Bu tədqiqatda tədqiqatçılar, epoksi qətranın yanıcılığını azaltırken mexaniki xüsusiyyətlərini və suya qarşı dayanıqlıqını korumayı amaçlayan PSiP adlı fosfor–azot–silisium içeren reaktiv bir alov gecikdirici sintezlemiştir. Geleneksel töhfəların mühüm bir bölümü yüksek miqdarlarda kullanıldığında epoksi şəbəkəsinı zəiflatabilir. PSiP isə iki uclu siloksan grupları, sert aromatik strukturu və fosfor içeren DOPO birimleri sayesinde yalnızca fiziki kimi qarıştırılan bir dolgu gibi davranmak yerine kürlənmiş epoksi şəbəkəsiyla kısmen kimyəvi bşəbəkə kuracak şəgilde tasarlanmıştır.
Ağırlıkça yüzde 8 PSiP içeren PSiP8%/EP nümunəsi, məhdudlaşdırıcı oksigen indeksi dəyərini saf epoksideki yüzde 26’dan yüzde 31,5’e yükseltmiş və UL-94 şaquli yanma testinde ən yüksək sinif olan V-0 derecesine ulaşmıştır. İlk və ikinci alev tətbiqlarından sonra nümunə ardıcıllıqsıyla 4 və 2 saniyə üçünde kendiliğinden sönmüş və ərimə damcıması göstermemiştir. Koni kalorimetresi təcrübəinde pik istilik buraxma sürəti yüzde 32,8, ümumi istilik buraxılışı yüzde 31,1 və orta istilik buraxma sürəti yüzde 50,8 azalmışdır.
PSiP yalnızca yanğın performansını değiştirmemiştir. Yüzde 8 PSiP kullanıldığında dartılmada qırılma gərginliyi 74,7 MPa’dan 85,1 MPa’ya, əyilmə modulu 4.115 MPa’dan 4.640 MPa’ya və şüşə keçid temperaturu 142,7 °C’den 155,8 °C’ye yüksəlmişdir. Su kontakt bucşəbəkəı 74,7 dereceden 98,9 dereceye çıkmış, 15 günlük suya batırma sonrasında su udulması saf epoksiye kıyasla yüzde 27 daha düşük bulunmuştur. Optik keçiricilik isə saf epoksiye yaxınn düzeyde saxlanmışdır.
Türkiyə baxımından tədqiqat; elektrik-elektronik kapsullaşdırma materiallari, kompozit parçalar, ulpeyəndm vaqonları, struktur ürünleri və rütubətle qarşılaşan mühendislik komponentləri üçün çox işlevli epoksi dumantemlerinin geliştirilmesine yönelik araşdırma təməli təqdim edir. Lakin istifadə edilən nümunələr laboratoriya ölçeğindedir. Türkiyədə geçerli yanğın sinifləri, ürün standartları, gerçek servis şərtlərı, uzunmüddətli yaşlandırma, elektriksel xüsusilər və sənaye istehsal müddətçleri həmçinin doğrulanmadan kommersiya ürün inamliği və ya kullanım ömrü sonucu çıqarılamaz.
Epoksi qətranlerde çözülmek istenen təməl problem nedir?
Epoksi qətranler; kimyəvi möhkəmlikları, termal sabitlikları, strukturşma xüsusiləri və kolay işlenebilmeleri nedeniyle havacılık, inşaat, elektronik və iləri mühendislik tətbiqlarında yaygın kimi kullanılmaktadır. Bunun əksinə organik strukturları nedeniyle kolay tutuşabilir, yanma ardıcıllıqsında sürətli istilik salabilir və sıx tüstü yarada bilərler.
Alev geciktirici töhfə eklenmesi bu riski azaltabilir. Lakin yüksek miqdarda istifadə edilən geleneksel töhfəlar epoksi şəbəkəsiyla yetərli uyumluluk göstermediğinde şu problemlar ortaya çıkabilir:
- Çapraz bşəbəkəlı strukturnın zəiflaması
- Çekme və əyilmə dayanıqlığının düşmesi
- Faz ayrışması və mikro qüsurlar oluşması
- Optik geçirgenliğin azalması
- Nemli ortamda töhfənın göç etmesi və ya yıkanması
- Cam geçiş temperaturu ilə yüksək temperatur rijitliğinin düşmesi
Araşdırmanın hədəfi, alov gecikdiriciliği artırırken mexaniki dayanıqlıq və hidrofobiklikten ödün vermeyen reaktiv və çox işlevli bir molekül geliştirmektir.
PSiP nasıl tasarlanmıştır?
PSiP molekülünde dört işlevsel struktur bir araya getirilmiştir:
- Fosfor içeren DOPO birimleri: Yoğun fazada qarbonlaşmayı katalizler, qaz fazaasında yanma radikallerini baskılar.
- Azot içeren bşəbəkəlar: Karbon tabakasının oluşumuna töhfəda bulunur və yanıcı olmayan gaz ürünlerinin açığa çıkmasını destekler.
- İki uçlu siloksan grupları: Epoksi kürlenmesi ardıcıllıqsında yaranan hidroksil gruplarıyla kısmen reaksiona girerek PSiP’yi şəbəkə quruluşuna bşəbəkəlar.
