Giới thiệu về cơ chế chống cháy của các thành phần nhựa cách điện ở đầu cực

Tác dụng chống cháy của các bộ phận bằng nhựa không phải là đơn lẻ, mà đóng vai trò trong các giai đoạn khác nhau của quá trình cháy (gia nhiệt, phân hủy, bắt lửa, lan truyền) thông qua các con đường vật lý và hóa học. Các cơ chế chính có thể được chia thành các loại sau:
1. Cơ chế chống cháy ở pha khí (bẫy các gốc tự do)
Đây là một trong những cơ chế quan trọng và hiệu quả nhất.
Nguyên lý: Khi chất chống cháy bị phân hủy bởi nhiệt, chúng có thể giải phóng các chất hoạt tính (như gốc halogen X·), các chất này sẽ "bẫy" các gốc H· và HO· (nhóm hydroxyl) duy trì phản ứng dây chuyền cháy trong phản ứng đốt cháy, làm cho nồng độ của chúng giảm mạnh, từ đó ngăn chặn hiệu quả phản ứng hóa học của quá trình đốt cháy.

Các chất chống cháy điển hình:
Các chất chống cháy halogen (brom, clo): hiệu quả cao, nhưng tạo ra nhiều khói trong quá trình cháy, có thể sinh ra khí độc hại ăn mòn (dioxin, v.v.), hiện đang bị hạn chế trong một số lĩnh vực có yêu cầu bảo vệ môi trường cao.
Các chất chống cháy không chứa halogen (như nitơ, chất chống cháy trương nở phốt pho-nitơ): Các khí không cháy như amoniac, nitơ và hơi nước được tạo ra do quá trình phân hủy, làm loãng nồng độ oxy và khí dễ cháy, đồng thời giữ lại các gốc tự do.

2. Cơ chế chống cháy ở pha ngưng tụ (sự hình thành lớp carbon)
Nguyên lý: Chất chống cháy có thể thúc đẩy quá trình khử nước và cacbon hóa các polyme trên bề mặt ngọn lửa, tạo thành một lớp cacbon dày đặc và xốp. Lớp cacbon này đóng nhiều vai trò:
Cách nhiệt: Ngăn chặn sự truyền nhiệt từ bên ngoài vào bên trong lớp polymer.
Rào chắn oxy: ngăn các sản phẩm phân hủy dễ cháy bên trong thoát ra ngoài, đồng thời cách ly oxy từ bên ngoài xâm nhập.
Lớp chắn: Bảo vệ vật liệu bên dưới khỏi các giọt kim loại nóng chảy.
Các chất chống cháy điển hình:
Các chất chống cháy chứa phốt pho: chẳng hạn như este photphat, phốt pho đỏ, axit photphoric và axit polymetaphosphic được hình thành bằng nhiệt, thúc đẩy quá trình khử nước của các polyme chứa oxy (như PC và PET) thành cacbon.
Hệ thống chống cháy trương nở (IFR): Hệ thống này bao gồm nguồn axit, nguồn carbon và nguồn khí. Khi bị nung nóng, nó tạo bọt và giãn nở, tạo thành một lớp carbon xốp có độ dày gấp hàng chục lần so với ban đầu, có hiệu quả cách nhiệt và cách ly oxy tuyệt vời, và là công nghệ chủ đạo của chất chống cháy cao cấp không chứa halogen.

3. Cơ chế làm mát (làm mát thu nhiệt)
Nguyên lý: Một số chất chống cháy hấp thụ rất nhiều nhiệt (khả năng hấp thụ nhiệt cao) khi phân hủy, do đó làm giảm nhiệt độ bề mặt vật liệu và làm chậm quá trình phân hủy nhiệt của polyme.
Các chất chống cháy điển hình:
Các hydroxit kim loại: Được sử dụng phổ biến nhất là nhôm hydroxit (ATH) và magie hydroxit (MH). Chúng hấp thụ rất nhiều nhiệt khi phân hủy và giải phóng hơi nước, làm loãng khí dễ cháy và oxy. Đây là phương pháp chống cháy thân thiện với môi trường nhất, không khói, nhưng cần lượng thêm vào cao (thường > 50%), điều này có thể ảnh hưởng đến các tính chất cơ học và độ lưu động khi gia công của vật liệu.

4. Giọt bắn và hiệu ứng pha loãng
Hiệu ứng giọt chảy: Một số vật liệu (như PA6/PA66 không chống cháy) tan chảy và nhỏ giọt nhanh chóng khi bị nung nóng, mang theo nhiệt và do đó bảo vệ vật liệu phía trên. Nhưng điều này không thể kiểm soát được và nguy hiểm vì các giọt nóng chảy có thể mang theo ngọn lửa để đốt cháy các thành phần khác. Một hệ thống chống cháy tốt nên ngăn chặn sự hình thành giọt chảy, hoặc làm cho chúng không bắt lửa (cho phép một lượng giọt chảy hạn chế ở cấp V-2, và bị hạn chế nghiêm ngặt ở cấp V-0).
Hiệu ứng pha loãng: Sự phân hủy chất chống cháy tạo ra các khí không cháy (như hơi nước, CO₂, N₂, NH₃, v.v.), làm giảm nồng độ các khí dễ cháy và oxy xung quanh vật liệu.