آمیزه‌ ضد شعله بدون هالوژن پلی‌پروپیلن: اثر هم‌افزایی آمونیوم‌پلی‌فسفات و زینک بورات بر اشتعال‌پذیری و خواص مکانیکی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسنده

گروه مهندسی شیمی، مواد و پلیمر، مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بوئین زهرا، قزوین، ایران

چکیده
موضوع تحقیق: پلی‌پروپیلن (PP) پلیمری با قیمت مناسب و فرایندپذیری بالا است، اما اشتعال‌پذیری ذاتی، استفاده آن را در برخی کاربردهای صنعتی محدود می‌کند. در میان راهکارهای تأخیرانداز شعله، سامانه‌های گرماتورمی اهمیت زیادی دارند، اما نیاز به مقادیر بالای بارگذاری برای دستیابی به این خاصیت را دارند که به جریان‌پذیری و خواص مکانیکی لطمه می‌زند. این پژوهش با تکیه بر آمونیومپلی‌فسفات (APP) به‌عنوان بازدارنده اصلی و زینکبورات (ZnB) به‌عنوان هم‌افزا، به‌دنبال تعیین فرمول‌بندی بهینه و بررسی اثر آن بر شعله‌پذیری، جریان مذاب و خواص مکانیکی PP  است.
روش تحقیق: آمیزه‌های پلیپروپیلنی با استفاده از اکسترودر دومارپیچه حاوی 30-20 درصد وزنی APP، و 3% وزنی ZnB تهیه شدند. نمونه‌ها به روش تزریق قالب‌گیری شدند. آزمون شعله عمودی UL-94، شاخص جریان مذاب (MFI)، آزمون کشش و مقاومت به ضربه برای تحلیل برهم‌کنش‌های فرایندی و عملکردی انجام شد.
 نتایج اصلی: APP به‌تنهایی مقاومت در برابر شعله را بهبود داد، اما حتی با 30% وزنی به V-1 محدود شد. افزودن 3% ZnB هم‌افزایی مناسبی ایجاد کرد. نمونه‌های حاوی %25 آمونیومپلیفسفات و %3 زینکبورات به رتبه‌بندی UL-94 V-0 با خاموشی سریع و کاهش چکه‌کردن دست یافتند که بهدلیل تشکیل لایه زغالی متراکم بوده است. MFI نمونه‌ها بعد از بارگذاری‌ بیش از %25 افزودنی، کاهش یافت. حضور APP مقاومت به ضربه پلیپروپیلن را کاهش داد، اما افزودن ZnB در نمونه حاوی %25 وزنی APP استحکام ضربه را %12 بهبود داد و ازدیاد طول در نقطه شکست را بیش از دو برابر افزایش داد، درحالی‌که استحکام کششی در همان بازه باقی ماند. بهطورکلی، نتایج نشان داد سامانه آمونیوم‌پلی‌فسفات/زینکبورات می‌تواند در بستر پلی‌پروپیلن، تعادل مناسبی بین بازدارندگی شعله و خواص مکانیکی فراهم آورد و گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای صنعتی و دوستدار محیطزیست باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Halogen-Free Flame Retardant Polypropylene Composites: Synergistic Effect of Ammonium Polyphosphate and Zinc Borate on Flammability and Mechanical Properties

نویسنده English

Mahshid Maroufkhani
Department of Chemistry, Material and Polymer Engineering, Buein Zahra Technical University, Buein Zahra, Qazvin, Iran
چکیده English

Research subject: Polypropylene (PP) is a cost-effective, highly processable polymer; however, its intrinsic flammability limits its use in several industrial applications. Among flame-retardant strategies, intumescent systems are prominent, yet they typically require high loadings to be effective, which can reduce melt flow and mechanical properties. In this study, ammonium polyphosphate (APP) was employed as the primary flame retardant and zinc borate (ZnB) as a synergist to determine the optimal formulation and to evaluate their effects on the flammability, melt flow behavior, and mechanical properties of PP.
Research approach: PP compounds were prepared using a twin-screw extruder containing 20–30 wt% APP and 3 wt% ZnB. Test specimens were obtained by injection molding. UL-94 vertical flammability test, melt flow index (MFI), tensile testing, and impact resistance evaluations were conducted to analyze processing–performance interactions.
Main results: APP alone improved flame resistance, but, even at 30 wt%, was limited to a V-1 rating. Adding 3 wt% ZnB produced a suitable synergistic effect. Formulations containing 25 wt% APP and 3 wt% ZnB achieved a UL-94 V-0 rating, characterized by rapid self-extinguishing and reduced melt dripping, attributed to the formation of a dense char layer. The MFI of the compounds decreased at additive loadings above 25 wt%. While APP reduced the impact resistance of PP, incorporating ZnB into the formulation with 25 wt% APP improved impact strength by 12% and more than doubled the elongation at break, while maintaining a similar range of tensile strength. Overall, the APP/ZnB system in a PP matrix offers a favorable balance between flame retardancy and mechanical properties, making it a suitable option for both industrial and environmentally friendly applications.

 

کلیدواژه‌ها English

Polypropylene
Flame Retardant
Ammonium Polyphosphate
Zinc Borate
Synergistic effect

  • تاریخ دریافت 11 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 26 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 28 مهر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 28 مهر 1404
  • تاریخ انتشار 01 دی 1403