- Sert aromatik arxitektura gövdəsi: Moleküler rijitliği artırarak mekanik və termomexaniki xüsusiyyətlərin korunmasına yardım eder.
Siloksan gruplarının aşşəbəkəı səth enerjisi, molekülün hava–material ara yüzüne yönelmesini və suyun səthi ıslatmasını zorlaştırmasını amaçlamaktadır. Yanma ardıcıllıqsında isə silisium içeren parçaların səthə miqrasiya ederek keramika bənzəri bir qoruyucu təbəqə oluşturması beklenmiştir.
PSiP hangi kimyəvilarla və nasıl sintez edilmişdir?
Sintezin ilk aşamasında tereftalaldehid, 3-aminopropiltrietoksisilan və susuz etanol istifadə edilmişdir:
- Tereftalaldehit: 0,09 mol, 12,18 g
- KH-550: 0,19 mol, 42,84 g
- Susuz etanol: 200 mL
Karışım azot atmosferi altında 65 °C’də 12 saat geri soyuducu altında qarıştırılmış və PSi ara məhsulü yaradılmışdır. Ardından 100 mL etanol üçünde çözünmüş 40,08 g DOPO eklenmiş, temperatur 80 °C’ye yükseltilmiş və reaksion 24 saat sürdürülmüştür. Soğutma, süzme və etanol ilə deionizə su istifadə edilərək üç kez yıkama sonrasında beyaz katı PSiP ürünü əldə edilmişdir.
Epoksi kompozit nümunələri nasıl hazırlanmışdır?
Bisfenol A esaslı E44 epoksi qətransi, seçilən miqdardaki PSiP və ya DOPO ilə 90 °C’də 40 dəqiqə qarışdırılmışdır. Homojen və saydam qarışım elde edildikten sonra 4,4′-diaminodifenilmetan kürləmə agenti eklenmiş və qarışdırma 5 dəqiqə daha sürdürülmüştür.
Karışımlar əvvəlden istiliktılmış paslanmayan polad kalıplara aktarılmış və iki aşamalı kimi kürlənmiştir:
- 100 °C’də 2 saat
- 150 °C’də 2 saat
Numuneler otaq temperaturuna yavaşça soğutulduktan sonra kalıptan çıqarılmıştır.
| Numune | Alev geciktirici | Fosfor içeriği | Silisium içeriği |
|---|---|---|---|
| Saf EP | Yok | %0 | %0 |
| DOPO3,6%/EP | %3,6 DOPO | %0,51 | %0 |
| PSiP6%/EP | %6 PSiP | %0,38 | %0,35 |
| PSiP8%/EP | %8 PSiP | %0,51 | %0,46 |
| PSiP10%/EP | %10 PSiP | %0,64 | %0,58 |
| PSiPM8%/EP | KH-550, TPA və DOPO’nun fiziki qarışımı | %0,50 | %0,45 |
PSiPM8%/EP nəzarətü, eyni başlanğıc komponentlərinin tek bir PSiP molekülüne dönüştürülmeden fiziki kimi qarıştırılmasıyla hazırlanmışdır. Bu nəzarət, kimyəvi kimi bütünleştirilmiş PSiP strukturunın yalnızca komponentlərin ayrı ayrı eklenmesinden fərqli davranıp davranmadığını incelemek üçün istifadə edilmişdir.
PSiP’nin sintezlendiği nasıl təsdiqlənmişdir?
FTIR, proton NMR, fosfor-31 NMR, dərinləşdirməlı elektron mikroskobu və enerji dşəbəkəılımlı X-ışını spektroskopiyasi istifadə edilmişdir.
FTIR analizinde:
- KH-550’ye ait N–H vibrasiyai aydın biçimde azalmışdır.
- Tereftalaldehite ait aldehit C–H və C=O bantları kaybolmuştur.
- PSi ara məhsulünde 1.075 cm-1 civarında güclü Si–O bandı görülmüştür.
- DOPO’ya ait P–H bandı PSiP ürününde kaybolmuştur.
- 1.203 cm-1 civarında P=O və 1.018 cm-1 civarında P–O vibrasiyaleri ortaya çıkmıştır.
Proton NMR’də PSi’ye ait 8,40 ppm imin protonu və DOPO’ya ait P–H siqnali reaksiondan sonra kaybolmuştur. Fosfor-31 NMR siqnali DOPO üçün 14,5 ppm’den PSiP üçün 32,5 ppm’ye kaymıştır. Tədqiqatçılar bu değişimleri hədəflenen qoşulma reaksiyasınun tamamlandığının göstəricisi kimi dəyərlendirmiştir.
PSiP hissəciklərinın 50 µm’den kiçik, blok benzeri morfologiyaye sahip olduğu görülmüştür. EDS analizinde şəbəkəırlıkça yüzde 69,95 qarbon, yüzde 3,48 azot, yüzde 17,77 oksigen, yüzde 4,08 silisium və yüzde 4,72 fosfor ölçülmüşdür.
PSiP’nin kendi termal davranışı DOPO’dan nasıl fərqlidır?
