مستربچ‌های مقاوم در برابر شعله برای ترموپلاستیک‌ها

مستربچ‌های مقاوم در برابر شعله (FR) مخلوط‌های غلیظی از افزودنی‌های مقاوم در برابر آتش هستند که درون یک رزین حامل محصور شده‌اند. آن‌ها در طول فرآیند تولید - مانند قالب‌گیری تزریقی یا اکستروژن - به پلیمرهای خام اضافه می‌شوند تا احتراق را به تأخیر بیندازند، گسترش شعله را کند کنند و تولید دود را کاهش دهند.

مواد ترموپلاستیک به طور طبیعی مستعد سوختن هستند زیرا مانند اکثر مواد مبتنی بر هیدروکربن، به محض قرار گرفتن در معرض حرارت کافی، به راحتی مشتعل می‌شوند. در طول احتراق، گرما زنجیره‌های مولکولی طولانی آنها را به هیدروکربن‌های فرار به همراه رادیکال‌های هیدروژن و هیدروکسیل تجزیه می‌کند. این فرآورده‌های جانبی پرانرژی به سرعت با اکسیژن واکنش می‌دهند و گرمای بیشتری تولید می‌کنند و به شعله‌ها اجازه انتشار می‌دهند.

برای مقابله با این،, افزودنی‌های ضد حریق در پلیمرهایی مانند پلی اولفین‌ها، پلی کربنات، پلی آمید و پلی استر گنجانده شده‌اند. عملکرد آنها کاهش خطر احتراق، کند کردن انتشار شعله، جلوگیری از تشکیل دود و به حداقل رساندن چکه کردن است. هدف اصلی، به تأخیر انداختن سوختن به اندازه کافی برای محافظت از افراد در صورت آتش‌سوزی است، و مزیت دیگر آن کاهش خسارت مالی است.

پلاستیک‌های مقاوم در برابر شعله به طور گسترده در محیط‌های روزمره - خانه‌ها، دفاتر، وسایل نقلیه، حمل و نقل عمومی، الکترونیک و تجهیزات صنعتی - مورد استفاده قرار می‌گیرند. بسیاری از بازارها و محصولات تحت قوانین سختگیرانه ساختمان‌سازی و استانداردهای صنعتی به آنها نیاز دارند. نمونه‌هایی از جمله پارچه‌های ساختمانی، مواد عایق، بنرها، سقف، فضای داخلی خودرو، قطعات هواپیما، صندلی‌ها، روکش تشک، محفظه‌های الکترونیکی، سیم‌کشی، کابل‌های برق، تونل‌ها و موارد دیگر.

نحوه عملکرد بازدارنده‌های شعله

آتش به سه عنصر نیاز دارد: منبع سوخت، اکسیژن و گرما. مواد ضد حریق با یک یا چند جزء از این مثلث، چه از نظر فیزیکی و چه از نظر شیمیایی، تداخل ایجاد می‌کنند.

مکانیسم‌های فیزیکی عبارتند از:

خنک کردن زیرلایه تا دمایی پایین‌تر از دمای احتراق آن
ایجاد یک مانع (جامد یا گاز) برای جلوگیری از ورود اکسیژن
انتشار گازهای بی‌اثر که بخارات قابل احتراق را رقیق می‌کنند

مکانیسم‌های شیمیایی عبارتند از:

قطع واکنش‌های رادیکال آزاد فاز گازی
تشویق به تشکیل یک لایه زغال غنی از کربن که پلیمر را عایق می‌کند

بازدارنده‌های شعله تجاری که امروزه بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند شامل ترکیبات هالوژنه، افزودنی‌های مبتنی بر فسفر و اکسیدهای فلزی مختلف هستند.

نوع	ویژگی‌ها	کاربردهای معمول
هالوژنه	بسیار مؤثر و مقرون به صرفه؛ معمولاً حاوی برم یا کلر است.	قطعات خودرو، محفظه‌های الکترونیکی، فیلم‌های PE و غیره.
بدون هالوژن	سازگار با محیط زیست؛ از فسفر، نیتروژن یا هیدروکسیدهای فلزی برای جلوگیری از دود سمی استفاده می‌کند.	فضای داخلی حمل و نقل عمومی، مصالح ساختمانی سبز، لوازم الکترونیکی مصرفی، فیلم PET و غیره.
مختص اپراتور	برای رزین‌های خاص مانند پلی‌اتیلن (PE)، پلی‌پروپیلن (PP)، پلی‌آمید (نایلون) یا پلی‌کربنات (PC)، پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) فرموله شده است.	لوله‌های برق، مهارهای سیم‌کشی، محفظه‌های باتری لیتیومی.

