت و ساز چوب انبوه، تقاضا برای تیمارهای مقاوم در برابر شعله کامپوزیت نوع اشباع موثر بر اساس ترکیبات فسفر و بور برای عناصر چوبی چند لایه (CLT) را تشدید کرده است.

تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی (EEE)

بسترهای برد مدار چاپی (PCB)، محفظه‌های رابط، محفظه‌های دنده سوئیچ، و محفظه‌های منبع تغذیه، بیشترین کاربرد را برای سیستم‌های کامپوزیت بازدارنده شعله در بخش الکترونیک نشان می‌دهند. لمینت PCB FR4 - استاندارد صنعتی - به درجه شعله V-0 خود از طریق یک بازدارنده شعله واکنشی تترابرومبیسفنول A (TBBPA) که در سیستم رزین اپوکسی گنجانده شده است، می رسد. با این حال، ادامه سخت‌تر شدن محدودیت‌های RoHS، پذیرش جایگزین‌های بدون هالوژن مبتنی بر مونومرهای واکنش‌دهنده فسفر-نیتروژن برای ورقه‌های PCB با فرکانس بالا را تسریع کرده است. برای محفظه های ترموپلاستیک قالب گیری تزریقی، سیستم های کامپوزیت پلی فسفات AlPi-Melamine در پلی آمید تقویت شده با شیشه، عملکرد UL 94 V-0 و انطباق با دمای اشتعال سیم برق (GWIT) مورد نیاز استانداردهای IEC 60695 را برای وسایل الکتریکی بدون مراقبت ارائه می دهند.

فضای داخلی خودرو و حمل و نقل

اجزای داخلی خودرو - پانل‌های ابزار، فوم صندلی‌ها، سربرگ‌ها، پانل‌های تزئینی درها، و روکش مهار سیم - باید تست سرعت سوختگی افقی FMVSS 302 (حداکثر پخش شعله حداکثر 102 میلی‌متر در دقیقه) را پشت سر بگذارند و در عین حال الزامات VOC و مه‌گیر سختی را رعایت کنند که استفاده از افزودنی‌های بازدارنده شعله با فراریت بالا را محدود می‌کند. سیستم‌های مقاوم در برابر شعله کامپوزیتی مبتنی بر فسفر بدون هالوژن در فوم پلی‌اورتان و ترکیبات پلی‌پروپیلن بر کاربردهای خودرو غالب هستند، که اغلب با پرکننده‌های معدنی و عوامل پیوند واکنشی ترکیب می‌شوند تا اهداف شعله، بو و قابلیت بازیافت همزمان را برآورده کنند. برای محفظه های باتری خودروهای الکتریکی، موانع شعله گیر کامپوزیت تخصصی و مواد مهارکننده آتش رسانای حرارتی بخش نوظهوری با رشد بالا هستند که ناشی از الزامات مهار حرارتی فراری است.

عواملی که بر انتخاب کامپوزیت بازدارنده شعله تأثیر می گذارد

فرمولاتورها و مهندسان مواد باید مجموعه ای جامع از عوامل فنی، نظارتی و تجاری را در هنگام تعیین یک سیستم بازدارنده اشتعال مرکب ارزیابی کنند. بهینه سازی همه این ابعاد به طور همزمان چالش اصلی توسعه مواد ضد حریق است.

• استاندارد تست آتش هدف: طبقه‌بندی آتش مورد نیاز - UL 94 V-0، Euroclass B، ASTM E84 Class A، EN 45545 HL3 یا IMO FTP - حداقل آستانه عملکرد را تعیین می‌کند و مستقیماً تأثیر می‌گذارد که کدام سیستم مرکب بازدارنده شعله می‌تواند به طور واقع بینانه به انطباق با ماتریس پلیمری و هندسه محصول برسد.
• سازگاری با ماتریس پلیمری: سازگاری شیمیایی بین سیستم بازدارنده شعله و پلیمر پایه، پایداری پردازش، کیفیت پراکندگی و عملکرد طولانی مدت را تعیین می کند. ترکیبات فسفر که در پلی آمید پایدار هستند ممکن است در پلی اولفین ها هیدرولیز و تجزیه شوند. ATH که به خوبی در EVA پردازش می‌شود، در ترموپلاستیک‌های مهندسی که در دمای بالای 220 درجه سانتی‌گراد پردازش می‌شوند، زودتر تجزیه می‌شوند.
• حفظ خواص مکانیکی: سطوح بارگیری بازدارنده شعله بالا به طور اجتناب ناپذیری بر استحکام کششی، مقاومت در برابر ضربه، کشیدگی در هنگام شکست و مدول خمشی تأثیر می گذارد. سیستم های بازدارنده اشتعال مرکب که در سطوح بارگذاری پایین تر کار می کنند - به ویژه سیستم های P-N هم افزایی و رویکردهای نانو کامپوزیت - جریمه های خواص مکانیکی را به حداقل می رساند و باید در مواردی که عملکرد ساختاری حیاتی است اولویت بندی شوند.
• تراکم دود و محدودیت های سمیت: کاربردها در فضاهای بسته یا اشغال شده - هواپیما، راه آهن، زیردریایی ها، مسیرهای خروج ساختمان - محدودیت های سختی را بر چگالی نوری خاص (Ds) و غلظت گاز سمی (CO، HCN، HCl) اندازه گیری شده در طول آزمایش آتش اعمال می کند. فقط سیستم‌های کامپوزیتی بدون هالوژن که بر پایه هیدروکسیدهای فلزی، ترکیبات فسفر یا عوامل نیتروژن هستند، سخت‌ترین الزامات دود و سمیت را برآورده می‌کنند.
• رعایت مقررات و محدودیت مواد: مقررات جهانی شیمیایی از جمله EU REACH، RoHS، مقررات POPs، و الزامات CPSC، مواد خاص بازدارنده شعله را محدود یا ممنوع می کند. یک سیستم بازدارنده اشتعال مرکب که امروزه انتخاب می‌شود، باید نه تنها در برابر محدودیت‌های فعلی، بلکه در برابر موادی که در حال حاضر تحت بررسی نظارتی هستند، ارزیابی شود تا از فرمول‌بندی مجدد پرهزینه محصولات نهایی در طول عمر مفید آنها جلوگیری شود.
• پنجره پردازش و پایداری حرارتی: سیستم بازدارنده اشتعال کامپوزیت باید در طول محدوده دمایی پردازش بدون تجزیه زودهنگام، تغییر رنگ یا تولید گاز که باعث ایجاد نقص‌های سطحی، حفره‌ها یا بی‌ثباتی ابعادی در محصول نهایی شود، پایدار بماند.
• ملاحظات هزینه و زنجیره تامین: ترکیبات تخصصی فسفر و نانو افزودنی‌ها هزینه‌های مواد خام بسیار بالاتری نسبت به ترکیبات هالوژن کالا یا ATH دارند. هزینه کل فرمولاسیون باید بر اساس عملکرد تحویل به ازای هر دلار، محاسبه سطح بارگذاری، استفاده از هم افزایی و هرگونه تأثیر بر نرخ ضایعات پردازش یا عملیات تکمیل ثانویه ارزیابی شود.

