Introduksjon til flammehemmende mekanisme for isolerende terminalplastkomponenter

Den flammehemmende effekten av plastdeler er ikke enkeltstående, men spiller en rolle i ulike stadier av forbrenning (oppvarming, nedbrytning, antennelse, spredning) gjennom fysiske og kjemiske veier. Hovedmekanismene kan deles inn i følgende typer:
1. Flammehemmende mekanisme i gassfase (fangst av frie radikaler)
Dette er en av de viktigste og mest effektive mekanismene.
Prinsipp: Når flammehemmere brytes ned av varme, kan de frigjøre aktive stoffer (som halogenradikaler X·), som vil "fange" H·- og HO·-radikalene (hydroksylgruppen) som opprettholder flammekjedereaksjonen i forbrenningsreaksjonen, slik at konsentrasjonen faller kraftig, og dermed effektivt avbryter den kjemiske reaksjonen under forbrenningen.

Typiske flammehemmere:
Halogenflammehemmere (brom, klor): høy effektivitet, men mye røyk under forbrenning, kan produsere giftige etsende gasser (dioksiner, etc.), for tiden begrenset i noen felt med høye miljøvernkrav.
Halogenfrie flammehemmere (som nitrogen, fosfor-nitrogen-intumescerende flammehemmere): Ikke-brennbare gasser som ammoniakk, nitrogen og vanndamp produseres ved nedbrytning, fortynning av oksygen og brennbare gasskonsentrasjoner, samtidig som de fanger frie radikaler.

2. Flammehemmende mekanisme i kondensert fase (dannelse av karbonlag)
Prinsipp: Flammehemmere kan fremme dehydrering og karbonisering av polymerer på flammens overflate, og danne et tett og porøst karbonlag. Dette karbonlaget spiller flere roller:
Isolasjon: Blokkerer overføring av ekstern varme til den indre polymeren.
Oksygenbarriere: forhindrer at interne brennbare nedbrytningsprodukter slipper ut, og isolerer også eksternt oksygen fra å komme inn.
Barrierelag: Beskytter det underliggende materialet mot smeltedråper.
Typiske flammehemmere:
Fosforflammehemmere: som fosfatestere, rødt fosfor, fosforsyre og polymetafosfinsyre dannes av varme, noe som fremmer dehydrering av oksygenerte polymerer (som PC og PET) til karbon.
Intumescerende flammehemmende system (IFR): Det består av en syrekilde, en karbonkilde og en gasskilde. Når det varmes opp, skummer det og utvider seg, og danner et porøst skumkarbonlag som er dusinvis av ganger større enn den opprinnelige tykkelsen, noe som har utmerket varmeisolasjon og oksygenisolerende effekt, og er den vanlige teknologien for avanserte halogenfrie flammehemmere.

3. Kjølemekanisme (endotermisk kjøling)
Prinsipp: Noen flammehemmere absorberer mye varme (høy varmeabsorpsjon) ved nedbrytning, og reduserer dermed temperaturen på materialoverflaten og forsinker den termiske nedbrytningsprosessen til polymerer.
Typiske flammehemmere:
Metallhydroksider: De mest brukte er aluminiumhydroksid (ATH) og magnesiumhydroksid (MH). De absorberer mye varme når de dekomponerer og frigjør vanndamp, noe som fortynner brennbare gasser og oksygen. Dette er den mest miljøvennlige, røykfrie flammehemmende metoden, men krever en høy mengde tilsetning (vanligvis > 50 %), noe som kan påvirke materialets mekaniske egenskaper og prosesseringsflyt.

4. Dråper og fortynningseffekter
Dråpeeffekt: Noen materialer (som ikke-flammehemmende PA6/PA66) smelter og drypper raskt når de varmes opp, og fører dermed bort varme og beskytter dermed materialet over. Men dette er ukontrollerbart og farlig fordi de smeltede dråpene kan føre med seg flammer som antenner andre komponenter. Et godt flammehemmende system bør undertrykke dråper, eller gjøre dem ikke-brennbare (begrensede dråper er tillatt i grad V-2, og strengt begrenset i grad V-0).
Fortynningseffekt: Nedbrytningen av flammehemmere produserer ikke-brennbare gasser (som vanndamp, CO₂, N₂, NH₃ osv.), som fortynner konsentrasjonen av brennbare gasser og oksygen rundt materialet.