بازدارنده‌های شعله مبتنی بر هالوژن

ترکیبات هالوژن آلی - به ویژه انواع برومینه شده - پرکاربردترین مواد ضد حریق پلاستیک هستند. آنها با خنثی کردن رادیکال‌های پرانرژی دخیل در احتراق، گازهای سوختی آزاد شده را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند.

بازدارنده‌های شعله برومینه‌شده، ارزش هزینه به عملکرد بسیار خوبی ارائه می‌دهند. آن‌ها معمولاً به سطوح بارگذاری کمتری نسبت به هیدروکسیدهای فلزی مانند ATH یا هیدروکسید منیزیم نیاز دارند و یکپارچگی مکانیکی خوبی را در پلیمر حفظ می‌کنند. فرآیندپذیری آسان آن‌ها، آن‌ها را به ویژه برای فیلم‌های پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن مناسب می‌کند.

مواد ضد حریق کلردار نیز رایج هستند و معمولاً به صورت پارافین‌های کلردار یا ساختارهای سیکلوآلیفاتیک عرضه می‌شوند. اگرچه از انواع بروم‌دار ارزان‌تر و در برابر تخریب نوری مقاوم‌تر هستند، اما از نظر حرارتی پایداری کمتری دارند و ممکن است در طول فرآیند خورنده‌تر باشند. افزودنی‌های کلردار سیکلوآلیفاتیک در دماهای بالاتر - تا حدود 320 درجه سانتیگراد - نسبت به گریدهای پارافین مقاومت می‌کنند.

هر دو ماده‌ی بازدارنده‌ی شعله‌ی برومینه و کلرینه نیاز دارند سینرژیست‌ها, مانند تری اکسید آنتیموان، بورات روی یا مولیبدات روی. سینرژیست‌ها با تشکیل ترکیباتی (مثلاً تری‌هالیدهای آنتیموان) که سرکوب رادیکال‌ها را بهبود می‌بخشند، عمل می‌کنند و اثربخشی بازدارنده شعله هالوژنه را افزایش می‌دهند.

در حالی که برخی از ترکیبات برومینه با بررسی‌های دقیق مواجه شده‌اند، بررسی‌های اتحادیه اروپا - از جمله مطالعاتی که در سال ۲۰۰۵ به آنها اشاره شد - دکابرومودیفنیل اتر (دکابروم) تجاری را برای سلامت انسان بی‌خطر دانسته و آن را از محدودیت‌های RoHS معاف کرده‌اند.

بازدارنده‌های شعله غیر هالوژنی

بازدارنده‌های شعله غیر هالوژنه به دو دسته تقسیم می‌شوند: تشکیل دهنده های زغال پایه فسفر و افزودنی‌های گرماگیر اکسید فلزی.

بازدارنده‌های شعله بر پایه فسفر

ترکیبات فسفر آلی و معدنی به چندین روش عمل می‌کنند:

خنثی سازی رادیکال های احتراق در فاز بخار
آزاد شدن اسید فسفریک تحت حرارت، که تجزیه پلیمر را تغییر می‌دهد
افزایش تشکیل زغال برای جلوگیری از دسترسی اکسیژن و گرما

اگرچه افزودنی‌های فسفر بسیار مؤثر هستند، اما ممکن است در دماهای اکستروژن بالاتر از ۴۰۰ درجه فارنهایت (≈۲۰۴ درجه سانتیگراد) تخریب شوند و به طور بالقوه بر خواص پلیمر تأثیر بگذارند یا به تجهیزات فرآیندی آسیب برسانند.

هیدروکسیدهای فلزی

تری هیدرات آلومینیوم (ATH) و هیدروکسید منیزیم رایج‌ترین گزینه‌های بدون هالوژن هستند.

آث در دمای ۱۸۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد تجزیه می‌شود، گرما را جذب می‌کند و اکسید آلومینیوم تشکیل می‌دهد. این ماده ارزان و به طور طبیعی فراوان است، اما استفاده از آن به دماهای پایین‌تر پردازش محدود می‌شود.
هیدروکسید منیزیم در دمای حدود ۳۰۰ درجه سانتیگراد تجزیه می‌شود و الزامات سختگیرانه نظارتی را برآورده می‌کند. با این حال، هر دو ماده نیاز به بارگذاری بالا - گاهی تا ۶۵۱TP3T - دارند که می‌تواند بر استحکام مکانیکی و فرآیندپذیری تأثیر منفی بگذارد.