PSiP və DOPO’nun başlanğıc parçalanma temperaturları birbirine yaxınn olsa da parçalanma biçimleri fərqlidır. DOPO 250-320 °C aralığında sürətli və yoğun bir kütlə itkisi göstərmişdir. PSiP’nin parçalanması daha geniş temperatur aralığına yayılmış və maksimum kütlə itkisi sürəti daha düşük qalmışdır.
700 °C’də DOPO’nun kalan qarbon nisbəti yüzde 5’in altındayken PSiP’nin qalıq nisbəti yüzde 39,1’e ulaşmıştır. Bu nəticə, PSiP’nin yüksək temperaturta kondensə fazada qarbonlaşmaya daha güclü töhfə verdiğini göstərir.
PSiP epoksinin başlanğıc parçalanma temperaturunı yükseltmiş midir?
Hayır. PSiP eklenmesi saf epoksinin yüzde 5 kütlə itkisi temperaturunı yükseltmemiştir. Saf EP’nin T5% dəyəri 375,6 °C iken PSiP8%/EP üçün 349,8 °C ölçülmüşdür. Benzer biçimde maksimum parçalanma temperaturu 405,4 °C’den 384,7 °C’ye düşmüşdür.
Bu erken parçalanma, fosfor içeren komponentlərin epoksi matrisinin nəzarətlü biçimde daha erken qarbonlaşmasını başlatmasıyla ilişgiləndirilmiştir. PSiP’nin termal töhfəsi başlanğıc parçalanmasını geciktirmekten çox, orta və yüksək temperaturta kütlə itkisi sürətinı azaltmak və daha fazala koruyucu qalıq yaratmaqtır.
| Numune | T5% (°C) | Tmax (°C) | 600 °C qalıqsı (%) |
|---|---|---|---|
| Saf EP | 375,6 | 405,4 | 18,3 |
| DOPO3,6%/EP | 329,9 | 388,3 | 15,1 |
| PSiP6%/EP | 340,0 | 387,4 | 22,5 |
| PSiP8%/EP | 349,8 | 384,7 | 24,3 |
| PSiP10%/EP | 335,8 | 375,9 | 22,8 |
LOI və UL-94 nəticələri ne göstərmişdir?
Saf EP’nin məhdudlaşdırıcı oksigen indeksi yüzde 26’dır və nümunə UL-94 sinifı alamamıştır. PSiP miqdarı yüzde 6’dan yüzde 8’e çıqarıldığında LOI yüzde 30,5’ten yüzde 31,5’e yükselmiş, UL-94 sinifı V-1’den V-0’a ilərlemiştir.
| Numune | LOI (%) | UL-94 | Temel gözlem |
|---|---|---|---|
| Saf EP | 26,0 | Sınıflandırılamadı | Yanma sürmüştür. |
| DOPO3,6%/EP | 29,5 | V-1 | Aynı fosfor içeriğinde V-0’a ulaşamamıştır. |
| PSiP6%/EP | 30,5 | V-1 | İlk iyiləşme görülmüştür. |
| PSiP8%/EP | 31,5 | V-0 | İlk və ikinci tutuşturmadan sonra 4 və 2 saniyəde sönmüştür. |
| PSiP10%/EP | 31,5 | V-0 | Ek yükleme LOI dəyərini artırmamıştır. |
| PSiPM8%/EP | 30,0 | V-1 | Fiziksel qarışım, bütünlhədd PSiP kadar etgili olmamıştır. |
Yüzde 10 PSiP istifadəsi V-0 derecesini korusa da yüzde 8’e kıyasla LOI kazancı sşəbəkəlamamıştır. Tədqiqatçılar optimum töhfə miqdarının təxminən yüzde 8 civarında doygunluğa ulaştığını dəyərlendirmiştir.
Koni kalorimetresi nəticələri yanğın davranışı hakkında ne söylemektedir?
Numuneler 35 kW/m2 dış istilik axını altında konus kalorimetrinde araşdırılmışdır.
| Ölçüt | Saf EP | PSiP8%/EP | PSiP10%/EP |
|---|---|---|---|
| Tutuşma müddəti (s) | 92 | 62 | 55 |
| Tepe istilik buraxma sürəti (kW/m2) | 1.118,3 | 842,1 | 935,7 |
| Ortalama istilik buraxma sürəti (kW/m2) | 268,5 | 178,1 | 175,9 |
| Toplam istilik emissiyaı (MJ/m2) | 87,3 | 66,6 | 60,7 |
| Toplam tüstü istehsali (m2) | 35,8 | 33,5 | 31,0 |
| CO istehsal tepesi (g/s) | 0,032 | 0,028 | 0,045 |
| CO2 istehsal tepesi (g/s) | 0,72 | 0,54 | 0,62 |
| Koni testi sonrası qalıq (%) | 11,4 | 17,0 | 18,7 |
PSiP8%/EP üçün saf EP’ye görə:
- Tepe istilik buraxma sürəti yüzde 32,8 azalmışdır.
- Ortalama istilik buraxma sürəti yüzde 50,8 azalmışdır.
- Toplam istilik emissiyaı yüzde 31,1 azalmışdır.
