תרגום ל: פיתוח של התמכרות ללהבה עמידת לפולימרים עבור יישומים אוויריים

תקריות אש בתעופה מציג אתגרים ייחודיים: להבה מהירה מתפשטת, ייצור עשן רעיל, חום אינטנסיבי שיכול לפשרה יושרה מבנית. מינהל התעופה הפדרלי (FAA) וסוכנות בטיחות התעופה האירופית (EASA) מחייבים סטנדרטים של רגישות מחמירה לחומרים המשמשים בתאים נוסעים, מטען מחזיק, ו- מנועים מפתחים תוספות פולימרים שעומדות בדרישות אלה תוך שמירה על צפיפות נמוכה, כוח גבוה, עמידות תחת קרינה תרמית, חומרים מונעים על פני כדור הארץ, חומרים כימיים, ובטיחים על פני השטח, ובטיחים על מנת להניע חומרים כימיים עמידים.

למה להבות עובדות בחלל

ההשלכות הקטסטרופליות של שריפות טיסה הוכחו באופן טרגי לאורך ההיסטוריה של התעופה.המטוס המודרני נושא עומסי דלק משמעותיים ומערכות חשמל, מה שהופך מניעת אש והחזקה של כפליים.

• (ב) ,0) ,התמדה ב': "התחילה" (ב) ו"התחילה" (ב) לצמצום הלהבות, כדי לספק יותר זמן לגילוי ולדיכוי.
• (ב) ,0) ,הפחתת קצב שחרור חום (FLT) 1 כדי למנוע תנאים הבזקים בבקתה או חללי מטען
• (ב) ,0) אספקת עשן וגז רעילים (FIRLT:1) שיכולה ליישבים לפני הלהבות להגיע אליהם.
• (FLT:0) שיפור מערכות בקרת טיסה רגישות מנזק תרמי
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מעבר ליתרונות הבטיחות המיידיים האלה, פולימרים עמידים להבה תורמים גם לירידה במשקל על ידי חיסול הצורך בציפוי עמידים באש כבדים או קלדת מתכת. יתרון כפול זה הופך אותם הכרחי עבור פלטפורמות חלל הדור הבא שבו כל קילוגרם משפיע על יעילות הדלק וקיבולת המטען.

סוגים של תוספת פולימרים המשמשים בתחום התעופה

פוליאתילן ופוליפרופילן

פוליאו-פינים נפוצים כמו פוליאתילן (PE) ופוליפרופילן (PP) הם דלים מטבעם ודורשים שינוי משמעותי לשימוש אוויריקלל (V) בעלות נמוכה וקלות העיבוד, הופכים אותם אטרקטיביים עבור רכיבים פנימיים שאינם מבניים כגון ducting, insulation כבל, ופאנלים אחוריים של 53) משלבים מחדשים לתוך פולימרים אלה באמצעות תרכובת או comeralizing מקובל כדי להפיץ דירוגים (Fgrefreative).

Polystyrene ו Styrenic Copolymers

Polystyrene (PS) ו acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) משמשים נרחב בחלל עבור לוחות trim, כיסויים דקורטיביים, ודיורים. בעוד שציונים שקוף של PS מציעים בהירות אופטית עבור חלונות ותצוגה, החיסרון שלהם הוא תוספת גדולה.FLT:0Flame-relame-retarde-FLTs לעתים קרובות להסתמך על דרישות נוגדות חמצון על ⁇

פולימדלטים ופולימטמטים

Poly(methyl methacrylate) (PMMA) - הידוע בדרך כלל כ אקרילי - מוערך שקיפות אופטית, מזג אוויריות, ונפץ התנגדות. in aerospace, זה משמש לחלונות, קאנופיות, והצצה פנימית. Flame-resistant PMMA ציונים משלבים phosphorus estersphoricate nanocomites כדי לשפר היווצרות ו-sareamable ללא קרישה.

פלואו-פולומרימר

Polytetrafluoroethylene (PTFE), פוליווינילidene פלואוריד (PVDF), ופלומורפולים אחרים מציעים התנגדות להבות טבועה בשל האג"ח החזק שלהם פחמן-fluorine.הם משמשים באופן נרחב בחוט אינסטלציה, קווי הורות הידראוליים, ויישומים איטום שבהם נדרשת ביצועי אש קיצוניים.