سایر مواد شیمیایی مقاوم در برابر شعله شامل ترکیبات بور، ملامین، آمونیوم سولفامات و فناوری‌های نوظهور مانند نانورس‌ها و افزودنی‌های مبتنی بر سیلیکون هستند که هدف آنها ارائه محافظت در برابر شعله با سطوح افزودنی کمتر است.

فرمولاسیون مستربچ‌های مقاوم در برابر شعله

مستربچ‌های مقاوم در برابر شعله معمولاً به گونه‌ای مهندسی می‌شوند که با رئولوژی و ویژگی‌های مولکولی پلیمر پایه مطابقت داشته باشند. دوز توصیه شده به درجه مقاومت در برابر شعله مورد نیاز بستگی دارد.

برای پلی اولفین‌ها:

۱۰–۱۴۱TP3T افزودن مستربچ معمولاً برآورده می‌شود UL 94 V-2
۱۸–۲۰۱TP3T معمولاً برای آن لازم است UL 94 V-0

دستیابی به رتبه V-0 با پلیمری با وزن مولکولی بالا و شاخص جریان مذاب پایین آسان‌تر است. از آنجا که پلی‌اولفین‌ها هنگام سوختن تمایل به چکه کردن دارند، افزودن پرکننده‌هایی مانند خاک رس می‌تواند به کاهش چکه کردن کمک کند - اگرچه این امر ممکن است کارایی بازدارنده‌های شعله هالوژنه را کاهش دهد.

انتخاب بازدارنده شعله مناسب

انتخاب سیستم ضد حریق مناسب نیازمند پاسخ به چندین سوال کلیدی است:

کدام نوع مجاز است - هالوژنه یا غیر هالوژنه؟
کدام استانداردها اعمال می‌شوند؟ UL 94، E 84، MVSS، ASTM، VW-1، و غیره.
چه طبقه بندی لازم است؟ V-2، V-1 یا V-0 برای UL-94
آیا خواص مکانیکی حیاتی هستند؟ (مثلاً استحکام کششی، ازدیاد طول)
آیا شکوفه زدن برای فرآیندهایی مانند آب‌بندی یا چاپ خطری دارد؟
آیا مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش مهم است؟ آیا محصول در معرض نور خورشید قرار خواهد گرفت؟

اگر نیاز دارید مستربچ مقاوم در برابر شعله برای درخواست خود، لطفا تماس بگیرید تامین کننده مستربچ ضد حریق تا به شما محلول ضد حریق بدهد.

ضمیمه: استانداردهای کلیدی تست اشتعال پذیری

آزمایش سوختن عمودی UL-94

قابلیت اشتعال و چکیدن پلیمرهای مورد استفاده در الکترونیک و لوازم خانگی را ارزیابی می‌کند. نمونه‌ها دو بار و هر بار به مدت 10 ثانیه سوزانده می‌شوند و مدت زمان شعله و اثرات چکیدن ثبت می‌شود.

رتبه‌بندی‌ها شامل موارد زیر است:

وی-۰: کمتر یا مساوی ۱۰ ثانیه پس از شعله‌ور شدن؛ بدون چکه کردن که پنبه را آتش بزند
وی-۱: کمتر یا مساوی 30 ثانیه پس از شعله؛ بدون اشتعال پنبه
وی-۲: همانند V-1، اما چکیدنی که پنبه را آتش بزند مجاز است

شاخص اکسیژن محدودکننده (LOI)

حداقل غلظت اکسیژن مورد نیاز برای حفظ احتراق را اندازه گیری می کند.

UL-181

برای ارزیابی مواد در سیستم‌های کانال هوا استفاده می‌شود.

UL-214

با استفاده از آزمایش‌های شعله کوچک و بزرگ، انتشار شعله در فیلم‌ها و پارچه‌ها را ارزیابی می‌کند.

ASTM E-84

میزان گسترش شعله و توسعه دود را برای مصالح ساختمانی روی سطوح در معرض آتش تعیین می‌کند.

استاندارد ایمنی وسایل نقلیه موتوری ۳۰۲

برای رعایت ایمنی، مواد داخلی خودرو باید با سرعت کمتر از ۴ اینچ در دقیقه بسوزند.

مستربچ‌های مقاوم در برابر شعله برای ترموپلاستیک‌ها

فهرست مطالب

نحوه عملکرد بازدارنده‌های شعله

بازدارنده‌های شعله مبتنی بر هالوژن