- Toplam tüstü istehsali yüzde 6,9 azalmışdır.
- Kalıntı nisbəti 5,6 yüzde puan artmışdır.
Bunun əksinə PSiP nümunələri saf EP’den daha erken tutuşmuştur. Tutuşma müddətinin 92 saniyəden 62 və 55 saniyəye düşmesi, başlanğıc parçalanmasının sürətlandığını göstərir. Buna görə PSiP’nin sşəbəkəladığı fayda “tutuşmayı geciktirmek” değil; tutuşma sonrasında istilik emissiyaını, yanmanın devamını və kütlə aktarımını baskılamaktır.
Yüzde 10 PSiP, toplam istilik və ümumi tüstü istehsalıni biraz daha azaltmış olsa da pik istilik buraxma sürəti yüzde 8’lik nümunəden daha yüksek olmuştur. Tədqiqatçılar bunu, yüksek töhfə miqdarında qoruyucu təbəqə tam oluşmadan əvvəl daha fazala organik və fosfor/silisium içeren parçanın yoğun biçimde parçalanmasıyla açıklamıştır.
Karbon tabakasının strukturu nasıl değişmiştir?
Koni kalorimetresi sonrasında saf epoksinin qalıqsı çökmüş, məsaməli və çatlaklı bir struktur göstərmişdir. PSiP içeren nümunələrde isə daha yüksek, daha müddətkli və daha yoğun bir qarbon təbəqəsi yaranmışdır.
Kesit yüksekliği saf EP’də təxminən 14 mm, PSiP8%/EP’də 23 mm və PSiP10%/EP’də 26 mm kimi göstərilmişdir. Bununla belə ən yüksək töhfə miqdarında daha fazala uçucu ürün açığa çıkması nedeniyle səth məsaməliliği yeniden artmışdır.
Raman spektroskopiyasinde D və G bantlarının sıxlıq nisbəti:
- Saf EP: ID/IG = 3,01
- PSiP8%/EP: ID/IG = 2,57
- PSiP10%/EP: ID/IG = 2,78
Daha düşük nisbət, yüzde 8 PSiP içeren nümunənin daha yüksek qrafitləşmə derecesine sahip qarbon təbəqəsi oluşturduğunu göstərir. Yüzde 10 yüklemede nisbətin yeniden yükselmesi, fazala töhfənın tabaka kalitesini her ölçütte geliştirmediğini doğrulamaktadır.
XPS analizinde qarbon təbəqəsinda C–Si, C–P, C–N, P–O, P=O, Si–C və Si–O bşəbəkəları müəyyən edilmişdir. Yanma sonrasında səthde silisium miqdarının artması, silisium içeren türlerin yüksək temperaturta səthə miqrasiya ettiğini destoynaqektedir.
PSiP kondensə fazada nasıl tədqiqatktadır?
Yoğun faza mekanizmasında DOPO kökenli fosforlu strukturlar fosforik və polifosforik asit türlerine çevrilir. Bu türler epoksi zincirlerinin susuzlaşmasını və qarbonlaşmasını katalizləməektedir.
Çapraz bşəbəkəlı şəbəkə bozunurken silisium içerən aşşəbəkəı səth enerjili parçalar səthə miqrasiya etmekte və burada:
- Si–O–Si
- Si–O–C
- SiO2 benzeri strukturlar
yaratmaqtadır. Bu keramika bənzəri səth, qarbon təbəqəsinı sıkılaştırmakta və istilik, oksigen və yanıcı uçucuların geçişini sınırlandırmaktadır. Fosfor, azot, silisium və aromatik qarbonun birlikte bulunduğu tabaka, alttaki epoksi matrisini dış istilik kaynşəbəkəından kısmen yalıtmaktadır.
PSiP qaz fazaasında nasıl tədqiqatktadır?
Epoksi parçalanması ardıcıllıqsında H• və HO• gibi yüksek reaksiyali radikaller yanma zincir reaksionlarını sürdürmektedir. PSiP’nin erken parçalanmasıyla yaranan PO• və PO2• radikalleri bu türleri yakalayarak yanma zincirini baskılamaktadır.
Həmçinin H2O, NH3 və CO2 gibi yanıcı olmayan ürünlerin açığa çıkması, alev çevresindeki yanıcı gaz və oksigen konsentrasiyaini seyreltmektedir.
TG-FTIR nəticələrinda PSiP8%/EP’nin eter, aromatik və alifatik uçucu ürünlere ait udulma şiddetlerinin saf epoksiden daha düşük olduğu görülmüştür. Bu nəticə, daha fazala qarbonlu strukturnın kondensə fazada tutulduğu və yanıcı gaz kimi açığa çıkmadığı şeklinde yorumlanmıştır.
Optik keçiricilik korunmuş mudur?
PSiP içeren epoksi nümunələri yüzde 6-10 töhfə aralığında saf epoksiye yaxınn şəffaflıq göstərmişdir. UV-görünür bölge spektrlarında töhfə eklenmesi geçirgenliği bir miqdar azaltmış, lakin böyük bir optik itki oluşturmamıştır.
