Introducció al mecanisme ignífug dels components plàstics terminals aïllants

L'efecte ignífug de les peces de plàstic no és singular, sinó que juga un paper en diferents etapes de la combustió (escalfament, descomposició, ignició, propagació) a través de vies físiques i químiques. Els principals mecanismes es poden dividir en els següents tipus:
1. Mecanisme ignífug en fase gasosa (atrapament de radicals lliures)
Aquest és un dels mecanismes més importants i eficients.
Principi: Quan els retardants de flama es descomponen per la calor, poden alliberar substàncies actives (com ara radicals halògens X·), que "atraparan" els radicals H· i HO· (grup hidroxil) que mantenen la reacció en cadena de la flama en la reacció de combustió, de manera que la seva concentració disminueix bruscament, per tal d'interrompre eficaçment la reacció química de la combustió.

Retardants de flama típics:
Retardants de flama halògens (brom, clor): alta eficiència, però gran quantitat de fum durant la combustió, poden produir gasos corrosius tòxics (dioxines, etc.), actualment limitats en alguns camps amb alts requisits de protecció ambiental.
Retardants de flama lliures d'halògens (com ara nitrogen, retardants de flama intumescents de fòsfor-nitrogen): els gasos no combustibles com l'amoníac, el nitrogen i el vapor d'aigua es produeixen per descomposició, diluint les concentracions d'oxigen i gas combustible, alhora que atrapen els radicals lliures.

2. Mecanisme ignífug de fase condensada (formació de capa de carboni)
Principi: Els retardants de flama poden promoure la deshidratació i la carbonització dels polímers a la superfície de la flama, formant una capa de carboni densa i porosa. Aquesta capa de carboni té múltiples funcions:
Aïllament: Bloqueja la transferència de calor externa al polímer intern.
Barrera d'oxigen: evita que els productes de descomposició combustibles interns s'escapin i també aïlla l'oxigen extern de l'entrada.
Capa de barrera: Protegeix el material subjacent de les gotes de fusió.
Retardants de flama típics:
Retardants de flama de fòsfor: com ara èsters de fosfat, fòsfor vermell, l'àcid fosfòric i l'àcid polimetafosfòric es formen per calor, que promou la deshidratació de polímers oxigenats (com ara PC i PET) en carboni.
Sistema ignífug intumescent (IFR): Està compost per una font d'àcid, una font de carboni i una font de gas. Quan s'escalfa, fa escuma i s'expandeix, formant una capa porosa de carboni escumós desenes de vegades més gran que el gruix original, que té un excel·lent aïllament tèrmic i efecte d'aïllament d'oxigen, i és la tecnologia principal de retardant de flama sense halògens d'alta gamma.

3. Mecanisme de refredament (refredament endotèrmic)
Principi: Alguns retardants de flama absorbeixen molta calor (alta absorció de calor) durant la descomposició, reduint així la temperatura de la superfície del material i retardant el procés de descomposició tèrmica dels polímers.
Retardants de flama típics:
Hidròxids metàl·lics: Els més utilitzats són l'hidròxid d'alumini (ATH) i l'hidròxid de magnesi (MH). Absorbeixen molta calor a mesura que es descomponen i alliberen vapor d'aigua, diluint els gasos combustibles i l'oxigen. Aquest és el mètode ignífug més respectuós amb el medi ambient i sense fum, però requereix una gran quantitat d'addició (normalment > 50%), cosa que pot afectar les propietats mecàniques i la fluïdesa de processament del material.

4. Gotes i efectes de dilució
Efecte de gota: Alguns materials (com ara el PA6/PA66 no ignífug) es fonen i degoten ràpidament quan s'escalfen, arrossegant la calor i protegint així el material que hi ha a sobre. Però això és incontrolable i perillós perquè les gotes foses poden transportar flames per encendre altres components. Un bon sistema ignífug hauria de suprimir les gotes o fer-les no combustibles (es permeten gotes limitades en el grau V-2 i estrictament limitades en el grau V-0).
Efecte de dilució: La descomposició dels retardants de flama produeix gasos no combustibles (com ara vapor d'aigua, CO₂, N₂, NH₃, etc.), diluint la concentració de gasos combustibles i oxigen al voltant del material.