¿Cómo puede la espuma de polipropileno micropileno-retardante de la llama para lograr un avance sinérgico en alta elasticidad y retraso de la llama?

La innovación central de espuma de polipropileno micropileno-retardante se encuentra en la tecnología de modificación de la cadena molecular. La cadena molecular del polipropileno tradicional (PP) es una estructura lineal con una fuerte rigidez pero la elasticidad insuficiente. Al introducir una estructura de ramificación de cadena larga (LCB), los investigadores forman "" puntos de reticulación físicos "entre cadenas moleculares, que no solo conservan la flexibilidad de PP, sino que también mejora significativamente la resistencia del material. Los experimentos muestran que la cadena molecular PP modificada puede dispersar el estrés a través de los puntos de ramificación cuando se someten a fuerza, y la tasa de recuperación de deformación aumenta en más del 40% en comparación con el material no modificado.

La modificación de la cadena molecular proporciona un portador para la dispersión de los retardantes de la llama. Los monómeros que contienen elementos retardantes de llama, como el fósforo y el nitrógeno, están conectados a la cadena principal de PP a través de la copolimerización para formar una estructura de retardante de llama "incorporada". Este método de modificación evita el problema de la mala compatibilidad entre los retardantes y sustratos de llama tradicionales, aumenta la eficiencia de retardantes de la llama en un 30%y no afecta el rendimiento del procesamiento del material.

Las propiedades retardantes de la llama de la espuma de polipropileno micropileno de retardante de llama dependen de la dispersión uniforme de los retardantes de la llama a escala nano a escala. Utilizando la tecnología de polimerización in situ, los retardantes de llama basados ​​en fósforo (como el fósforo rojo y la APP) con un tamaño de partícula de menos de 50 nm están integrados en la matriz PP durante el proceso de polimerización. La alta superficie específica de los retardantes de llama a escala de nanoescala les permite formar rápidamente una capa de carbono densa durante la combustión, aislando el oxígeno y la transferencia de calor.

El proceso de formación de la capa de carbono se divide en tres etapas:

Etapa de pirólisis: el retardante de la llama se descompone para producir sustancias de ácido fosfórico, que catalizan la deshidratación y la carbonización de la cadena molecular PP;

Etapa de carbonización: el ácido fosfórico reacciona con productos de carbonización para formar una capa de carbono grafitizada con una estructura densa y alta resistencia;

Etapa de barrera: el grosor de la capa de carbono aumenta con el tiempo de ardor y finalmente cubre completamente la superficie del material.

La observación de microscopía electrónica de barrido (SEM) muestra que el grosor de la capa de carbono después de la combustión puede alcanzar 20-50 μm, y la porosidad es inferior al 5%, lo que inhibe efectivamente la propagación de llamas.

La alta elasticidad de la espuma de polipropileno micropileno microporoso-retardante proviene de su estructura microporosa única. A través de la tecnología de espuma de dióxido de carbono supercrítico, se forma una gran cantidad de células cerradas con un diámetro de 50-100 μm dentro del material, y el grosor de la pared celular es de aproximadamente 1-2 μm. Esta estructura le da al material una excelente capacidad de absorción de energía:
Módulo elástico: bajo la deformación del 10%, el módulo elástico del material es solo 0.5-1.5MPa, que puede amortiguar efectivamente la fuerza de impacto;
Disipación de energía: la pared de los poros sufre una deformación elástica cuando se somete a fuerza, convirtiendo la energía de impacto en el estiramiento y la energía de flexión de la cadena molecular;
Recuperación de deformación: después de eliminar la fuerza externa, la pared de los poros se rebota a través de la cadena molecular para restaurar su estado original, y la tasa de deformación residual es inferior al 5%.
En el escenario fugitivo térmico de la batería, el cojín de alta elasticidad puede absorber la onda de choque generada por la expansión o explosión de la celda de la batería, reduciendo el daño a la estructura circundante.

Las propiedades de retardantes de la llama de la espuma de polipropileno micropileno-retardante de la llama se logran a través de los mecanismos duales del "retardante de la llama de la fase gaseosa" y el "retardante de la llama de la fase condensada":
Retardante de la llama de la fase gaseosa: el retardante de la llama se descompone para producir gases no inflamables (como NH₃, H₂O), diluye la concentración de oxígeno e inhibe la reacción de la cadena de combustión;
Retardante de la llama de fase condensada: la capa de carbono actúa como una barrera física para aislar el oxígeno y la transferencia de calor, retrasando la descomposición térmica del material.
El excelente rendimiento del tiempo de autoextinte de menos de 3 segundos se debe a la capacidad de carbonización eficiente de los retardantes de la llama a escala a nanoescala. En comparación con los materiales de retardantes de llama tradicionales, la capa de carbono de este material tiene una mayor estabilidad térmica y aún puede mantener la integridad estructural a 600 ° C.

En el proceso de fugitivo térmico de la batería, el efecto sinérgico del "retardante de la llama del búfer" de la espuma de polipropileno micropileno-retardante-retardante es particularmente crítico:
Etapa inicial: el cojín elástico alto absorbe la tensión generada por la expansión de las celdas de la batería para evitar que la cubierta de la batería se rompa;
Etapa fugitiva térmica: el retardante de la llama comienza a descomponerse, la capa de carbono se forma gradualmente y el calor se aísla de la batería adyacente;
Etapa de propagación: la densa capa de carbono evita la propagación de llamas y compra tiempo para que los ocupantes escapen.
Los experimentos muestran que en el módulo de batería, la prueba de simulación fugitiva térmica, la velocidad de aumento de la temperatura del paquete de baterías que usa la espuma de polipropileno micropileno-retardante de llama se reduce en un 60%, y el tiempo de propagación del fuego se extiende a más de 3 veces mayor que la de la solución tradicional.

Escenarios de aplicación: cubriendo todo el campo desde baterías eléctricas hasta sistemas de almacenamiento de energía
En la estructura CTP (celda a empacada), la espuma de polipropileno micropileno micropileno-retardante actúa como una capa de tampón entre los módulos de la batería y puede soportar fuerzas de impacto de más de 1000N sin falla. Su alta elasticidad asegura que los módulos de la batería mantengan un contacto cercano en condiciones de vibración y reducen la resistencia interna; Sus propiedades de retardante de llama evitan que el fugitivo térmico de una sola batería cause una reacción en cadena.

En los sistemas de almacenamiento de energía a nivel de cuadrícula, este material se utiliza para el aislamiento de incendios entre los grupos de baterías. Sus propiedades livianas (densidad <100 kg/m³) pueden reducir el peso total de la estación de energía de almacenamiento de energía, mientras que sus propiedades de retardante de llama cumplen con el estándar UL94 V-0, asegurando que el fuego no se extienda a otras celdas de la batería cuando ocurre un fuego.

Además de los sistemas de baterías, la espuma de polipropileno micropileno-retardante de llama también se usa en:
Capa de amortiguación del asiento: proporciona comodidad y protección de colisión;
Capa de aislamiento interior: reduce las fluctuaciones de temperatura en el automóvil;
Cubierta protectora del arnés de alambre: previene incendios causados ​​por cortocircuitos en los cables.