فوم های پلی یورتان با گرافن عامل دار مورفولوژی سلولی و عملکرد فیزیکی

برای غلبه بر تناقض بین تاخیر در شعله، مهار دود و عایق حرارتی برای فوم های پلی یورتان (PUFs)، یک گرافن عامل دار جدید (FGN ) از گرافیت قابل انبساط (EG ) و ترکیبات حاوی فسفر طراحی و تهیه شده است. این FGN ، سازگاری عالی با ماتریس پلی یورتان از خود نشان می دهد، که منجر به بهبود مقاومت فشاری و کاهش هدایت حرارتی تا ( W/(m∙K 0.02975 می گردد. قابل ذکر است که PUF های حاصل با FGN مقاومت بالایی در برابر آتش و عملکرد سرکوب دود نشان می دهند. با تنهاpphp 50 از FGNها (۶.۱ درصد وزنی)، فوم می تواند رتبه بندی UL-94V-0 را با مقدار شاخص اکسیژن محدود کننده بالای ۲۷ پاس کند. مهمتر از آن، ترکیب FGN ها نه تنها به طور موثر نرخ انتشار گرما (HRR ) را کاهش می دهد، بلکه به طور قابل توجهی آزاد شدن دود مواد را در طول احتراق سرکوب می کند. این ویژگی ها با مقاومت در برابر آتش بالا، سرکوب دود عالی و هدایت حرارتی کم برای فوم های پلی یورتان مورد استفاده به عنوان مواد عایق حرارتی بسیار مفید است.
مواد عایق حرارتی بر بهره وری انرژی ساختمان ها غالب هستند. بخش بزرگی از انرژی (تا ۳۰٪) برای حفظ دمای داخلی مصرف می شود. از بین تمام مواد عایق موجود مانند فوم های پلی یورتان (PUF)، فوم های پلی استایرن منبسط شده (EPSFs)، فایبرگلاس و پشم معدنی، PUF ها به دلیل هزینه کم، مقاومت مکانیکی نسبتا بالا و رسانایی حرارتی پایین، از اهمیت بالایی برخوردارند. علاوه بر این، PUF ها را می توان برای برآوردن نیازهای خاص فرموله کرد و کاربردهای آن شامل ضربه گیری در وسایل نقلیه، بسته بندی ها، کفش ها و مبلمان است. با این حال، به دلیل اشتعال پذیری بالا، بهبود ایمنی در برابر آتش بسیار حیاتی بوده و نگرانی های جهانی را برانگیخته کرده است. به طور سنتی، بازدارنده های شعله (FRs ) را می توان برای افزایش ایمنی در برابر آتش استفاده کرد. ترکیبات هالوژن در فاز گاز با به دام انداختن رادیکال های آزاد اثر می گذارند. با این حال، آن ها علیرغم اثربخشی گسترده به دلیل نگرانی های جدی زیست محیطی ممنوع شده اند. در مقابل، ترکیبات حاوی فسفر/نیتروژن به دلیل سمیت نسبتا کم مورد توجه بیشتری قرار گرفته اند. متأسفانه، بیشتر بازدارنده‌های شعله‌ حاوی فسفر/نیتروژن در طی احتراق PUF دود آزاد می‌کنند که علت اصلی مرگ و میر در آتش‌سوزی هاست.

مورفولوژی سلولی :

مورفولوژی سلولی مهمترین عاملی است که بر خواص فیزیکی و مکانیکی PUF تأثیر می گذارد. شکل ۱ عکس های SEM PUF-0 و PUF-100 (11.5درصد وزنی) را نشان می دهد. PUF-0 با سلول های دوازده وجهی شکل کاملاً تخلیه شده با اندازه سلولی ۱۰۰-۵۰۰ میکرومتر مشخص می شود (شکل ۵a وb5). سلول های ناهمسانگرد (بیضی) تشکیل شده اند. در مقایسه با سلول‌های PUF، سلول‌های PUF-FGN بزرگ‌تر و از نظر اندازه یکنواخت‌تر بودند. با این حال، سلول‌های PUF-FGN بسیار منظم‌تر از سلول‌های PUF-0 بوده، زیرا به‌جای بیضوی به کروی نزدیک‌تر بودند. دلیل آن ممکن است این باشد که FGN ویسکوزیته پلی‌ال‌ها را افزایش داده و در نتیجه فاکتور تأثیرگذاری که منجر به ناهمسانگردی سلول ها می شود را کاهش داده و سلول‌های ضخیم‌تر PUF-FGN (شکل ۵e ) را تشکیل می دهد. هیچ آگلومره ای از FGN در تست SEM PUF-FGN یافت نشد، که نشان دهنده سازگاری خوب بین FGN و PUF بود.