روندهای نوظهور در فناوری کامپوزیت بازدارنده شعله

صنعت بازدارنده اشتعال کامپوزیت در حال گذراندن تحولات تکنولوژیکی قابل توجهی است که ناشی از تشدید مقررات، الزامات پایداری و افزایش تقاضای عملکرد مواد نسل بعدی در برق‌سازی، ساخت‌وساز سبک و کاربردهای اقتصاد دایره‌ای است.

سیستم های بازدارنده شعله مبتنی بر زیستی و پایدار

تحقیقات در مورد بازدارنده‌های شعله کامپوزیت مشتق‌شده زیستی، با اسید فیتیک (یک ترکیب طبیعی غنی از فسفر از دانه‌ها)، شکل‌دهنده‌های زغال‌اخته بر پایه لیگنین و سیستم‌های هیبریدی کیتوزان-فسفر که عملکرد آتش سوزی امیدوارکننده‌ای را در پلیمرهای زیستی و ماتریکس‌های کامپوزیت الیاف طبیعی نشان می‌دهد، به طور قابل‌توجهی سرعت گرفته است. این رویکردهای بازدارنده اشتعال کامپوزیت مبتنی بر زیست با اصول اقتصاد دایره ای همسو هستند و وابستگی به افزودنی های مشتق شده از پتروشیمی را کاهش می دهند. مجتمع‌های یونی اسید فیتیک-فلز، به‌ویژه، رفتار آتش‌زای مؤثری را در منسوجات پنبه‌ای و کتانی و کامپوزیت‌های پلی لاکتیک اسید (PLA) نشان داده‌اند و امکان مواد واقعاً پایدار در برابر آتش را برای بسته‌بندی، کشاورزی و کالاهای مصرفی باز می‌کنند.

بازدارنده های شعله راکتیو و با پیوند کووالانسی

مهاجرت و تبخیر بازدارنده‌های شعله از نوع افزودنی در طول پردازش در دمای بالا و خدمات طولانی‌مدت، هم یک نگرانی قابلیت اطمینان عملکرد و هم یک خطر بهداشت محیطی و شغلی است. گرایش صنعت به سمت ترکیب واکنش‌دهنده مقاوم در برابر شعله کامپوزیت - که در آن مونومرهای حاوی فسفر، نیتروژن یا سیلیکون به‌طور شیمیایی در ستون فقرات پلیمر از طریق پلیمریزاسیون یا اتصال عرضی ساخته می‌شوند - این نگرانی‌ها را کاملاً از بین می‌برد. بازدارنده‌های شعله واکنش‌پذیر مبتنی بر DOPO برای کامپوزیت‌های اپوکسی و دیول‌های فسفونات که در بخش‌های نرم پلی‌اورتان گنجانده شده‌اند، نمونه‌های تجاری این رویکرد هستند که در کاربردهای الکترونیک و خودرو جذابیت قابل توجهی به دست آورده‌اند.

سیستم های ضد شعله کامپوزیت چند منظوره فعال با نانو

ادغام مواد نانوساختار - از جمله نانو ورقه‌های MXene (کاربید فلزات واسطه)، نانوپلاکت‌های نیترید بور و چارچوب‌های فلزی-آلی (MOF) - در فرمول‌های کامپوزیت بازدارنده شعله نشان‌دهنده برتری علم مواد حفاظتی در برابر آتش است. این سیستم‌های مجهز به نانو، ترکیبی قانع‌کننده از بازدارندگی شعله، هدایت حرارتی بهبود یافته، تقویت مکانیکی افزایش یافته و در برخی موارد محافظ تداخل الکترومغناطیسی، همه در یک سیستم افزودنی را ارائه می‌دهند. پوشش‌های مقاوم در برابر شعله کامپوزیت مبتنی بر MXene بر روی فوم پلی‌اورتان کاهش pHRR بیش از 70 درصد را در بارگذاری‌های زیر 5 درصد وزنی در آزمایش کالری‌سنج مخروطی نشان داده‌اند، با بهبودهای همزمان در مقاومت فشاری - ترکیبی که با سیستم‌های افزودنی معمولی دستیابی به آن غیرممکن است. .