Thiết kế công thức cho MCA và Nhôm Hypophosphite (AHP) trong Lớp phủ tách để chống cháy

Thiết kế công thức cho MCA và Nhôm Hypophosphite (AHP) trong Lớp phủ tách để chống cháy

Dựa trên các yêu cầu cụ thể của người dùng đối với lớp phủ ngăn cách chống cháy, các đặc tính củaMelamine Cyanurat (MCA)VàNhôm Hypophosphite (AHP)được phân tích như sau:

1. Khả năng tương thích với hệ thống bùn

• MCA:
• Hệ thống nước:Cần phải sửa đổi bề mặt (ví dụ, tác nhân liên kết silan hoặc chất hoạt động bề mặt) để cải thiện khả năng phân tán; nếu không, hiện tượng kết tụ có thể xảy ra.
• Hệ thống NMP:Có thể hơi phồng lên trong dung môi phân cực (khuyến nghị: kiểm tra tốc độ phồng lên sau 7 ngày ngâm).
• AHP:
• Hệ thống nước:Khả năng phân tán tốt, nhưng phải kiểm soát độ pH (điều kiện axit có thể gây ra hiện tượng thủy phân).
• Hệ thống NMP:Độ ổn định hóa học cao với nguy cơ trương nở tối thiểu.
  Phần kết luận:AHP cho thấy khả năng tương thích tốt hơn, trong khi MCA cần phải được sửa đổi.

2. Kích thước hạt và khả năng thích ứng của quy trình phủ

• MCA:
• D50 ban đầu: ~1–2 μm; cần nghiền (ví dụ, nghiền cát) để giảm kích thước hạt, nhưng có thể làm hỏng cấu trúc lớp của nó, ảnh hưởng đến hiệu quả chống cháy.
• Độ đồng đều sau khi nghiền phải được xác minh (quan sát SEM).
• AHP:
• D50 ban đầu: Thông thường ≤5 μm; có thể nghiền đến D50 0,5 μm/D90 1 μm (nghiền quá mức có thể làm tăng đột biến độ nhớt của bùn).
  Phần kết luận:MCA có khả năng thích ứng với kích thước hạt tốt hơn với rủi ro quy trình thấp hơn.

3. Độ bám dính và khả năng chống mài mòn

• MCA:
• Độ phân cực thấp dẫn đến độ bám dính kém với màng phân tách PE/PP; cần 5–10% chất kết dính gốc acrylic (ví dụ: PVDF-HFP).
• Hệ số ma sát cao có thể cần phải thêm 0,5–1% nano-SiO₂ để cải thiện khả năng chống mài mòn.
• AHP:
• Các nhóm hydroxyl bề mặt tạo thành liên kết hydro với chất tách, cải thiện độ bám dính, nhưng vẫn cần 3–5% chất kết dính polyurethane.
• Độ cứng cao hơn (Mohs ~3) có thể khiến các hạt vi mô bị rơi ra khi ma sát kéo dài (cần thử nghiệm theo chu kỳ).
  Phần kết luận:AHP mang lại hiệu suất tổng thể tốt hơn nhưng yêu cầu tối ưu hóa chất kết dính.

4. Tính ổn định nhiệt và tính phân hủy

• MCA:
• Nhiệt độ phân hủy: 260–310°C; không thể tạo ra khí ở nhiệt độ 120–150°C, có khả năng không ngăn chặn được sự mất kiểm soát nhiệt.
• AHP:
• Nhiệt độ phân hủy: 280–310°C, cũng không đủ để tạo ra khí ở nhiệt độ thấp.
  Vấn đề chính:Cả hai đều phân hủy ở nhiệt độ trên mức mục tiêu (120–150°C).Giải pháp:
• Giới thiệu các chất hiệp đồng ở nhiệt độ thấp (ví dụ, phốt pho đỏ được vi nang hóa, phạm vi phân hủy: 150–200°C) hoặc amoni polyphosphate biến tính (APP, được phủ để điều chỉnh quá trình phân hủy ở mức 140–180°C).
• Thiết kế mộtHỗn hợp MCA/APP (tỷ lệ 6:4)để tận dụng khả năng tạo khí ở nhiệt độ thấp của APP + khả năng ức chế ngọn lửa pha khí của MCA.

5. Khả năng chống ăn mòn và điện hóa

• MCA:
• Melamine tự do trơ về mặt điện hóa nhưng vẫn còn sót lại (yêu cầu độ tinh khiết ≥99,5%) có thể xúc tác quá trình phân hủy chất điện phân.
• AHP:
• Các tạp chất có tính axit (ví dụ: H₃PO₂) phải được giảm thiểu (thử nghiệm ICP: các ion kim loại ≤10 ppm) để tránh đẩy nhanh quá trình thủy phân LiPF₆.
  Phần kết luận:Cả hai đều yêu cầu độ tinh khiết cao (≥99%), nhưng MCA dễ tinh chế hơn.

Đề xuất giải pháp toàn diện

1. Lựa chọn chất chống cháy chính:

• Ưu tiên:AHP (độ phân tán/độ bám dính cân bằng) + chất hiệp đồng ở nhiệt độ thấp (ví dụ: 5% phốt pho đỏ được vi nang hóa).
• Thay thế:MCA biến đổi (ghép carboxyl để phân tán trong nước) + chất hiệp đồng APP.

1. Tối ưu hóa quy trình:

• Công thức bùn:AHP (90%) + chất kết dính polyurethane (7%) + chất làm ướt (BYK-346, 0,5%) + chất phá bọt (2%).
• Thông số nghiền:Máy nghiền cát với hạt ZrO₂ 0,3 mm, 2000 vòng/phút, 2 giờ (mục tiêu D90 ≤1 μm).

1. Kiểm tra xác nhận:

• Phân hủy nhiệt:TGA (giảm trọng lượng <1% ở 120°C/2 giờ; đầu ra khí ở 150°C/30 phút qua GC-MS).
• Độ ổn định điện hóa:Quan sát SEM sau 30 ngày ngâm trong 1M LiPF₆ EC/DMC ở nhiệt độ 60°C.

Khuyến nghị cuối cùng

Cả MCA và AHP đều không đáp ứng được tất cả các yêu cầu.hệ thống laiđược khuyên:

• AHP (ma trận)+phốt pho đỏ được vi nang hóa (máy tạo khí nhiệt độ thấp)+nano-SiO₂(khả năng chống mài mòn).
• Kết hợp với nhựa nước có độ bám dính cao (ví dụ, nhũ tương hỗn hợp acrylic-epoxy) và tối ưu hóa việc sửa đổi bề mặt để có kích thước hạt/độ ổn định phân tán.
  Kiểm tra thêmlà cần thiết để xác nhận sự hiệp đồng nhiệt-điện hóa.