نگهدارنده شعله کامپوزیت چیست؟

بازدارنده های شعله کامپوزیت یک کلاس پیشرفته از مواد را نشان می دهد که برای سرکوب ، کاهش یا تأخیر در احتراق مواد مختلف ، به ویژه پلیمرها و منسوجات طراحی شده است. بر خلاف مهارکننده های شعله یک جزء ، که به یک مکانیسم خاص متکی هستند ، مهارکننده های شعله کامپوزیت برای دستیابی به محافظت در برابر آتش سوزی و هم افزایی ، مواد افزودنی مقاوم در برابر شعله ، غالباً با حالت های مختلف عمل را ادغام می کنند. این رویکرد امکان مهار جامع تر و کارآمدتر از فرآیند احتراق ، پرداختن به مراحل مختلف آتش سوزی ، از احتراق اولیه گرفته تا گسترش شعله و تولید دود را فراهم می کند.

محدودیت های بازدارنده های شعله تک جزء

قبل از اینکه به کامپوزیت ها بپردازید ، درک این مسئله مهم است که چرا آنها ضروری شدند. مهارکننده های سنتی شعله ، در حالی که تا حدی مؤثر هستند ، اغلب با محدودیت هایی روبرو هستند:

• مکانیسم محدود: یک افزودنی واحد ممکن است در فاز گاز به خوبی کار کند (به عنوان مثال ، با آزاد کردن گازهای غیر قابل کنترل) اما در مرحله چگالش کمتر مؤثر است (به عنوان مثال ، با تشکیل کاراکتر).

• سطح بارگیری بالا: دستیابی به عقب ماندگی شعله کافی با یک افزودنی واحد ، اغلب به میزان بارگذاری بالایی نیاز دارد ، که می تواند بر خصوصیات مکانیکی ، پردازش و هزینه آن تأثیر منفی بگذارد.

• نگرانی های زیست محیطی: برخی از مهارکننده های سنتی شعله ، به ویژه ترکیبات هالوژنه شده ، نگرانی های زیست محیطی و بهداشتی را ایجاد کرده اند و منجر به فشار برای گزینه های پایدارتر می شوند.

• برنامه های خاص: یک مهار کننده شعله مؤثر برای یک پلیمر ممکن است به دلیل متفاوت بودن مسیرهای تخریب حرارتی برای دیگری مناسب نباشد.

هم افزایی سیستم های کامپوزیت

نگهبانان شعله کامپوزیت با استفاده از این محدودیت ها بر این محدودیت ها غلبه می کنند هم افزایی ، جایی که اثر ترکیبی از مهارکننده های شعله چندگانه از مجموع اثرات فردی آنها بیشتر است. این هم افزایی می تواند از چند طریق آشکار شود:

• مکانیسم های مکمل: مواد افزودنی مختلف می توانند مراحل مختلف فرآیند احتراق را هدف قرار دهند. به عنوان مثال ، یکی از مؤلفه ها ممکن است در مرحله چگالش تشکیل کاراکتر را ارتقا بخشد ، در حالی که دیگری گازهای غیر قابل احتراق را در فاز گاز منتشر می کند.

• کاهش بارگذاری: با توجه به اثرات هم افزایی ، سطح بارگذاری کل در مقارف شعله اغلب می تواند حاصل شود و اثرات جانبی بر روی خصوصیات مواد را به حداقل می رساند.

• طیف گسترده تری از محافظت: کامپوزیت ها می توانند طیف وسیع تری از حفاظت از آتش ، از جمله کاهش میزان انتشار گرما ، تأخیر در زمان احتراق ، کاهش تولید دود و بهبود باقیمانده کاراکتر را ارائه دهند.

• راه حل های متناسب: امکان ترکیب نگهدارنده های مختلف شعله امکان ایجاد راه حل های بسیار سفارشی برای مواد و برنامه های خاص را فراهم می کند و به نیازهای منحصر به فرد ایمنی در برابر آتش می پردازد.

مکانیسم های کلیدی در عقب ماندگی شعله کامپوزیت

بازدارنده های شعله کامپوزیت به طور معمول مؤلفه هایی را شامل می شوند که از طریق یک یا چند مکانیسم زیر کار می کنند:

• مکانیسم های فاز متراکم:

  • شکل گیری کاراکتر: مواد افزودنی مانند ترکیبات مبتنی بر فسفر ، سیستم های داخل بدن و پرکننده های معدنی خاص باعث تشکیل یک لایه کاراکتر پایدار و غیر قابل اعتماد بر روی سطح مواد می شوند. این کاراکتر به عنوان یک سد فیزیکی عمل می کند و مواد زیرین را از گرما و اکسیژن عایق می کند و از فرار محصولات بی ثبات قابل اشتعال جلوگیری می کند.

  • اثر خنک کننده: برخی از پرکننده های معدنی ، مانند هیدروکسید آلومینیوم (ATH) یا هیدروکسید منیزیم (MDH) ، پس از گرم شدن ، به طور دکتری تجزیه می شوند و بخار آب را آزاد می کنند که مواد سوزاننده را خنک می کند و گازهای قابل اشتعال را رقیق می کند.

• مکانیسم های فاز گاز:

  • خاموش کردن رادیکال: برخی از ذخایر شعله ، مانند برخی از ترکیبات هالوژنه (هرچند که اکنون به دلیل نگرانی های زیست محیطی کمتر مورد علاقه قرار می گیرند) ، رادیکال های هالوژن را آزاد می کنند که در واکنش های زنجیره ای رادیکال آزاد در شعله دخالت می کنند ، به طور موثری آتش را خاموش می کنند. در حالی که در کامپوزیت های مدرن "سبز" کمتر رایج است ، برخی از ترکیبات فسفر نیز می توانند فعالیت فاز گاز را نشان دهند.

