مقدمهای بر مکانیسم بازدارنده شعله قطعات پلاستیکی ترمینال عایق
اثر ضد حریق قطعات پلاستیکی منحصر به فرد نیست، بلکه در مراحل مختلف احتراق (گرمایش، تجزیه، احتراق، پخش شدن) از طریق مسیرهای فیزیکی و شیمیایی نقش دارد. مکانیسمهای اصلی را میتوان به انواع زیر تقسیم کرد:
۱. مکانیسم بازدارنده شعله در فاز گازی (به دام انداختن رادیکالهای آزاد)
این یکی از مهمترین و کارآمدترین مکانیسمها است.
اصل: هنگامی که مواد ضد حریق در اثر گرما تجزیه میشوند، میتوانند مواد فعال (مانند رادیکالهای هالوژن X·) را آزاد کنند که رادیکالهای H· و HO· (گروه هیدروکسیل) را که واکنش زنجیرهای شعله را در واکنش احتراق حفظ میکنند، "به دام میاندازند" به طوری که غلظت آنها به شدت کاهش مییابد، به طوری که به طور موثر واکنش شیمیایی احتراق را قطع میکند.
بازدارندههای شعله معمولی:
بازدارندههای شعله هالوژن (برم، کلر): راندمان بالایی دارند، اما در هنگام احتراق دود زیادی تولید میکنند و ممکن است گازهای خورنده سمی (دیوکسینها و غیره) تولید کنند که در حال حاضر در برخی از زمینهها با الزامات حفاظت از محیط زیست بالا محدود شدهاند.
بازدارندههای شعله بدون هالوژن (مانند نیتروژن، بازدارندههای شعله متورم شونده فسفر-نیتروژن): گازهای غیرقابل احتراق مانند آمونیاک، نیتروژن و بخار آب در اثر تجزیه تولید میشوند و غلظت اکسیژن و گازهای قابل احتراق را رقیق میکنند و در عین حال رادیکالهای آزاد را نیز به دام میاندازند.
۲. مکانیسم بازدارنده شعله فاز متراکم (تشکیل لایه کربن)
اصول: مواد ضد حریق میتوانند باعث آبزدایی و کربنی شدن پلیمرها روی سطح شعله شوند و یک لایه کربنی متراکم و متخلخل تشکیل دهند. این لایه کربنی نقشهای متعددی ایفا میکند:
عایق: انتقال گرمای خارجی به پلیمر داخلی را مسدود میکند.
مانع اکسیژن: از خروج محصولات تجزیه قابل احتراق داخلی جلوگیری میکند و همچنین از ورود اکسیژن خارجی جلوگیری میکند.
لایه محافظ: از مواد زیرین در برابر قطرات مذاب محافظت میکند.
بازدارندههای شعله معمولی:
بازدارندههای شعله فسفری: مانند استرهای فسفات، فسفر قرمز. اسید فسفریک و اسید پلی متافسفیک در اثر گرما تشکیل میشوند که باعث آبزدایی پلیمرهای اکسیژندار (مانند PC و PET) و تبدیل آنها به کربن میشود.
سیستم بازدارنده شعله متورم شونده (IFR): از منبع اسید، منبع کربن و منبع گاز تشکیل شده است. هنگام گرم شدن، کف میکند و منبسط میشود و یک لایه کربن فوم متخلخل دهها برابر بزرگتر از ضخامت اولیه تشکیل میدهد که دارای عایق حرارتی عالی و اثر عایق اکسیژن است و فناوری اصلی بازدارنده شعله بدون هالوژن درجه یک است.
۳. مکانیسم خنککننده (خنککننده گرماگیر)
اصل: برخی از مواد ضد حریق هنگام تجزیه، گرمای زیادی (جذب گرمای بالا) جذب میکنند، در نتیجه دمای سطح ماده را کاهش داده و فرآیند تجزیه حرارتی پلیمرها را به تأخیر میاندازند.
بازدارندههای شعله معمولی:
هیدروکسیدهای فلزی: رایجترین هیدروکسیدهای فلزی، هیدروکسید آلومینیوم (ATH) و هیدروکسید منیزیم (MH) هستند. آنها با تجزیه و آزاد کردن بخار آب، گرمای زیادی جذب میکنند و گازهای قابل احتراق و اکسیژن را رقیق میکنند. این روش، سازگارترین روش با محیط زیست و بدون دود برای جلوگیری از شعلهور شدن است، اما به مقدار زیادی افزودنی (معمولاً > 50%) نیاز دارد که میتواند بر خواص مکانیکی و سیالیت فرآیندی ماده تأثیر بگذارد.
۴. قطرات و اثرات رقیقسازی
اثر قطره: برخی از مواد (مانند PA6/PA66 که ضد حریق نیستند) هنگام گرم شدن به سرعت ذوب شده و میچکند، گرما را با خود حمل میکنند و در نتیجه از ماده رویی محافظت میکنند. اما این غیرقابل کنترل و خطرناک است زیرا قطرات مذاب میتوانند شعلهها را حمل کرده و سایر اجزا را مشتعل کنند. یک سیستم ضد حریق خوب باید قطرات را سرکوب کند یا آنها را غیرقابل احتراق کند (قطرات محدود در درجه V-2 و کاملاً محدود در درجه V-0 مجاز هستند).
اثر رقیقسازی: تجزیه مواد ضد حریق، گازهای غیرقابل احتراق (مانند بخار آب، CO₂، N₂، NH₃ و غیره) تولید میکند که غلظت گازهای قابل احتراق و اکسیژن اطراف ماده را رقیق میکند.