PSiP8%/EP’nin ışık geçirgenliği, eyni başlanğıc maddelerini fiziki kimi içeren PSiPM8%/EP nümunəsinden daha yüksek bulunmuştur. Tədqiqatçılar bunu PSiP’nin epoksi matrisi üçündeki daha iyi uyumluluğuna bşəbəkəlamıştır.
Mekanik xüsusilər nasıl değişmiştir?
PSiP6%/EP və PSiP8%/EP nümunələrinde əyilmə dayanıqlığı və əyilmə modulu yüksəlmişdir. Yüzde 10 töhfəda isə eğilme xüsusiləri geriləmiştir. Bu geriləme, reaksiona girmemiş fazala PSiP’nin fazaa ayrılması və kusur başlatıcı bölgeler oluşturmasıyla ilişgiləndirilmiştir.
| Numune | Eğilme modulü (MPa) | Darbe möhkəmliyi (kJ/m2) | Metinde məlumatlen dartılmada qırılma gərginliyi |
|---|---|---|---|
| Saf EP | 4.115 | 18,13 | 74,7 MPa |
| DOPO3,6%/EP | 3.648 | 15,79 | Düşüş göstərmişdir. |
| PSiP6%/EP | 4.620 | 17,41 | 80,4 MPa |
| PSiP8%/EP | 4.640 | 18,38 | 85,1 MPa |
| PSiP10%/EP | 4.096 | 15,57 | Yüzde 8 nümunəsindən aşşəbəkəıtür. |
| PSiPM8%/EP | 3.837 | 14,85 | DOPO nümunəsine yaxınn düşüş göstərmişdir. |
PSiP8%/EP’nin dartılmada qırılma gərginliyi saf epoksiye görə təxminən yüzde 13,9 yüksəlmişdir. Kopma uzanması isə bir miqdar düşmüş; başka bir ifadeyle möhkəmlik artarken materialın sünekliği eyni ölçüde gelişmemiştir.
Çekme qırılma səthlerinde saf epoksi nispeten düzgün və düzenli çatlak ilərlemesi göstərmişdir. PSiP içeren nümunələrin səthleri daha pürüzlü hâle gelmiş və çatlak yolları çeşitlenmiştir. Bu morfologiya, qırılma ardıcıllıqsında daha fazala enerji tüketildiğini destoynaqektedir.
Siloksan gruplarının epoksi şəbəkəsiyla reaksiona girdiğine dair kanıt nedir?
Kriyojenik kırılmış PSiP8%/EP səthinde C, N, O, Si və P elementleri homojen dşəbəkəılmıştır. Çekme altında kırılmış səthde isə silisium və fosfor, düzensiz çatlak bölgelerinde birikmiştir. Tədqiqatçılar bu bölgeleri PSiP’nin şəbəkə üçündeki çarpaz bşəbəkəlanma noktalarının qırıldığı alanlar kimi yorumlamıştır.
Değişken temperaturlı FTIR analizinde saf EP’nin 3.400 cm-1 civarındaki O–H və hidrogen bşəbəkəı bandı temperatur arttıkça aydın biçimde zəiflamış və yer değiştirmiştir. PSiP8%/EP’də değişim daha məhduddur. Bu davranış, epoksi kürlenmesi ardıcıllıqsında yaranan bazı hidroksil gruplarının PSiP’nin siloksan gruplarıyla reaksiona girdiği yorumuyla uyumludur.
Cam geçiş temperaturu və yüksək temperatur rijitliği nasıl değişmiştir?
| Numune | 40 °C saxlama modulu E′ (MPa) | Tg (°C) | Çapraz bşəbəkə sıxlığı (mol/m3) |
|---|---|---|---|
| Saf EP | 1.648,6 | 142,7 | 1.654 |
| DOPO3,6%/EP | 1.531,5 | 140,4 | 1.521 |
| PSiP6%/EP | 1.701,3 | 151,5 | 1.623 |
| PSiP8%/EP | 1.703,3 | 155,8 | 1.633 |
| PSiP10%/EP | 1.723,8 | 155,1 | 1.550 |
| PSiPM8%/EP | 1.604,4 | 136,2 | 1.517 |
PSiP içeren nümunələr 120 °C’nin üzərində saf epoksiye görə daha yüksek saxlama modulu qorumuşdur. Yüzde 8 PSiP, Tg dəyərini 13,1 °C artırmışdır.
Bununla belə cədvəlda hesaplanan çarpaz bşəbəkə sıxlığı PSiP nümunələrinde saf epoksinin üzerine çıkmamıştır. Bu nedenle nəticələr “toplam çarpaz bşəbəkə sıxlığınun kesin kimi arttığı” biçiminde yorumlanmamalıdır. Tədqiqatın desteklediği daha ölçülü açıklama; PSiP’nin reaktiv və iyi dşəbəkəılmış keçid noktaları ilə sert aromatik birimlerinin şəbəkə hareketliliğini sınırlandırarak Tg və rijitliği yükselttiğidir.
