20736

۲۰۷۳۶

اصلاح سطح گرافيت جهت افزايش مقاومت شعله كوپليمر اتيلن - وينيل استات

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي - پليمر

95-96

1397/12/20

دكتر فصيحي

دكتر صائب

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين پژوهش، به‌منظور بهبود خواص حرارتي كو پليمر اتيلن وينيل استات (EVA) كه پليمر اصلي كابل‌هاي برقي است، از افزودني‌هاي بازدارنده شعله استفاده شد. به همين دليل از بازدارنده شعله گرافيت قابل انبساط (EG) استفاده شد. گرافيت قابل انبساط به دليل پايداري حرارتيش در دماهاي بالا، ارزاني و عامل تشكيل ذغال در بسياري از كارهايي كه درزمينه‌ي بازدارندگي شعله استفاده‌شده بود، انتخاب شد؛ اما از طرفي به دليل سازگاري پايينش در ماتريس پليمر و ناپايداري ذغال تشكيل‌شده‌اش، اصلاح سطح شد. به همين دليل ابتدا اسيدهاي ميان لايه‌اي گرافيت قابل انبساط با استفاده از شوك حرارتي حذف شدند تا تعدادي از گروه‌هاي عاملي كه در طول فرايند سوختن موجب تشديد واكنش‌هاي زنجيره‌اي مي‌شوند، از بين بروند و همچنين لايه‌هاي گرافيت از هم فاصله بگيرند. در ادامه از بازدارنده شعله‌اي بر پايه فسفر (آمونيوم پلي فسفات (APP) جهت اتصال عرضي با سطح گرافيت قابل انبساط استفاده شد. سپس به بررسي روش‌هاي تجربي گوناگون جهت فسفر دار كردن گرافيت منبسط‌شده پرداخته‌شده است. در همين رابطه روشي ساده و اصلاح‌شده جهت فسفر دار كردن گرافيت قابل انبساط در مقياس بالا ارائه‌شده است تا در كارهاي بازدارندگي شعله استفاده شود. براي اثبات وجود پيوند شيميايي بين گرافيت قابل انبساط و آمونيوم پلي فسفات از روش‌هاي تبديل فوريه مادون‌قرمز (FTIR)، پراش پرتوايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، سنجش عنصري به روش پراكندگي انرژي پرتوايكس (EDAX)، آزمون گرما وزن سنجي (TGA) استفاده شد. نتايج نشان دادند كه در 6.5 درصد وزني، فسفر بر روي سطح گرافيت قابل انبساط اتصال يافته است كه نتيجه ظاهر شدن پيوند P-O-C بوده است. محصول شناسايي‌شده جهت بازدارندگي شعله‌ با ماتريس كو پليمر اتيلن- وينيل استات (EVA) در تركيب درصدهاي 20،10 و 30 تركيب شد. سپس با كامپوزيت‌هايي با ماتريس EVA و افزودني گرافيت منبسط‌شده به‌تنهايي، گرافيت منبسط‌شده همراه با آمونيوم پلي فسفات (دو سيستم هيبريدي) در همان تركيب درصدها با استفاده از نتايج آزمون گرما وزن سنجي ، سوختن عمودي UL-94 و ميكرو كالريمتر مخروطي (PCFC) مقايسه شده است. نتايج نشان دادند كه كامپوزيت نمونه اصلاح‌شده با 30 درصد وزني افزودني مقدار ذغال بيشتري از ساير نمونه‌ها برجاي گذاشته و از طرفي در آزمون UL-94 به رتبه‌بندي V-0 رسيده و داده‌هاي نتايج ميكرو كالريمتر مخروطي نشان داد پيك گرماي آزادشده مربوط به نمونه اصلاح‌شده 40 درصد نسبت به نمونه EVA خالص و 27 درصد بهتر از نمونه حاوي گرافيت منبسط شده بهتر‌شده است.همچنين خواص مكانيكي نمونه اصلاح شده به طور قابل توجهي نسبت به نمونه حاوي گرافيت قابل انبساط بهبود پيدا كرده است. واژه‌هاي كليدي: گرافيت قابل انبساط، آمونيوم پلي فسفات، فسفر دار كردن، بازدارندگي شعله

1398/04/05

Surface modification of expandable graphite to improve flame retardancy of EVA polymer

6/26/2019 12:00:00 AM

In this study, we aimed to improve the thermal properties of copolymer ethyl vinyl acetate (EVA), which is used as the primary polymer of electrical cables. For this reason, an expanded graphite flame retardant (EG) was used. Expandable graphite was selected for its thermal stability at high temperatures, low cost, and the formation of carbon in many of the work used in flame retardant applications. On the other hand, due to its low compatibility in the polymer matrix and the instability of its char layer, it was modified. For this reason, at first, expandable graphite annealed in a furnace to eliminate some functional groups that intensify the chain reactions and graphite layers are spaced apart. So, the phosphorus-based (ammonium polyphosphate (APP)) flame retardant was used for cross-linking with expanded graphite. Then, various empirical methods for expanding graphite phosphorus have been investigated. In this regard, a modified and straightforward manner is proposed for the development of a high quantity of expandable graphite phosphorus to be used in flame retardant substances. To this end, a modified and straightforward method is proposed for the development of high-quantity expanded graphite phosphorus to be used in flame retardant works. To prove the existence of a chemical bond between expanded graphite and ammonium polyphosphate, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDAX), thermogravimetric analysis (TGA) and (DTG) was used. The results exhibited that, at 6.5 weight percent, phosphorus was bonded to the expandable graphite surface, which is due to the appearance of the P-O-C bond. The product identified for flame retardant properties with ethylene-vinyl acetate polymer matrix (EVA) was combined in percentages 10, 20 and 30. Then, modified composites were compared with neat EVA and expanded graphite composites, expanded graphite with ammonium polyphosphate (two-hybrid systems) composites in the same composition percentages using TGA, vertical burning (UL-94) and micro-cone calorimeter (PCFC) has been compared. The results displayed that the modified composite with 30 wt% filler remind more char than other specimens, and, and also, the UL-94 was rated to V-0, and the results of the micro calorimeter were indicated that the heat released peak corresponds to the modified specimen is 40% better than neat EVA sample. Keywords: expandable graphite, ammonium polyphosphate, phosphorous, flame retardant