tin tức công ty về Vật liệu nano mới tăng cường khả năng chống cháy và độ bền của TPU

Polyurethane nhiệt dẻo (TPU) từ lâu đã được đánh giá cao vì khả năng chống mài mòn, độ bám dính và khả năng gia công vượt trội, khiến nó trở thành vật liệu được lựa chọn trong nhiều ngành công nghiệp, từ ô tô đến hàng không vũ trụ. Tuy nhiên, tính dễ cháy cao và lượng khí thải khói đáng kể trong quá trình đốt cháy đã hạn chế các ứng dụng của nó trong các lĩnh vực giao thông vận tải, điện và dệt may.

Sự xuất hiện của vật liệu nano đã mở ra những khả năng mới để tăng cường khả năng chống cháy của TPU. Các vật liệu như ống nano carbon (CNT), tấm nano graphene (GNP), disulfide molypden (MoS ₂ ) và oxit graphene (GO) đã chứng minh những cải thiện đáng kể về khả năng chống cháy của TPU. Ví dụ:

• Vật liệu nano TPU/bọt graphene (TPU/GF) được điều chế bằng phương pháp thẩm thấu cho thấy sự giảm 35,1% tốc độ giải phóng nhiệt cực đại (PHRR) so với TPU nguyên chất.
• TPU với 2,0% trọng lượng % MoS đã được chức năng hóa ₂ đạt được mức giảm 45,4% PHRR.
• Vật liệu nano TPU chứa 2,7% trọng lượng % GNP cho thấy sự giảm 41,1% PHRR.

Trong khi vật liệu nano cải thiện khả năng chống cháy, chúng thường làm giảm độ bền và độ đàn hồi của TPU. Sự đánh đổi này đã thúc đẩy việc tìm kiếm một giải pháp vừa tăng cường an toàn cháy nổ vừa cải thiện hiệu suất cơ học.

MXene (Ti ₃ C ₂ T _x ), một vật liệu hai chiều, đã thu hút sự chú ý nhờ các đặc tính áp điện, cơ học và điện tử của nó. Các nghiên cứu cho thấy tiềm năng của nó trong vật liệu nano polymer chống cháy:

• Việc thêm 2,0% trọng lượng % Ti ₃ C ₂ T _x vào nhựa polyester không bão hòa đã làm giảm PHRR và tổng lượng khí thải carbon monoxide (COTY) lần lượt là 29,6% và 31,6%.
• Vật liệu nano TPU/Ti ₃ C ₂ T _x với 3,0% trọng lượng % Ti đã được bóc tách ₃ C ₂ T _x đạt được mức giảm 51,4% tốc độ sản xuất khói cực đại (PSPR) và giảm 57,1% COTY.

Mặc dù có các đặc tính chống cháy ấn tượng, khả năng của MXene trong việc tăng cường hiệu suất cơ học vẫn còn hạn chế.

DOPO-HQ (10-(2,5-dihydroxyphenyl)-9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide), một hợp chất phốt pho hữu cơ, đã cho thấy nhiều hứa hẹn như một chất độn nano. Nó không chỉ cải thiện khả năng chống cháy mà còn tăng cường các tính chất cơ học. Ví dụ:

• GO được chức năng hóa bằng DOPO-HQ (FGO-HQ) đã làm giảm tổng lượng nhiệt tỏa ra (THR) và tổng lượng khói thải ra (TSR) của vật liệu nano polylactic acid lần lượt là 43,0% và 83,0%, đồng thời duy trì hiệu suất cơ học tuyệt vời.
• Các oligome mới dựa trên các nhóm DOPO-HQ và ferrocene (PFDCHQ) đã cải thiện đáng kể độ an toàn cháy nổ và mô đun Young của vật liệu composite epoxy/PFDCHQ.

Để giải quyết những hạn chế của MXene, các nhà nghiên cứu đã khám phá sự kết hợp của Ti ₃ C ₂ T _x và DOPO-HQ. Một phương pháp tự lắp ráp do liên kết hydro gây ra đã được sử dụng để tổng hợp một nanohybrid mới (Ti ₃ C ₂ T _x -D-H), sau đó được đưa vào TPU.

Nghiên cứu cho thấy rằng việc chỉ thêm 2,0% trọng lượng % Ti ₃ C ₂ T _x -D-H vào TPU đã làm giảm đáng kể lượng nhiệt và khói thải ra đồng thời cải thiện độ bền kéo và độ dẻo dai. Các phát hiện chính bao gồm:

• Khả năng chống cháy: PHRR và lượng khí thải khói đã giảm đáng kể, tăng cường an toàn cháy nổ.
• Tính chất cơ học: Độ bền kéo, độ giãn dài khi đứt và độ bền va đập đều được cải thiện.
• Độ ổn định nhiệt: Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) cho thấy nhiệt độ phân hủy nhiệt tăng lên, cho thấy hiệu suất tốt hơn ở nhiệt độ cao.

Hiệu quả của nanohybrid bắt nguồn từ nhiều cơ chế hiệp đồng:

• Rào cản vật lý: Ti ₃ C ₂ T _x tạo thành một rào cản làm chậm sự khuếch tán nhiệt và khói.
• Khả năng chống cháy hóa học: DOPO-HQ giải phóng các gốc phốt pho ức chế quá trình đốt cháy.
• Sự hình thành than: DOPO-HQ thúc đẩy quá trình tạo than, tạo ra một lớp bảo vệ ngăn chặn nhiệt và oxy.
• Tăng cường cơ học: Ti ₃ C ₂ T _x làm tăng độ bền, trong khi DOPO-HQ cải thiện sự phân tán và độ dẻo dai.

Bước đột phá này mở ra cánh cửa cho TPU trong:

• Giao thông vận tải: Nội thất ô tô, linh kiện máy bay và ghế ngồi đường sắt cao tốc chống cháy.
• Điện tử: Cáp, vỏ và vật liệu cách điện chống cháy.
• Dệt may: Quần áo bảo hộ và vải chống cháy.
• Xây dựng: Lớp phủ chống cháy và vật liệu xây dựng.

Sự phát triển của Ti ₃ C ₂ T _x -D-H thể hiện một bước tiến đáng kể trong việc sửa đổi TPU, mang lại sự cải thiện cân bằng về khả năng chống cháy và các tính chất cơ học. Sự đổi mới này mở đường cho các ứng dụng rộng rãi hơn của TPU trong các ngành công nghiệp, đảm bảo cả an toàn và hiệu suất.