Hidrofobiklik ne ölçüde artmışdır?
| Numune | Su kontakt bucşəbəkəı |
|---|---|
| Saf EP | 74,7° |
| DOPO3,6%/EP | 78,8° |
| PSiP6%/EP | 98,3° |
| PSiP8%/EP | 98,9° |
| PSiP10%/EP | 101,3° |
| PSiPM8%/EP | 101,8° |
PSiP miqdarı arttıkça kontakt bucşəbəkəı yüksəlmişdir. Bu değişim, düşük səth enerjili siloksan parçalarının kürlenme ardıcıllıqsında səthe yönelmesiyle ilişgiləndirilmiştir.
ISO 62:2008 yaklpeyəndmıyla gerçekleştirilən suya batırma təcrübəinde PSiP8%/EP’nin 15 günlük su udulması saf EP’den yüzde 27 daha düşük bulunmuştur. Tədqiqatçılar bunu iki mekanizmayla açıklamıştır:
- Siloksan texniki xidmətından zengin hidrofobik səth suyun ilk adsorpsionunu azaltmaktadır.
- Ağ üçündeki hidroksil gruplarının bir bölümünün tüketilmesi və daha sıkı struktur, suyun iç bölgelere diffuziyaunu sınırlandırmaktadır.
Suya maruz kalma alov gecikdiriciliği bozmuş mudur?
DOPO3,6%/EP nümunəsinin LOI dəyəri 15 günlük suya batırma sonrasında təxminən bir yüzde puan düşmüş və UL-94 toplam yanma müddəti uzamıştır.
PSiP içeren nümunələr və PSiPM8%/EP isə başlanğıctaki LOI və UL-94 siniflərinı qorumuşdur. PSiP üçün bu dayanıklılık, molekülün epoksi şəbəkəsina kovalent kimi bşəbəkəlanması və suyla kolayca uzaklaşmamasıyla ilişgiləndirilmiştir.
Tədqiqatın desteklediği təməl nəticələr nelerdir?
- Yüzde 8 PSiP, saf epoksinin LOI dəyərini yüzde 26’dan yüzde 31,5’e çıqarmış və UL-94 V-0 sşəbəkəlamıştır.
- PSiP8%/EP’nin tepe və ümumi istilik buraxılışı ardıcıllıqsıyla yüzde 32,8 və yüzde 31,1 azalmışdır.
- Yoğun fazada P/N/Si içeren daha yoğun və qrafitlenmiş bir qarbon təbəqəsi yaranmışdır.
- Gaz fazaasında yanıcı uçucuların çıkışı azalmış və fosforlu radikal söndürmə mekanizması desteklenmiştir.
- Yüzde 8 PSiP dartılma dayanıqlığını, əyilmə modulunü və şüşə keçid temperaturunı artırmışdır.
- Su kontakt bucşəbəkəı təxminən 99 dereceye yükselmiş və 15 günlük su udulması yüzde 27 azalmışdır.
- PSiP nümunələri suya batırma sonrasında başlanğıctaki alov gecikdirmə sinifını qorumuşdur.
- PSiP’nin kimyəvi kimi bütünleşmiş strukturu, eyni komponentlərin fiziki qarışımından daha dengeli alov gecikdirmə və mekanik performans sşəbəkəlamıştır.
Tədqiqat hangi nəticələri sübut etmir?
- PSiP gerçek bir bina, uçak, elektronik cihaz və ya elektrik avadanlıqında denenmemiştir.
- Laboratuvar nümunələrindeki V-0 derecesi, bitmiş ürünün otomatik kimi eyni yanğın sinifını alacşəbəkəı anlamına gelmez.
- Tədqiqat uzun müddətlili açık hava yaşlandırması, UV etkisi, temperatur dövrü və ya duzlu su möhkəmliyinı dəyərləndirməmiştir.
- Yanma gazlarının ayrıntılı tokdumanite profili və insan sşəbəkəlığına etkisi ölçülmemiştir.
- Dielektrik xüsusilər, elektriksel izolyasiya performansı və qövs dayanıqlığı araşdırılmamışdır.
- Sənaye sintez ölçeği, istehsal xərci və həyat dövrü ekoloji təsiri hesaplanmamıştır.
- Daha yüksek PSiP miqdarının her özelliği müddətkli iyiləştirdiği gösterilmemiştir.
- İlk tutuşmanın geciktiği gösterilmemiş; tersine koni testinde alışma müddəti kısalmıştır.
Qaynaq üçündeki diqqət edilmesi gereken uyğunsuzluqlar nelerdir?
- Ana özet, nəticə bölümü və LOI grafiği PSiP8%/EP üçün yüzde 31,5 LOI bildirirken literatür müqayisə cədvəlsunun PSiP satırında yüzde 30,5 yazmaktadır. Aynı nümunə və fosfor/silisium içeriği diqqəte alındığında bunun cədvəl yazım xətası olma olasılığı yüksektir; lakin mənbə sessizce düzeltilmemelidir.
- FTIR açıklamasında 1.640 cm-1 bandı bir yerde aromatik olmayan C=C kimi adlandırılırken eyni reaksion Schiff bazası C=N bşəbəkəının oluşumu şeklinde yorumlanmaktadır. Spektral atamanın açıklığa kavuşturulması lazımdır.
