Sợi tổng hợp chống cháy

Composite sợi chống cháy là vật liệu được sử dụng để làm cho đồ vật an toàn trong trường hợp hỏa hoạn.sợi tổng hợp chống cháyNó thường được làm từ sự kết hợp của hai hoặc nhiều vật liệu như sợi carbon và nhựa polymer. Nó là một lựa chọn tuyệt vời cho nhiều ứng dụng khác nhau do khả năng chịu nhiệt và độ bền cao. Nó cũng có khả năng chống hóa chất và mài mòn. Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn tốt cho các ứng dụng hàng không vũ trụ và các ngành công nghiệp đòi hỏi khắt khe khác như hàng hải, dầu khí.

Mặc dù vật liệu tổng hợp mang lại lợi thế hơn các bộ phận kim loại trong một số ứng dụng nhưng tính dễ cháy vốn có của chúng là một hạn chế đáng kể. Rủi ro liên quan đến hỏa hoạn này gây ra những lo ngại đáng kể về an toàn đối với các ngành công nghiệp máy bay, đường sắt và hàng hải nơi các kết cấu FRP được triển khai ngày càng nhiều. Một thách thức lớn là phát triển các giải pháp cải thiện hiệu suất cháy của vật liệu tổng hợp.

Mặc dù có các đặc tính cơ học vĩ mô ấn tượng, nhưng vật liệu tổng hợp ma trận polyme gia cố bằng sợi carbon thông thường (CF) và sợi thủy tinh vẫn phân hủy và sụp đổ khi có lửa, giải phóng khí và khói độc hại, đồng thời đẩy nhanh tốc độ lan truyền ngọn lửa hai bên. Hơn nữa, sợi CF vô cơ và sợi thủy tinh dẫn năng lượng nhiệt truyền ngọn lửa vào cấu trúc hỗn hợp ở bề mặt tiếp xúc. Đây là mối lo ngại đáng kể về an toàn đối với người vận hành các kết cấu composite và đội vận hành, kiểm tra và sửa chữa chúng.

Tính dễ cháy của vật liệu tổng hợp có thể được cải thiện đáng kể bằng cách sử dụng các chất phụ gia có thể làm giảm hàm lượng chất hữu cơ dễ cháy một cách thụ động và do đó tạo khói hoặc chủ động giải phóng khí làm mát hoặc ức chế ngọn lửa hoặc thậm chí là khí phồng, giãn nở để cung cấp thêm độ dày cách nhiệt và làm chậm hoặc ngăn chặn sự đánh lửa. Những chất phụ gia này thường được thêm vào hoặc nhúng vào hỗn hợp. UC sử dụng nhiều loại vật liệu cốt lõi trong cấu trúc composite của chúng tôi để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của khách hàng về khả năng chống cháy, bao gồm tổ ong nomex, tổ ong nhôm, bọt phenol và ván ép/gỗ balsa đặc biệt.

Vật liệu tổng hợp sợi ma trận được thiết kế để chống lại thiệt hại do khí nóng, ăn mòn đặc biệt hấp dẫn trong ngành công nghiệp tên lửa và hàng không vũ trụ. Lớp bề mặt vải gốm tích hợp chịu được nhiệt độ cực cao, cản trở sự lan truyền ngọn lửa vào bên trong và ức chế sự khuếch tán oxy làm phân hủy nhựa nền, từ đó nâng cao độ bền tổng thể, khả năng kháng hóa chất và khả năng chống cháy.

Mặc dù polycarbonate (PC) là một loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật nổi bật trong khoa học vật liệu hiện đại, nhưng đặc tính chống cháy của nó vẫn là một hạn chế quan trọng. Việc kết hợp sợi carbon ngắn (SCF) vào ma trận PC giúp tăng cường đáng kể hiệu suất dễ cháy của nó để đáp ứng các tiêu chuẩn UL-94 V-0, nhưng hiệu quả chỉ là tạm thời và không thể duy trì ở hàm lượng SCF cao.

Để giải quyết vấn đề này, Shang et al. đã phát triển hệ thống hỗn hợp SCF/PC có chứa polyphenylene sulfide (PPS) xen kẽ giữa các lớp carbon của hỗn hợp. PPS bổ sung cho tác dụng tăng cường của SCF, đồng thời chúng cùng nhau tăng cường khả năng chống cháy toàn diện của PC, như đã được xác nhận bằng phép đo nhiệt lượng hình nón và thử nghiệm đánh lửa giọt nước.

Bằng cách thiết lập các mối quan hệ về tính chất-cấu trúc ở quy mô phân tử và thiết kế các cấu trúc polymer mới, nghiên cứu này gợi ý một phương pháp mới về cơ bản để tăng cường khả năng chống cháy của vật liệu tổng hợp dựa trên PA. Cụ thể, sự kết hợp giữa các chiến lược thiết kế phân tử với các phương pháp tính toán như mô phỏng động lực phân tử và mô hình học máy cho phép một phương pháp thiết kế hợp lý hơn để định hướng không gian tổ hợp rộng rãi của chất chống cháy, hệ thống ma trận và sợi.