פולימרים ופולימרים גבוהים

בעוד שלא כולם הם תוספת פולימרים, כמה thermoplastics ביצועים גבוהים כמו פוליתתתריד (PEI) ופוליe Theretherketone (PEEK) הם מועמדים לסביבות קיצוניות. PEI, למשל, הוא פולימרמוס תוספת amorphous תוספת פולימרים המציג התנגדות מעולה ודור עשן נמוך מאוד, מה שהופך אותו אידיאלי עבור רכיבי מטוסים פנימיים ליד מקורות חום.

מכניזם של התנגדות ללהבה ב- Addition Polymers

הבנת התהליכים הכימיים והפיזיים הבסיסיים שלפיהם פועל הלהבה מחדש חיוני לתכנון פולימרים רציונלי.הלהבות יכולות לפעול בשלב המוסף, שלב הגז, או שילוב של שני המנגנונים המרכזיים כוללים:

פעולה עם קונסולת דרוג

• (FLT:0) היווצרות: אנדרט 1 (ראה: ⁇ 1) תוספים מסוימים לקדם ריצוף ופחמן של הפולימרים על חימום, יצירת שכבת כריז מגן המבודדת את החומר הבסיסי ומגבילה את אספקת הדלק להבה.
• (FLT:0) Intumescence:FLT:1 , A נפיחות טפסים כאשר פולימר מכיל מקור פחמן, מקור חומצי, ו סוכן מפוצץ.
• (ב) דיכוי:0 (Dripדיכוי:0) ,Hal FLT:1 , Flame Retardants אשר מגביר את נטייתם של נטייתם של פולימרים מלוטנים כדי לפטפטף ולהפיץ אש.

פעילות גז-Phase

• (FLT:0) quenching:FreaLT:1 ; תרכובות הולוגרמוניות (למשל, גרוטאות או כלור) לשחרר רדיקלים של ההלכתיים להפריע לתגובות שרשרת חופשיות-רדיאליות בשלב הגז, למעשה מרעילים את הכימיה של הלהבה.
• (ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ :0) ⁇ (למשל, melamine, triazines) להיפטר גזים לא ידועים כמו חנקן, אמוניה או פחמן דו תחמוצת פחמן כי לגוון את התנודתיות העפעפיים ליד חזית הלהבה.
• (ב) ,0) קירור אנדרמימי: 1FLT:1 כמה תוספים עוברים מחיקה אנדרמית (למשל, הידרוקסידים מתכת משחררים מים פנויים) סופג חום ומקרר את אזור הבעירה.

רוב הלהבות המודרנית תוספת פולימרים להעסיק FLT:0 syngistic שילובים של סימול 1 של מנגנונים.לדוגמה, תרכובות מבוססות זרחן לקדם היווצרות כריז בשלב המוסכם, תוך שחרור מינים phosphorus תנודתיים תנודתיים המציגים פעילות רדיקלית של גז-phase רדיקלית.

אסטרטגיות לפיתוח של Flame-Resistant Addition Polymers

גישה גמישה לעומת Reactive Accesses

שתי האסטרטגיות העיקריות להצגת התנגדות להבה מוסיפים פיגור קטן של להבות (גישה יוצאת דופן) או שילוב קבוצות פונקציונליות להבה-retardant ישירות לתוך שרשרת פולימרים במהלך סינתזה (גישה פעילה) הגישה התוסף הוא פשוט ופחות יקר אבל נושאת סיכונים של הגירה, חסום ואובדן של תכונות לאורך זמן.

(ב) ליישומים אוויריים שבהם אמינות לטווח ארוך היא קריטית, האסטרטגיה השבירה טובה יותר ויותר, דוגמאות כוללות את ה-FLT:0phosphorus- המכילה methacrylatesFLT:1, אשר מתואמת עם תשואה מתיל methacrylate כדי לייצר באופן משמעותי של הסרת שיער, או FLT2silicon-ftated עם כמות מוגבלת של 3, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000)

המונחים: wecomposite Reinforcement

הוספת מרפסות פחמן (למשל, מונטמורלייט), צינורות פחמן, או גרפן ננופליות לפולימרים יוצר nanocomposites עם התנגדות משופרת להבות.הרשת חלקיקים מקדם היווצרות char, מפחיתה קצב אובדן המוני, ומדכאת חנקות בטעינה נמוך כמו 1-5 wt%.