  • رقت: انتشار گازهای غیر قابل احتراق (به عنوان مثال ، بخار آب ، دی اکسید کربن) از تجزیه بازدارنده های شعله ، غلظت گازهای قابل اشتعال و اکسیژن در منطقه شعله را رقیق می کند و مانع احتراق می شود.

• مکانیسم های فیزیکی:

  • تشکیل مانع: همانطور که با کاراک ذکر شد ، موانع فیزیکی می توانند از انتقال گرما و جرم جلوگیری کنند.

  • تقویت ویسکوزیته ذوب: برخی از مواد افزودنی می توانند ویسکوزیته پلیمرهای ذوب را افزایش داده و از چکه شدن و گسترش بیشتر شعله های آتش جلوگیری می کنند.

ترکیبات و نمونه های مشترک

طراحی مهارکننده های شعله کامپوزیت شامل انتخاب دقیق قطعات بر اساس ماتریس پلیمری ، سطح عقب ماندگی شعله مورد نظر و الزامات خاص برنامه است. برخی از ترکیبات مشترک شامل موارد زیر است:

• پرکننده های معدنی سیستم های داخل بدن: بازدارنده های شعله intumescent (IFRS) ، که به طور معمول شامل یک منبع اسیدی ، منبع کربن و ماده دمنده است ، هنگام گرم شدن یک لایه کاراکتر کف تشکیل می دهد. ترکیب IFRS با پرکننده های معدنی مانند ATH یا MDH می تواند هم یکپارچگی و هم اثرات خنک کننده را تقویت کند.

• ترکیبات مبتنی بر فسفر ترکیبات مبتنی بر نیتروژن: ترکیبات فسفر (به عنوان مثال ، فسفر قرمز ، پلی فسفات آمونیوم) در درجه اول باعث ایجاد کاراکتر می شوند ، در حالی که ترکیبات نیتروژن (به عنوان مثال ، مشتقات ملامین) می توانند به ثبات کاراکتر و رقیق فاز گاز کمک کنند.

• هم افزایی هیدروکسیدهای مضاعف (LDH): LDH ها می توانند به عنوان دستگاه های اسراء رادیکال و مروج کاراکتر عمل کنند. آنها غالباً با سایر مهارکننده های شعله ترکیب می شوند تا اثربخشی کلی آنها را تقویت کنند.

• نانوکامپوزیت ها: ترکیب نانوذرات (به عنوان مثال ، خاک رس ، نانولوله های کربن ، گرافن) در یک ماتریس پلیمری می تواند به طور قابل توجهی عقب ماندگی شعله را بهبود بخشد ، حتی در سطح بارگیری کم. این نانوذرات می توانند به عنوان موانع فیزیکی عمل کنند ، تشکیل کاراکتر را تقویت کرده و ثبات حرارتی را بهبود بخشند. هنگامی که با رکودان شعله سنتی ترکیب می شوند ، می توانند سیستم های کامپوزیتی بسیار کارآمد ایجاد کنند.

مزایا و چالش ها

مزایای نگهدارنده شعله کامپوزیت:

• ایمنی آتش سوزی پیشرفته: عقب ماندگی شعله برتر در مقایسه با سیستم های تک جزء.

• کاهش سطح بارگیری: تأثیرات منفی را بر روی خصوصیات و هزینه مواد به حداقل می رساند.

• تطبیق پذیری: سازگار با طیف گسترده ای از پلیمرها و برنامه های کاربردی.

• دوستی محیطی: توسعه راه حل های بدون هالوژن و پایدارتر را تسهیل می کند.

• چند منظوره: می تواند به پارامترهای مختلف آتش سوزی (به عنوان مثال ، انتشار گرما ، دود ، چکه شدن) بپردازد.

چالش در مهارکننده های شعله کامپوزیت:

• سازگاری: اطمینان از پراکندگی خوب و سازگاری بین اجزای مختلف نگهدارنده شعله و ماتریس پلیمر می تواند چالش برانگیز باشد. سازگاری ضعیف می تواند منجر به کاهش خواص مکانیکی شود.

• هزینه: توسعه و ساخت سیستم های کامپوزیت می تواند پیچیده تر و پرهزینه تر از استفاده از مواد افزودنی منفرد باشد.

• ثبات طولانی مدت: عملکرد بلند مدت و ثبات سیستم های کامپوزیت باید به طور کامل ارزیابی شود.

• پردازش: ترکیب مواد افزودنی متعدد گاهی اوقات می تواند پردازش پلیمر را پیچیده کند.

• چشم انداز نظارتی: پیمایش مقررات در حال تحول در مورد مواد شیمیایی عقب مانده شعله نیاز به تحقیق و توسعه مداوم دارد.

پایان

بازدارنده های شعله کامپوزیت نمایانگر لبه برش در فناوری ایمنی آتش سوزی است. آنها با ترکیب استراتژیک افزودنی های مختلفی که به صورت هم افزایی کار می کنند ، راه حل های بسیار مؤثر ، همه کاره و اغلب پایدار برای محافظت از مواد در برابر آتش ارائه می دهند. از آنجا که تقاضا برای افزایش ایمنی در برابر آتش در صنایع مختلف در حال رشد است ، توسعه سیستم های پیشرفته شعله کامپوزیت بدون شک نقش مهمی در حفظ زندگی و دارایی خواهد داشت. این تحقیقات مداوم بر کشف ترکیبات هم افزایی جدید ، کاوش در بازرگانان شعله زیستی و پایدار و بهینه سازی ادغام آنها در مواد پیشرفته متمرکز شده است. $ $