- Çapraz bşəbəkə sıxlığı dəyərləri saf EP’dən yüksək olmamasına rşəbəkəmen bazı anlatımlarda daha yüksek çarpaz bşəbəkə sıxlığı ifadesi kullanılmaktadır. Mekanik iyiləşme yalnızca bu sayısal değişkene bşəbəkəlanmamalıdır.
Tədqiqatın təməl məhdudlıkları nelerdir?
- Qaynaq rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş preprintdir.
- Deneyler kiçik laboratoriya nümunələriyle məhduddur.
- Mekanik və yanğın təcrübələrinin her biri üçün nümunə sayıları ana mətnde dumantematik biçimde məlumatlmemiştir.
- Sonuçların mühüm bölümü xəta çubuklarıyla gösterilse də kapsamlı istatistiksel əhəmiyyətlilık analizi sunulmamıştır.
- Nem möhkəmliyi yalnızca 15 günlük təmiz suya batırma təcrübəiyle dəyərləndirilmişdir.
- Batırma sonrasında mexaniki xüsusiyyətlər və konus kalorimetri yeniden ölçülmemiştir.
- PSiP’nin istehsal səmərəliliki, saflık yüzdesi və sintez miqyaslenebilirliği ayrıntılı ekonomik məlumatlarle bildirilmemiştir.
- Verilər açık bir anbarda yayımlanmamış, talep üzerine sunulacşəbəkəı qeyd edilmişdir.
Tədqiqatın Yöntemi və Bulguları
Kullanılan başlıca təcrübə və cihazlar
| İnceleme alanı | Yöntem və şərt |
|---|---|
| Moleküler struktur | 400 MHz 1H NMR və 31P NMR; DMSO-d6 |
| Fonksionel gruplar | FTIR, 4.000-500 cm-1 |
| Termal parçalanma | TGA, 40-700 °C, 10 °C/dəqiqə |
| Optik keçiricilik | UV-görünür bölge spektrofotometrisi |
| Alev geciktiricilik | LOI və UL-94 şaquli yanma testi |
| Yanğın davranışı | Koni kalorimetresi, 35 kW/m2 |
| Karbon strukturu | Raman, 532 nm uyarma dalğa uzunluğu |
| Gaz ürünleri | TG-FTIR, 30-600 °C, N2 ortamı, 10 °C/dəqiqə |
| Yüzey kimyası | XPS, 12 kV |
| Morfoloji | SEM və EDS element xəritəlama |
| Dinamik mekanik davranış | DMA, 30-200 °C, 3 °C/dəqiqə |
| Su kontakt bucşəbəkəı | 25 °C’də 2 µL damcı; üç fərqli konumun ortalaması |
| Su emilimi | ISO 62:2008’e görə tam daldırma |
| Çekme təcrübəi | 2 mm/dəqiqə çapraz kafa sürəti |
| Eğilme təcrübəi | 4 mm/dəqiqə çapraz kafa sürəti |
| Darbe təcrübəi | Çentiksiz zərbə testi |
Yüzde 8 PSiP içeren nümunənin özet performansı
| Özellik | Saf EP | PSiP8%/EP | Değişim |
|---|---|---|---|
| LOI | %26,0 | %31,5 | 5,5 yüzde puan artış |
| UL-94 | Sınıf yok | V-0 | Kendiliğinden sönme sşəbəkəlanmıştır. |
| Tepe istilik buraxma sürəti | 1.118,3 kW/m2 | 842,1 kW/m2 | %32,8 azalma |
| Toplam istilik emissiyaı | 87,3 MJ/m2 | 66,6 MJ/m2 | %31,1 azalma |
| Koni testi qalıqsı | %11,4 | %17,0 | 5,6 yüzde puan artış |
| Çekme kopma gərginliki | 74,7 MPa | 85,1 MPa | Yaklpeyəndk %13,9 artış |
| Eğilme modulü | 4.115 MPa | 4.640 MPa | Yaklpeyəndk %12,8 artış |
| Cam geçiş temperaturu | 142,7 °C | 155,8 °C | 13,1 °C artış |
| Su kontakt bucşəbəkəı | 74,7° | 98,9° | 24,2° artış |
| 15 günlük su udulması | Referans | Saf EP’den %27 düşük | Su alımı azalmışdır. |
En dengeli töhfə nisbəti hangisidir?
Tədqiqatın nəticələri yüzde 8 PSiP yüklemesinin en dengeli tərkib olduğunu göstərir:
- Yüzde 6 töhfə V-0’a ulaşmamıştır.
- Yüzde 8 töhfə V-0, yüzde 31,5 LOI və en güclü mekanik performanslardan birini sşəbəkəlamıştır.
- Yüzde 10 töhfə LOI dəyərini artırmamış, pik istilik buraxma sürətinı yüzde 8 nümunəsine kıyasla yükseltmiş və eğilme ilə zərbə xüsusilərini düşürmüştür.
- Yüzde 10 töhfə su təmas bucşəbəkəını biraz daha artırmış və ümumi istilik buraxılışını azaltmış olsa da bütün xüsusilər birlikte dəyərlendirildiğinde yüzde 8 daha dengeli görünmektedir.
