SUPERVISOR
Mahmood Masoomi
محمود معصومی (استاد راهنما)
STUDENT
Atiye Marani
عطیه مارانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
Preparation and evaluation of flame retardant polyethylene by adding flame retardant fillers with a phosphorous compound for use in Aluminum Composite Panel
There have always been some attempts to control and prevent fires, as various fire incidents have occurred in a variety of buildings, with irreparable casualties and financial losses. One of the measures could be developing and enforcing new laws to delay flames in the buildings equipment. Aluminum composite Panel is one of the products used for building facades and it is very important in delaying the flames in buildings. This facade is composed of several layers, 75 of which is made of the flammable polyethylene layer. To ensure fire retardation of this facade, the middle layer, which is the polyethylene layer, has to be made fire-retardant by flame retardants. In this research, two kinds of flame retardant with poly(ethylene-co-vinyl acetate) as a coupling agent and flame retardatio aid were used to serve as flame retardant in the polyethylene layer, ultimately acting as the flame retardant of aluminum composite Panel. To this aim, the materials were first mixed at different percentages of the flame retardants and then the slow-burning polyethylene sheet was prepared. Finally, after preparing the specimens for different tests and performing mechanical and flammability tests at the same time, the best combination of flame retardants percentages was determined. The results of this research showed that by increasing magnesium hydroxide to polyethylene/poly(ethylene-co-vinyl acetate) matrix, the mechanical properties were weakened; tensile strength and elongation percentage were decreased as well. In this study, the composite filling point was observed at 55 wt% magnesium hydroxide using a three-point bending test; as a result, as the filler was increased, the mechanical properties were decreased sharply. With the increase of ammonium polyphosphate to the polyethylene poly (ethylene vinyl acetate)/ magnesium hydroxide composite, the elongation percentage was raised and the amount of flexural strength was decreased, leading to the improvement of the thermal and flame retarding properties. So, with increasing 10 wt% of ammonium polyphosphate to the composite, the value of the limiting oxygen index was raised; also, with a 5 wt% further increase of this material, the limiting oxygen index was raised by 2 percent; also, adding 15% by weight of ammonium polyphosphate to the composite will rank the composite in the vertical burn test and by increasing the weight by 5% more, the composite will get a better rating (V-1) in the vertical burn test. Concerning the mixing process, specimens prepared with a double screw extruder, in comparison to the internal mixer, due to better mixing and the sheets prepared by injection molding, as compared to hot pressing, owing to the higher pressure and less molding time, had better flammability and mechanical properties. Images obtained from scanning electron microscopy test also confirmed the lack of good dispersion in the specimens prepared with the internal mixer and the existence of bubbles in the specimens prepared with compression molding. Poly(ethylene-co-vinyl acetate) improved the flame retarding properties in addition to coupling properties; so, y increasing the amount of limiting oxygen index of polyethylene blend mixed with poly(ethylene-co-vinyl acetate) as much as one unit, as compared with pure polyethylene, the vertical burn was increased; also, in the ethylene without additive test, it was flaming 3 minutes 53 seconds later to the end of the clamp, as compared to polyethylene. Finally, the best weight percent composition was obtained in terms