חזרה לדף: Heteroatoms

היכרות עם heteroatoms כגון זרחן, חנקן, סיליקון, או בורון לתוך עמוד השדרה פולימרי יכול לשנות באופן דרסטי התנהגות פיגומית.עבור פולימרים כמו פוליקללים ופוליואולימפינים, זה מושג באמצעות copolymerization עם מונומרנים לוויני המכיל אלמנטים אלה. phosphorus- המכיל מונומרנים הם יעילים במיוחד כי הם יוצרים פוליפרנציות פוליפרנציות פוליפרניות על פני השטח, אשר על פני השטח של קטנצ'רטיות על ידי היווצרות קטשופים.

ריצוף ו Imparting Intumescence

(ב) לציפוי פולימרים קיימים או רכיבים שקשה לשנותם, ציפויים עמידים להבה מספקים מסלול חלופי.ציפוי אינפיניטיים להתרחב על חימום כדי ליצור כריז עבה, ⁇ המגן על החומר הבסיסי.FLT:0Multilayer nanocoatingsFLT:1 שהופקד באמצעות שכבת שכבה עבה, באמצעות שכבת-על-ידי שכבתית באמצעות פוליאלקטרוניקה ונמנופלסטיות הוכיחו ביצועים פוליתיים יוצאי דופן.

בדיקות וסטנדרטים ל-Fal Flame Resistance

חומרים אוויריים חייבים לעבור סוללה של בדיקות סטנדרטיות כדי להעפיל לשימוש.בדיקות מפתח כוללות:

• (FLT:0)FAR 25.853 (FAA): uraFLT:1 , בדיקות כוויות אופקיות ונוף חומרים פנימיים, עם קריטריונים על זמן הלהבה, אורך כוויות, וזמני כיבוי טפטוף.
• (FLT:0)BSS 7230 (Boeing): ההרחבה הראשונה של בדיקת צפיפות עשן באמצעות תא עשן NBS; גבולות צפיפות אופטיים אופטיים אופטיים אופטיים מקסימליים (Ds max) נקבעים לחומרי תא.
• (FLT:0)BSS 7239 (Boeing): ראטל 1) ניתוח גז רעיל כדי לקבוע ריכוזים של CO, HCN, NOx, H2S, SO2, ו HCl שנוצר במהלך decomposition תרמי.
• (FLT:0) ISO 5658-203): משקל שחרור חום 1 באמצעות צריכת חמצן קלוריות (cone calorimeter) - שיעור שחרור חום שיא ושחרור חום מוחלט הם מדדים קריטיים.
• (FLT:0)50 94:03:03:51) בעודם בעיקר עבור אלקטרוניקה, זה משמש לעתים קרובות עבור רכיבים פולימרים ליד מערכות חשמל מטוסים.

עמידה בסטנדרטים אלה לעתים קרובות דורשת התאמות ניסוח רציונטיביות.ה-FLT:0 [המדד] החמצן (LOI)FLT:1 הוא כלי סינון נוח: חומרים עם ערכי LOI מעל 28% נחשבים בדרך כלל להגדרה עצמית בבדיקות פולימרים של זיהום אוויר.

אתגרים נוכחיים בפיתוח

« פאניקה התנגדות עם תכונות מכניות

הוספת משחת להבה לעתים קרובות פוגעת כוח רב-קרקעי, אורכות, התנגדות השפעה או חיי עייפות.עבור רכיבי חלל כי חייבים לעמוד ברטט, שינויים בלחץ, עומסי השפעה מזדמנים, שמירה על ביצועים מכניים היא לא-שלילית. פורמולטורים חייבים לבחור בקפידה את הסוג, הגודל, ואת רמת הטעינה של תוספים להבה או מומנים.

לחץ סביבתי ושיקום

[הלהבה המפוחדת] חוזרת (במיוחד תרכובות מחוסמות) באה תחת בדיקה אינטנסיבית בשל התעקשות, ביוקפיון ו רעילות פוטנציאלית.תעשיית החלל מחפשת חלופות ללא halogen שיכולים לעמוד באותה ביצועי אש מחמירים.זה הגביר את המחקר לתוך סינרגיסטים זרחן זרחן, הידרוקסידים, ו-B-Fredemicreshreshrecerecerecereta mort) על ידי ה-Fardstinergans-Fardsgatesects: DRAGal-Fardsected Chemical Rephed Geogansected: DRAG (ה-Farded Chemical Retensected Geo Retens) ו-Fardsected Geogann) הם מעודדים את ה-nitrogen Syntgggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggists, hydroxogenics-Ricogenic-Ric.