Deneysel tapıntıların genel yorumu
PSiP’nin başaristilik tek bir mekanizmaya bşəbəkəlı değildir. Moleküler strukturda fosfor, azot və silisiumun birlikte bulunması; kondensə fazada qarbonlaşma, qaz fazaasında radikal söndürmə, epoksi şəbəkəsiyla kısmi kimyəvi bşəbəkəlanma və səth enerjisinin düşürülmesini eyni töhfə üçünde birleştirmiştir.
Bu çoxlu mekanizma, geleneksel kimi birbiriyle çelişebilən üç hədəfin eyni tərkibde geliştirilmesini sşəbəkəlamıştır:
- Yanğın ardıcıllıqsında daha düşük istilik emissiyaı
- Normal kullanımda daha yüksek mekanik və termomekanik performans
- Nemli ortamda daha düşük su udulması
Bununla belə PSiP miqdarının artırılması doğrusal bir performans kazancı yaratmamıştır. Yüzde 10 töhfəda gözlenen bazı geriləmeler, reaktiv töhfəların da belirli bir konsentrasiyain üzərində şəbəkə homojenliğini bozabiləceğini göstərir.
Mənbə və Metod Qeydi
- Tədqiqatın tam özgün adı: Phosphorus–nitrogen–silicon flame retardant for epoxy resin with synergistic enhancement in flame retardancy, mechanical properties and hydrophobicity
- Yazarlar: Haoxuan Song, Baotao Huang, Shenghao Ai, Jiji Tan, Zhaohui Zheng, Yi Pan, Jinni Deng
- Yazar ardıcıllıqlaması: Haoxuan Song birinci, Baotao Huang ikinci, Shenghao Ai üçüncü, Jiji Tan dördüncü, Zhaohui Zheng beşinci, Yi Pan altıncı və Jinni Deng yedinci müəllifdır.
- Eş birinci müəllif: Eş töhfə və ya eş birinci müəlliflık beyanı bulunmamaktadır.
- Makalede belirtilən məsul müəlliflar: Zhaohui Zheng, Yi Pan və Jinni Deng
- SSRN platforma əlaqə müəllifi: Haoxuan Song
- Kurum 1: Chengdu Institute of Organic Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Chengdu, Sichuan, China
- Kurum 2: University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
- Kurum 3: School of Science, Xihua University, Chengdu, Sichuan, China
- DOI:10.2139/ssrn.7201520
- Yayın platformau: SSRN
- Dergi: Belirli bir jurnal adı və ya kabul edilmiş hakemli sürüm belirtilmemiştir.
- Belgedeki nəşr açıklaması: Preprint submitted to Elsevier
- Yayın yılı: 2026
- Qaynaq türü: Deneysel sintez, material qarakterizasyonu, yanma təcrübələri və mekanik testler içeren preprint araşdırma tədqiqatsı
- Hakemlik durumu: Hakem dəyərləndirməsinden geçmemiştir.
- Resmî mənbə keçidsı:SSRN rəsmi tədqiqat sayfası
Yazar töhfə beyanına görə Haoxuan Song kavramsallaştırma, araşdırma və ilk taslşəbəkəın yazımını; Baotao Huang və Shenghao Ai kavramsallaştırma ilə araşdırmayı; Jiji Tan araşdırmayı; Zhaohui Zheng danışmanlığı; Yi Pan kavramsallaştırma və danışmanlığı; Jinni Deng isə kavramsallaştırma, danışmanlık, mətn inceleme-düzenleme və fon teminini üstlenmiştir.
Araşdırma, Sichuan Province Natural Science Foundation anahtar projesi 2025ZNSFSC0009 ilə Chengdu–Chinese Academy of Sciences Science and Technology Cooperation Fund Program 2023-2025 tarafından desteklenmiştir. Yazarlar bilinen bir rəqabət edən maliyyə marşəbəkəı və ya tədqiqatı etgiləyebiləcek kişisəl ilişki bildirmemiştir. Araşdırma məlumatlarinin talep üzerine paylpeyəndlacşəbəkəı qeyd edilmişdir.
Bu Türkçe açıklama; tədqiqatın ana metni, sintez şemaları, kimyəvi qarakterizasyonları, bütün cədvəlları, yanğın performansı qrafikleri, qarbon qalıqsı görüntüləri, mekanik təcrübələri, su təmas bucşəbəkəı və dayanıklılık nəticələri incelenerek hazırlanmışdır. Bilimsel nəticələra tədqiqat dışında yeni bir təcrübə, performans dəyəri və ya tətbiq başaristilik eklenmemiştir. Dış mənbə nəzarətü yalnızca DOI və SSRN bibliyoqrafik kaydının doğrulanması üçün istifadə edilmişdir.
Tədqiqat rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmişdir. Özellikle LOI müqayisə cədvəlsundaki sayısal uyğunsuzluq, FTIR bant atamasındaki açıqlıq problemu, çarpaz bşəbəkə sıxlığına ilişkin yorum sınırı və daha kısa alışma müddəti nəticələrin dəyərlendirilmesinde diqqəte alınmalıdır.
Şərh yazın
E-poçt ünvanınız yayımlanmayacaq. Məcburi sahələr * ilə işarələnib