Polypropylen (PP), als einer der fünf Allzweckkunststoffe, hat ein breites Anwendungsspektrum in allen Lebensbereichen, allerdings schränken die brennbaren Eigenschaften von PP auch seinen Anwendungsbereich ein und behindern die weitere Entwicklung von PP-Materialien, daher stand die flammhemmende Modifikation von PP im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit.

Verbrennungsprozess und Mechanismus von Polymermaterialien

Polymermaterialien sind Polymerverbindungen, die Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und andere Elemente in der Molekülkette enthalten, und die meisten Polymere sind brennbar. Die Verbrennung von Polymermaterialien ist die Synthese einer Reihe physikalischer Veränderungen und chemischer Reaktionen, sodass im Verbrennungsprozess von Polymermaterialien besondere Phänomene wie Schmelzen und Erweichen sowie Volumenänderungen auftreten. Der Verbrennungsprozess von Polymermaterialien lässt sich, wie in der Abbildung dargestellt, grundsätzlich in die folgenden drei Schritte unterteilen:

(1) Mit dem allmählichen Temperaturanstieg werden die schwächeren Bindungen in der Molekülkette aufgebrochen und das Material beginnt sich thermisch zu zersetzen. Während die thermische Zersetzung von Polymermaterialien weiter voranschreitet und sich intensiviert, entstehen auf der Oberfläche des Materials nach und nach kleine Gasmoleküle. Die meisten dieser Gase sind brennbar. Diese kleinen brennbaren Gasmoleküle vermischen sich mit dem Sauerstoff in der Luft und bilden so einen brennbaren Stoff Gasgemisch;

(2) Mit der Zersetzungsreaktion steigt die brennbare Konzentration des Gasgemisches auf der Oberfläche des Polymermaterials allmählich an, und wenn die Konzentration des brennbaren Gasgemisches und die äußere Umgebungstemperatur die für die Verbrennung erforderlichen kritischen Bedingungen erreichen, Es kommt zu einer heftigen chemischen Reaktion und die Oberfläche des Materials wird schnell entzündet;

(3) Durch die schnelle Verbrennung des brennbaren Gasgemisches wird eine große Wärmemenge freigesetzt, und die erzeugte Wärme breitet sich nicht nur auf den Boden des Materials aus, sondern erhöht auch die Temperatur der Umgebung des Materials weiter und beschleunigt so die Verbrennung Zersetzung des Materials, wodurch mehr brennbare Gase entstehen und letztendlich die Verbrennungsreaktion weitergeht. Daher kann die Verbrennung von Polymermaterialien als ein Prozess der allmählichen Förderung und zyklischen Reaktion angesehen werden.

Als Kohlenwasserstoff beträgt der Sauerstoffindex von PP nur 17,4, es ist leicht zu verbrennen, weist eine schlechte Flammhemmung auf und erzeugt beim Verbrennen eine größere Hitze, begleitet von leicht durch Feuer verursachtem Tropfen, was eine Gefahr für Leben und Eigentum darstellt. Im Bereich elektronischer und elektrischer Geräte schränkt diese brennbare Eigenschaft von PP seine breitere Anwendung ein, daher ist es notwendig, Forschung und Entwicklung von flammhemmenden PP-Materialien durchzuführen.

Flammhemmende Mechanismen können grob in drei Kategorien unterteilt werden: Kettenreaktions-Abbruchmechanismus, Oberflächenisolationsmechanismus und Mechanismus zur Unterbrechung des Wärmeaustauschs.

(1) Kettenreaktionsbeendigungsmechanismus PP-Verbrennung, die erste Zersetzung von Kohlenwasserstoffen und die anschließende weitere thermische Oxidation bei hohen Temperaturen, die in freies HO gecrackt wird. Die HO-Kettenreaktion ist der Grund, warum die Verbrennung eine nachhaltige Verbrennung sein kann Die Beendigung der Kettenreaktion besteht darin, den im Verbrennungsprozess erzeugten HO- zu verbrauchen.
(2) Oberflächenisolationsmechanismus PP bei der Verbrennung, Flammschutzmittel absorbiert nicht nur Wärme, sondern erzeugt auch in der PP-Oberfläche feste Verbindungen, die Verbindungen spielen eine Rolle bei der Blockierung der Matrix und des Luftkontakts und verhindern so die Verbrennung.
(3) Unterbrechung des Wärmeaustauschmechanismus. Der Mechanismus bezieht sich darauf, dass das Flammschutzmittel im Verbrennungsprozess eine große Menge an Verbrennungswärme absorbieren kann, so dass der Verbrennungsreaktion genügend Wärme fehlt und es dann zu einem Selbstverlöschungsphänomen kommt flammhemmende Wirkung erzielen.

Flammhemmender PP-Bestand

Metallhydroxid-Flammschutzmittel

Bor-Flammschutzmittel

Silikon-Flammschutzmittel

Phosphor-Flammschutzmittel

Flammschutzmittel auf Stickstoffbasis

Intumeszierendes Flammschutzmittel

Anwendungen flammhemmender PP-Materialien

Autobatteriegehäuse

Die Batterie ist einer der wichtigsten Teile von New-Energy-Fahrzeugen, wobei auch das Batteriegehäuse, das für den Schutz der Batteriesicherheit verantwortlich ist, besonders wichtig ist, die Anforderungen an die Batterieverpackung mit Isolierung, Schlagfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, guten Flammschutzeigenschaften, usw., die traditionelle Batterieverpackung besteht hauptsächlich aus Metallmaterialien und SMC-Materialien (Sheet Moulding Plastic). Einige dieser beiden Materialien verfügen jedoch über ein komplexes Formverfahren und eine hohe Dichte, was sich auf das Leichtgewicht von Fahrzeugen mit neuer Energie auswirkt, sodass die niedrige Dichte und die gute Schlagfestigkeit des PP-Materials die Aufmerksamkeit der Menschen auf sich gezogen haben.

Unter Verwendung von PP-Harz als Matrix, Zugabe von langen Fasern und flammhemmenden Formulierungen wird durch ein Schmelzmischverfahren ein PP-Verbundmaterial mit flammhemmenden Eigenschaften hergestellt, das als Batteriehülle von Fahrzeugen mit neuer Energie verwendet wird. Dieses PP-Material verfügt über gute flammhemmende Eigenschaften und Schlagfestigkeit bei gleichzeitig geringer Dichte und weist eine gute Abdichtungs- und Wasserdichtigkeitsleistung auf.