Uvod u mehanizam usporavanja plamena izolacijskih plastičnih komponenti terminala

Učinak usporavanja plamena plastičnih dijelova nije samostalan, već igra ulogu u različitim fazama sagorijevanja (zagrijavanje, razgradnja, paljenje, širenje) kroz fizičke i hemijske puteve. Glavni mehanizmi mogu se podijeliti na sljedeće tipove:
1. Mehanizam usporavanja plamena u gasnoj fazi (hvatanje slobodnih radikala)
Ovo je jedan od najvažnijih i najefikasnijih mehanizama.
Princip: Kada se usporivači gorenja razgrade toplotom, mogu osloboditi aktivne supstance (kao što su halogeni radikali X·), koji će "zarobiti" radikale H· i HO· (hidroksilna grupa) koji održavaju lančanu reakciju plamena u reakciji sagorijevanja, tako da njihova koncentracija naglo opada, kako bi se efikasno prekinula hemijska reakcija sagorijevanja.

Tipični usporivači plamena:
Halogeni usporivači gorenja (brom, hlor): visoka efikasnost, ali velika količina dima tokom sagorijevanja, mogu proizvesti otrovne korozivne gasove (dioksine, itd.), trenutno ograničeni u nekim oblastima sa visokim zahtjevima za zaštitu okoliša.
Usporivači gorenja bez halogena (kao što su dušik, fosfor-dušik intumescentni usporivači gorenja): Nezapaljivi plinovi poput amonijaka, dušika i vodene pare nastaju razgradnjom, razrjeđivanjem kisika i koncentracija zapaljivih plinova, a istovremeno hvataju slobodne radikale.

2. Mehanizam usporavanja plamena kondenzovane faze (formiranje sloja ugljika)
Princip: Usporivači gorenja mogu potaknuti dehidraciju i karbonizaciju polimera na površini plamena, formirajući gusti i porozni sloj ugljika. Ovaj sloj ugljika igra višestruke uloge:
Izolacija: Blokira prenos vanjske topline na unutrašnji polimer.
Kiseonička barijera: sprječava izlazak unutrašnjih zapaljivih produkata raspadanja, a također izolira ulazak vanjskog kisika.
Barijerni sloj: Štiti podložni materijal od kapljica rastopljenog materijala.
Tipični usporivači plamena:
Fosforni usporivači gorenja: kao što su fosfatni esteri, crveni fosfor, fosforna kiselina i polimetafosfna kiselina nastaju zagrijavanjem, što potiče dehidraciju oksigeniranih polimera (kao što su PC i PET) u ugljik.
Intumescentni sistem za usporavanje plamena (IFR): Sastoji se od izvora kiseline, izvora ugljika i izvora plina. Kada se zagrijava, pjeni se i širi, formirajući porozni sloj pjenastog ugljika desetine puta veći od originalne debljine, koji ima odličan učinak toplinske izolacije i izolacije kisika, te je glavna tehnologija vrhunskih usporivača plamena bez halogena.

3. Mehanizam hlađenja (endotermno hlađenje)
Princip: Neki usporivači gorenja apsorbiraju mnogo topline (visoka apsorpcija topline) prilikom raspadanja, čime smanjuju temperaturu površine materijala i odgađaju proces termičke razgradnje polimera.
Tipični usporivači plamena:
Metalni hidroksidi: Najčešće korišteni su aluminijev hidroksid (ATH) i magnezijev hidroksid (MH). Oni apsorbiraju mnogo topline dok se razgrađuju i oslobađaju vodenu paru, razrjeđujući zapaljive plinove i kisik. Ovo je ekološki najprihvatljivija metoda usporavanja plamena bez dima, ali zahtijeva veliku količinu dodavanja (obično > 50%), što može utjecati na mehanička svojstva i fluidnost materijala prilikom obrade.

4. Kapljice i efekti razrjeđivanja
Efekat kapljica: Neki materijali (kao što je PA6/PA66 koji nije usporivač plamena) se tope i brzo kapaju kada se zagriju, odnoseći toplinu i na taj način štiteći materijal iznad. Ali to je nekontrolirano i opasno jer rastopljene kapljice mogu nositi plamen i zapaliti druge komponente. Dobar sistem usporavanja plamena trebao bi suzbiti kapljice ili ih učiniti nezapaljivim (ograničene kapljice su dozvoljene u razredu V-2, a strogo ograničene u razredu V-0).
Efekat razrjeđivanja: Razgradnja usporivača gorenja proizvodi nezapaljive gasove (kao što su vodena para, CO₂, N₂, NH₃ itd.), razrjeđujući koncentraciju zapaljivih gasova i kisika oko materijala.