of both mechanical and thermal-flame retarding properties; also, regarding the applicability of this research and its economic aspect, the combination of 33.75% polyethylene / 11.25% poly(ethylene-co-vinyl acetate)/ 35% Magnesium hydroxide/ 20% ammonium polyphosphate can be suggested. This percent composition, in addition to the high limiting oxygen index and the best rating in vertical burn test, can have better mechanical and thermal properties than other compounds. Key words: polyethylene, flame retardant , oly(ethylene-co-vinyl acetate), aluminum composite panel, thermal stability, ammonium polyphosphate, magnesium hydroxide
با وقوع حوادث آتش سوزی های مختلف در انواع ساختمان ها و خسارات جبران ناپذیر جانی و مالی به وجود آمده، همیشه سعی بر این بوده در جهت کنترل و پیش گیری از آتش سوزی اقداماتی صورت پذیرد. یکی از اقدامات صورت گرفته می تواند ثبت و اجرای قوانین جدید برای به تا?خیر انداختن شعله در لوازم و تجهیزات ساختمانی باشد. نمای آلومینیوم کامپوزیت یکی از محصولاتی است که برای نمای ساختمان ها کاربرد دارد و به تا?خیر انداختن شعله در آن بسیار حائز اهمیت می باشد. این نما از چند لایه تشکیل شده است که حدود %75 درصد حجمی این نما را لایه ی پلی اتیلن قابل اشتعال تشکیل می دهد. برای کندسوز کردن این نما باید لایه ی میانی که همان ورق پلی اتیلن می باشد را با استفاده از تا?خیر اندازنده های شعله، کند سوز کرد. در این تحقیق از دو تاخیراندازنده ی شعله به همراه پلی(اتیلن-کو-وینیل استات) به عنوان سازگارکننده و هم چنین کمک به کندسوزکنندگی، برای به تاخیرانداختن شعله در لایه ی پلی اتیلن و در نهایت کندسوز کردن نمای آلومینیوم کامپوزیت مورد استفاده قرار گرفت. برای انجام کار، ابتدا اختلاط مواد در درصدهای متفاوت کندسوزکننده ها و سپس تهیه ی ورق پلی اتیلن? کندسوزکننده انجام شد. در نهایت پس از آماده سازی نمونه ها برای آزمون های مختلف و انجام آزمون های خواص مکانیکی وخواص اشتعال پذیری به صورت هم زمان، بهترین ترکیب درصد کندسوزکننده بیان شد. نتایج حاصل از تحقیق بدین صورت می باشد که با افزایش منیزیم هیدروکسید به ماتریس پلی اتیلن- پلی(اتیلن-کو-وینیل استات)، خواص مکانیکی تضعیف می شود؛ مقدار استحکام کششی و درصد ازدیاد طول کاهش می یابد. در این تحقیق نقطه ی پرشوندگی کامپوزیت در55 درصد وزنی منیزیم هیدروکسید به کمک آزمون خمش سه نقطه ای مشاهده شد، در نتیجه با افزایش پرکننده بیش از این درصد خواص مکانیکی به شدت کاهش می یابد. با افزایش آمونیوم پلی فسفات به کامپوزیت? پلی اتیلن- پلی(اتیلن-کو-وینیل استات)-منیزیم هیدروکسید درصد ازدیاد طول افزایش و مقدار استحکام خمشی کاهش یافته، خواص حرارتی و کندسوزکنندگی بهبود می یابند، .به طوری که با افزایش %10 وزنی آمونیوم پلی فسفات به کامپوزیت مقدار شاخص اکسیژن حدی افزایش یافته و با افزایش 15 درصد از آن، علاوه بر افزایش مقدار شاخص اکسیژن حدی،کامپوزیت در آزمون سوختن عمودی رتبه ی بهتری را کسب می کند. در مورد فرآیند اختلاط، نمونه های تهیه شده با اکسترودر دو مارپیچه در مقایسه با مخلوط کن داخلی به دلیل اختلاط بهتر و همچنین ورق تهیه شده با قالب گیری تزریقی در مقایسه با پرس داغ به دلیل فشار بیشتر و زمان کمتر قالب گیری دارای خواص اشتعال پذیری و خواص مکانیکی بهتری می باشند. تصاویر برگرفته از آزمون میکروسکوپی الکترونی روبشی نیز عدم چسبندگی و عدم پراکنندگی مناسب را در نمونه های تهیه شده با مخلوط کن داخلی و وجود حباب را در نمونه های تهیه شده با قالب گیری فشاری تایید می کنند . پلی(اتیلن-کو-وینیل استات) نیز علاوه بر خواص سازگازکنندگی، خواص کندسوزکنندگی را بهبود بخشید، بدین صورت که مقدار شاخص اکسیژن حدی? پلی اتیلن مخلوط با پلی(اتیلن-کو-وینیل استات)، یک واحد، نسبت به پلی اتیلن خالص، افزایش یافته است و هم چنین در آزمون سوختن عمودی 3 دقیقه و 53 ثانیه دیرتر تا انتهای گیره شعله ور بود. در نهایت بهترین ترکیب درصد وزنی به دست آمده هم از لحاظ خواص مکانیکی و هم خواص اشتعال پذیری-حرارتی و هم چنین با در نظر گرفتن کاربردی بودن این تحقیق و بحث اقتصادی آن، ترکیب %75/33 پلی اتیلن+%25/11 پلی(اتیلن-کو-وینیل استات)+%35 منیزیم هیدروکسید +%20 آمونیوم پلی فسفات می باشد، این درصد ترکیب علاوه بر مقدار شاخص اکسیژن حدی? بالا و بهترین رتبه در آزمون سوختن عمودی، خواص مکانیکی و حرارتی بهتری نیز در مقایسه با سایر ترکیبات به همراه دارد.