Dengan mengetatkan peraturan alam sekitar global dan memperdalam konsep pembangunan mampan,kalis api bebas halogentelah menjadi pilihan arus perdana untuk pengubahsuaian kalis api bahan polimer. Berbanding dengan kalis api berhalogen tradisional, sistem bebas halogen menghasilkan kurang asap dan gas menghakis semasa pembakaran, dan tidak menghasilkan bahan seperti dioksin toksik. Walau bagaimanapun, pelbagai kalis api bebas halogen seperti berasaskan fosforus, berasaskan nitrogen, hidroksida logam dan jenis pengembangan mempunyai sifat yang berbeza di pasaran. Cara memilih secara saintifik berdasarkan sistem bahan dan senario aplikasi telah menjadi isu utama yang dihadapi oleh juruteknik. Artikel ini akan menganalisis logik pemilihan kalis api bebas halogen daripada pelbagai dimensi.
Retardan api bebas halogen berfungsi terutamanya melalui dua cara: kalis api fasa gas terurai untuk menghasilkan gas tidak mudah terbakar (seperti nitrogen dan wap air) yang mencairkan oksigen dan gas mudah terbakar; Kalis api fasa pekat membentuk lapisan karbon pada permukaan bahan, mengasingkan pemindahan haba dan oksigen. Retardan api berasaskan fosforus (seperti ester fosfat dan polifosfat ammonium) terutamanya bertindak dalam fasa pekat, manakala kalis api berasaskan nitrogen (seperti melamin dan terbitannya) bertindak lebih melalui fasa gas. Memahami perbezaan asas ini adalah langkah pertama dalam membuat pilihan.
Satu kalis api sering gagal mencapai kesan yang diingini. Sistem sinergistik nitrogen fosforus adalah gabungan yang paling klasik, di mana ammonium polifosfat (sumber asid) digunakan dalam kombinasi dengan melamin (sumber gas) untuk membentuk lapisan karbon yang padat berkembang, dengan ketara meningkatkan kecekapan kalis api. Hidroksida logam (aluminium hidroksida, magnesium hidroksida) memerlukan jumlah tambahan yang besar (biasanya 50-60%), tetapi jika digabungkan dengan sejumlah kecil sinergi seperti organosilicon dan zink borat, jumlah penambahan dapat dikurangkan dan sifat mekanikal boleh diperbaiki.
Polimer kutub (seperti PA dan PBT) mempunyai keserasian yang baik dengan kalis api kutub (seperti berasaskan fosforus), dan boleh digabungkan melalui ikatan kimia atau hidrogen, dengan penyebaran seragam dan kesan minimum pada sifat mekanikal. Poliolefin bukan kutub (PP, PE) lebih sesuai untuk menggunakan hidroksida logam yang diubah suai permukaan atau kalis api berkapsul mikro untuk meningkatkan ikatan antara muka.
Kestabilan terma ialah penunjuk teknikal utama.Aluminium hidroksidamula mengurai melebihi 200 ℃, jadi ia tidak sesuai untuk memproses plastik kejuruteraan dengan suhu melebihi 200 ℃. Untuk bahan seperti PBT dan PA6 dengan suhu pemprosesan antara 240-280 ℃, bahan kalis api berasaskan fosforus kestabilan terma tinggi (seperti hipofosfat) atau magnesium hidroksida bersalut permukaan harus dipilih.
Produk lutsinar (seperti PC, PMMA) perlu memilih kalis api dengan padanan indeks biasan. Retardan api silikon organik mempunyai kesan yang agak kecil pada ketelusan, manakala hidroksida logam boleh menyebabkan pengatoman yang teruk. Kawalan saiz zarah adalah penting, dan penyebaran kalis api tahap submikron boleh meminimumkan penyerakan cahaya setakat yang mungkin.
Ujian Indeks Oksigen Had (LOI) dan Ujian Kalorimetri Kon adalah kaedah penilaian teras. Semakin tinggi nilai LOI, semakin sukar bahan itu dibakar di udara (biasanya>28% dianggap kalis api). Kalorimeter kon boleh memperoleh parameter kinetik seperti kadar pelepasan haba puncak (pHRR) dan jumlah kadar pelepasan haba (THR), secara saintifik mencerminkan prestasi dalam senario kebakaran sebenar.
Menambah kalis api tidak dapat tidak menjejaskan sifat mekanikal. Teknik pengubahsuaian permukaan seperti agen gandingan silane dan rawatan ester asid titanium boleh meningkatkan ikatan antara muka; Pengoptimuman saiz zarah (1-5 μ m adalah optimum) dan kawalan morfologi (magnesium hidroksida seperti lembaran lebih tinggi daripada kubik) boleh mengurangkan titik kepekatan tegasan. Cadangkan menggunakan reka bentuk eksperimen seperti kaedah Taguchi untuk mengoptimumkan nisbah kalis api, agen peneguh dan pelincir.
Kadar pengekalan retardansi nyalaan selepas penuaan haba basah (85 ℃/85% RH) dan penuaan UV adalah kunci kepada aplikasi praktikal. Beberapa kalis api ester fosfat menimbulkan risiko hidrolisis dan memerlukan mikroenkapsulasi atau pengubahsuaian struktur molekul (pengenalan cincin aromatik) untuk meningkatkan ketahanan.
Hidroksida berganda berlapis (LDH), montmorilonit dan bahan nano lain boleh mengurangkan kadar pelepasan haba dengan ketara apabila ditambah dalam jumlah 3-5%, dan mempunyai sedikit kesan ke atas sifat mekanikal, tetapi masalah penyebaran perlu diselesaikan. Karbon nanotiub/graphene boleh membentuk lapisan karbon rangkaian tiga dimensi, yang merupakan arah baharu untuk penindasan asap yang cekap dan kalis api.
Retardan api yang diperoleh daripada biojisim seperti asid phytic, kanji, dan lignin secara beransur-ansur menjadi praktikal. Bahan-bahan ini mempunyai kandungan karbon yang tinggi, sifat pengkarbonan yang baik, dan menepati konsep ekonomi bulat. Walaupun kecekapan masih perlu dipertingkatkan, ia telah mula digunakan dalam bidang yang mempunyai keperluan alam sekitar yang sangat tinggi.
Dengan pembangunan teknologi simulasi bahan (dinamik molekul, ramalan pembelajaran mesin), pemilihan kalis api beralih daripada percubaan dan ralat empirikal kepada reka bentuk rasional. Pada masa hadapan, sistem kalis api pintar yang menggabungkan kecekapan tinggi, ketoksikan rendah dan pelbagai fungsi (penindasan asap, anti menitis dan peningkatan) akan menjadi tumpuan penyelidikan dan pembangunan, dan pemahaman mendalam tentang interaksi antara bahan, kalis api, dan proses akan sentiasa menjadi asas teknologi untuk membuat pilihan terbaik.
