پلی کربنات (PC) به دلیل عبور نور عالی، مقاومت در برابر ضربه و پایداری ابعادی، به طور گسترده در اجزای مقاوم در برابر شعله شفاف با کیفیت بالا (مانند پنجره های الکترونیکی، تجهیزات روشنایی، و فضای داخلی ریل پرسرعت) استفاده می شود. این مقاله مسیر فنی این طرح هم افزایی را از منظر چند مقیاسی تحلیل خواهد کرد.
1. کنترل پراکندگی: اندازه ذرات باید به طور قابل توجهی کوچکتر از طول موج نور مرئی (<40 نانومتر) باشد و به شدت با ضریب شکست ماتریس مطابقت داشته باشد.
2. کنترل رابط: ذرات باید به پراکندگی نزدیک به سطح مولکولی در ماتریس دست یابند تا از پراکندگی نور ناشی از آگلومراها جلوگیری شود.
3. راندمان بازدارندگی شعله: Nano-ATH باید یک مکانیسم بازدارنده شعله فاز متراکم کارآمد را در سطوح بارگذاری پایین (معمولاً 10-20 درصد وزنی) ایجاد کند.
متعارفATH(اندازه ذرات 1-10 میکرومتر) می تواند باعث پراکندگی شدید نور شود که منجر به کدر شدن مواد می شود. در مقابل، نانو-ATH تصفیه شده از طریق روش های بارش (با اندازه ذرات متوسط D50 < 50 نانومتر و توزیع باریک)، به دلیل ابعاد بسیار کوچکتر از طول موج های نور مرئی و خواص نوری قابل تنظیم از طریق اصلاح سطح، به عنوان راه حل کلیدی برای این تضاد عمل می کند.
1. شاخص های کلیدی عملکرد برای ATH نانو بارش
· اندازه ذرات و مورفولوژی: نانوذرات پلاکتی شکل نزدیک به کروی یا شش ضلعی منظم را ترجیح دهید. ذرات کروی همسانگردی را با یک مدل پراکندگی ساده نشان می دهند. نانوبلورهای پلاکتی شکل شش ضلعی با ضخامت خاص نیز می توانند پراکندگی را در صورت موازی با جهت نور به حداقل برسانند.
باقیمانده یون سدیم: محتوای Na+ کمتر از 50 ppm را کنترل کنید تا از کاتالیز کردن تخریب هیدرولیز PC در طول پردازش در دمای بالا جلوگیری کنید.
2. انتخاب و تثبیت ماتریس PC
رزین PC درجه نوری: گریدهایی با ناخالصی کم، تغییر رنگ کم و توزیع وزن مولکولی باریک، با عبور نور اولیه بیش از 88 درصد انتخاب کنید.
تثبیت کننده های هیدرولیز و آنتی اکسیدان ها: ترکیبات اپوکسیدی و آنتی اکسیدان های استر فسفیت باید از قبل اضافه شوند تا از پایداری پیوندهای استری در طول پردازش در حضور ATH محافظت شود.
1. مکانیسم بازدارنده شعله (اثر هم افزایی)
Nano-ATH به صورت مجزا در PC عمل نمی کند
مانع فیزیکی: در طی احتراق، نانوذرات به سطح مذاب PC مهاجرت می‌کنند و در همکاری با لایه کربنی که در اثر تجزیه خود PC ایجاد می‌شود، یک لایه محافظ کامپوزیتی متراکم "Al2O3-Carbon" ایجاد می‌کند.
2. مکانیسم حفظ عملکرد نوری
تطبیق ضریب شکست: با اصلاح سطح، اختلاف ضریب شکست (Δn) درATH-رابط پلیمری به زیر 0.01 کاهش یافته است. بر اساس تئوری پراکندگی، سطح مقطع پراکندگی متناسب با (Δn)² است، در نتیجه به "شفافیت نوری" دست می یابد.
از بین بردن آگلومراها: آگلومراها منبع اولیه پراکندگی نور هستند. هدف اصلی رابط و فرآیند پراکندگی فوق، دستیابی به یک حالت پراکنده است که در آن نانوذرات اولیه به عنوان واحدهای اساسی عمل می کنند.
1. عملکرد نوری: از یک مه سنج و اسپکتروفتومتر برای مشخص کردن کل عبور نور (TT) و مه استفاده کنید. هدف: TT> 82%, Haze<8%.
2. عملکرد بازدارنده شعله: احتراق عمودی UL-94 (V-0 برای ضخامت های 1.6 میلی متر و بالاتر)، شاخص نهایی اکسیژن (LOI> 30٪). همراه با تجزیه و تحلیل کالریمتری مخروطی (CONE) میزان انتشار حرارت اوج (pHRR) و انتشار حرارت کل (THR)، خطر آتش سوزی واقعی را ارزیابی می کند.
3. واسط و ارزیابی غیرمتمرکز:
· TEM با وضوح بالا: به صورت بصری وضعیت پراکندگی نانوذرات و ضخامت لایه سطحی را مشاهده کنید.
· رئولوژی دینامیک: در محدوده فرکانس پایین، مقدار فلات مدول ذخیره سازی (G') می تواند به طور حساسی درجه پراکندگی شبکه نانوذرات را منعکس کند.
4. تعادل خواص مکانیکی: پراکندگی خوب نانوذرات معمولاً می تواند سطح بالایی از استحکام ضربه ای بریدگی را حفظ کرده و مدول خمشی را افزایش دهد، اما باید به تعادل بین کشش و صلبیت توجه شود.
طراحی مواد کامپوزیت PC ضد شعله با شفافیت بالا با بارش نانوATHزیرا هسته صرفاً یک ترکیب فیزیکی نیست، بلکه یک مهندسی سیستم چند سطحی و یکپارچه از طراحی رابط مولکولی، تا کنترل پراکندگی در مقیاس نانو، و سپس به جهت گیری ناشی از پردازش ماکروسکوپی است.
کلید موفقیت آن در درک عمیق و استفاده از خواص ذاتی نانو رسوب ATH (اندازه ذرات، مورفولوژی، شیمی سطح)، دستیابی به "سازگاری نوری و شیمیایی" با ماتریس PC از طریق مهندسی مولکولی رابط دقیق، و سپس قفل کردن این مزیت در مقیاس نانو در فناوری پردازش ماکروسکوپی است. هدف نهایی این است که نانو ATH دیگر یک "شیء خارجی" در رایانه شخصی نباشد، بلکه یک جزء نامرئی اما ضروری از اسکلت عملکردی آن باشد، در نتیجه به طور هم افزایی به این ماده عملکرد فوق العاده به ظاهر متناقضی اعطا کنیم - شفاف مانند شیشه و مقاوم در برابر شعله مانند سنگ. این نشان‌دهنده مرحله جدیدی در طراحی مواد پلیمری مقاوم در برابر شعله است که از "مصالح عملکرد" سنتی به "ایجاد مشارکتی عملکرد" هوشمندانه حرکت می‌کند.