יציבות והזדקנות ממושכת

פולימרים ב-Aerospace נתקלים ברכיבי אופניים תרמיים קיצוניים מטמפרטורות תת-אפס בגובה כדי לחמם מרכיבי מנוע.הלהבה מעכבת חייב להישאר יציבה ללא הדבקה, הגירה או הידרוליזה על חיי שירות המטוסים של 20-30 שנים. Accelerated בדיקות לחשוף דגימות כדי לשלב חום, לחות וקרינת UV כדי לחזות ביצועים בעולם האמיתי.

עלויות ו Scalability

מונומרנים וננוקומבטים חדשים יקרים לעתים קרובות לייצר בקנה מידה תעשייתי.חומרי גלם הוא גם תהליך ארוך ויקר.להיות בעל יכולת מסחרית, פולימרים חדשים להבה חייב להציע ערך ברור - או מופחת משקל, שיפור בטיחות, או מרווחי שירות ארוכים יותר - כי רק אם עלות הייצור גבוהה יותר.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

שם מקור: Bio-Inspired Flame Retardants

הטבע מציע טביעות אצבע לחומרים עמידים באש.לדוגמה, התנהגות כריז-היוצרת של lignin ואת המבנים intumescent של כמה מינים צמחיים השראה תוספי פולימרים חדשים.FLT:0 חומצה פילאטית (Phytic acidFLT:1), תרכובת טבעית המתרחשת זרחן עשירית שנמצאת בזרעים, נחקרה כלהבה מבוססת-ביו-לה עבור תרופות וגרסאות דומות של DNA.

« « גילוי עצמי חכם

מחקר ב-FLT:0 stimuli-responsive Flame RetardantsFLT:1 נועד ליצור פולימרים שרק מפעילים מנגנוני דיכוי אש כאשר נחשפים לטמפרטורות גבוהות, ובכך לשמר תכונות מכניות רגילות.מיקרו-קנצ'ומונים להבות המשחררים את התוכן הפעיל שלהם בטמפרטורות ספציפיות, או ארכיטקטורות פולימרים העוברים במהירות על פני מחזור, מייצגים דרכים מרגשות לחומרים עתידיים עבור חומרים חללים.

Machine Learning in Formulation Optimization

מרחב הפרמטר העצום של הרכב פולימרי, סוג של להבה מחדש, ותנאי עיבוד הופכים את פיתוח הניסוי-וטרור יעיל.מודלים למידת מכונות מאומן על נתונים ניסיוניים יכולים לחזות מדדים של רגישות (LOI, שחרור חום שיא, char תשואה) עבור פורמולות חדשות, לקצר באופן דרסטי את מחזורי הפיתוח.FLT:0A 2022 במחקר ב- Polymer TestingFLT:1 שהוכיח מודל אקראי של יער יכול לנבא 90% מתכונות של חמצן מורכבות.

שילוב ייצור מתקדם

ייצור אדקטי (3D הדפסה) הוא צובר מתח בחלל עבור חלקים עם גמאים מורכבים ופסולת מופחתת. עם זאת, רוב resinsesin ו fila חומרי גלם הם מאוד מעוגן.פיתוח (FLT:0flame-reshanist תוספת פולימרים מותאמים במיוחד עבור הדפסה 3D 1 הוא עדיפות מחקר גדל.

מסקנה

הפיתוח של הלהבה-resistant תוספת פולימרים עבור יישומים אווירוקל הוא שדה דינמי המשלב כימיה פולימרית בסיסית עם הנדסה בטיחות בעולם האמיתי. כמו תכנון מטוסים דוחף לעבר פלטפורמות חכמות יותר ויעילות חשמלית מוביל סיכונים חדשים של אש, הביקוש לחומרים מתקדמים להבות מתקדמים ימשיך רק להגביר את התקני ה-Freamsive Retardants, אסטרטגיות ננו-site, bioin-in-Reducationicing, ו-Remmersives-Remmersives-Remmers-Remmers-Remmersives-Remmers-Remmers-Remmers-Res-Remmers-Remmers-Remmers-Reducance, בין סוכנויות פיתוח חומרים מתקדמים ל-Remmersive HD-Remmersive HD-Remmersive Retensive HD-Retensive Retens-Remmersive Retensive Retensive Retensive Retensive Retensive Retensive Retensive Retensive Retensive Retensive Retensive Retensive Retensvancesive Retensive Retensto-