Kablo İzolasyonunda Nanopartiküller Kullanılarak Alev Geciktirici Özelliğin Geliştirilmesi

Abstract

Al(OH)3 (ATH) ve Mg(OH)2 (MDH) gibi maddeler, ısı etkisi altında su ve oksit bazlı madde oluşturma kabiliyetleri nedeniyle alev geciktirici olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadırlar. Bu çalışmada, nano boyutta Mg(OH)2 sentezlenerek, bu maddenin EVA (etilen-vinil-asetat) kopolimeri ve mikro boyutta Al(OH)3 ve Mg(OH)2 ile birlikte kullanılması ile alev geciktirici özellikleri geliştirilmiş kablo izolasyonları üretilmesi amaçlanmıştır. Çalışma dört bölüme ayrılabilir. Birinci bölümde ATH ve MDH'nin alev geciktirici özellikleri karşılaştırılmıştır. İkinci bölümde, Mg(OH)2 nanopartikülleri farklı hammaddeler kullanılarak sentezlenmiştir. Üçüncü bölümde sentez, fabrika boyutunda yapılmış ve ticari ürün ile karşılaştırılmıştır. Örnekler, taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümü kızılötesi spektrometresi (FT-IR), X-Işını difraktometresi (XRD), X-Işını floresans spektrometresi (XRF) ve Termogravimetrik analiz (TGA) ile karakterize edilmiştir. Son bölümde, ATH ve MDH kullanılan formüllere farklı miktarlarda nano boyutlu Mg(OH)2 partikülleri eklenmiş; Limit Oksijen İndeksi (LOI) testi ve dikey yanma testi ile alev geciktirici performansları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Uzama ve çekme dayanımı gibi mekanik özellikler de incelenmiştir. ATH bazlı numunelerde maksimum %9, MDH bazlı numunelerde maksimum %10 oranında karıştırılan, 5-10 nm kalınlıkta ve yer yer uzunlukları 900 nm'ye ulaşan Mg(OH)2 partikülleri LOI değerleri; ATH bazlı numuneler için %26 ve MDH bazlı numuneler için %38 oranında artmıştır. Ancak nanopartikül katkısının artmasıyla mekanik özelliklerde yaşanan kayıplar dikkate alındığında, maksimum %5 oranda nano boyutlu Mg(OH)2 eklenebileceği görülmüştür. Bu durumda bile LOI değerleri ATH bazlı örneklerde %8,6 iken MDH bazlı örneklerde %26 oranında artmıştır.

Al(OH)3 (ATH) and Mg(OH)2 (MDH) like materials are frequently used as flame retardants due to their ability to form water and oxide-based substances under the influence of heat. In this study, it is aimed to produce cable insulations with improved flame retardant properties by synthesizing nano-sized Mg(OH)2 and using this material together with EVA (ethylene-vinyl-acetate) copolymer and micro-sized Al(OH)3 and Mg(OH)2 . The study can be divided into four parts. In the first part, the flame retardant properties of ATH and MDH were compared. In the second part, different raw materials were used for the synthesis of Mg(OH)2 nanoparticles; in the third part, the synthesis was carried out at factory scale and compared with the commercial product. The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR), X-Ray diffraction analysis (XRD), X-Ray fluorescence analysis (XRF) and Thermogravimetric analysis (TGA). In the last part, different amounts of nano-sized Mg(OH)2 particles were added to the formulas using both ATH and MDH; the effects on flame retardant performances were investigated by the Limiting Oxygen Index (LOI) test and the vertical burning test. Mechanical properties such as elongation and tensile strength were also studied. It has been observed that the synthesized Mg(OH)2 particles with a thickness of 5-10 nm and lengths reaching 900 nm, mixed in ATH based samples at a maximum rate of 9% and in MDH based samples at a maximum rate of 10%; LOI values increased by 26% for ATH based samples and 38% for MDH based samples. However, considering the losses in mechanical properties with the increase of nanoparticle additive, it has been seen that a maximum rate of 5% nano-sized Mg(OH)2 can be added. Even in this case, the LOI values increased by 8.6% in ATH based samples and 26% in MDH based samples.