دنیای پلاستیک های مقاوم در برابر آتش

همین ابتدای کار باید اعتراف کرد که پلاستیک ها با توجه به ذات هیدروکربنی خود در برابر شعله یا همان آتش، مقاومت ناچیزی دارند. این نکته کاربرد این مواد اولیه با ارزش را در برخی کاربری ها با محدودیت روبرو می سازد. تعداد محدودی از پلیمرها به خودی خود مقاومت مناسبی در برابر شعله دارند، اما در بقیه موارد بایستی به کمک افزودنی های مقاوم کننده در برابر آتش یا همان Flame Retardant ها، قطعات پلاستیکی مقاوم در برابر آتش ایجاد کرد. علاوه بر خطر آتش گیری قطعات پلیمری، سمی بودن فرآورده های حاصل از سوختن آن ها یک نگرانی جدی در برخی از کاربردهای در معرض آتش، مانند قطعات برقی و الکترونیکی، خودرو، ساختمان و … است. این بخش در ارتباط با روش های افزایش مقاومت در برابر آتش پلاستیک ها صحبت خواهد کرد.

افزودنی های مقاوم کننده در برابر آتش به دو صورت شیمیایی و فیزیکی به پلیمر پایه اضافه می شوند. در روش شیمیایی عامل ایجاد کننده مقاومت در برابر آتش، توسط واکنش های شیمیایی و در حین تولید پلیمر، به آن اضافه می شود و در روش فیزیکی این عامل از طریق اختلاط مذاب و در مراحل پس از تولید اولیه پلیمر، در فرمولاسیون پلیمر قرار می گیرد. به دلیل سهولت و امکان تولید در مقیاس کوچک، روش فیزیکی محبوب تر و پر کاربردتر است.

سه هدف اصلی از اضافه کردن افزودنی های مقاوم کننده پلاستیک ها در برابر آتش عبارتند از:

• کاهش سرعت سوختن و تخریب پلیمر و خاموش شدن شعله

• کاهش دود زایی در حین اشتعال

• جلوگیری از ریزش بخش های سوخته و داغ

باید دقت داشت افزودنی های ایجاد کننده مقاومت در برابر شعله در کنار سایر نکاتی که باید در طراحی قطعات مورد توجه قرار بگیرند، کارا هستند. برای مثال باید طراحی هندسی قطعه به نحوی باشد که منجر به انتشار سریع شعله نشود و همچنین امکان استفاده از روش های اطفاء حریق برای قطعه مورد نظر وجود داشته باشد.

افزودنی های ایجاد کننده مقاومت در برابر شعله به کمک مکانیسم های فیزیکی و شیمیایی منجر به متوقف شدن یا کاهش نرخ سوختن پلاستیک ها می شوند. گرما می تواند منجر به وقوع واکنش های تخریبی، یا پیرولیز، در پلیمر شود. این واکنش می تواند گازهای اشتعالزا تولید کند و با افزایش غلظت آن ها و وجود اکسیژن در محیط، سوختن قطعه پلاستیکی ادامه می یابد. به منظور ایجاد مقاومت در برابر اشتعال باید از تجمع همزمان گازهای اشتعالزا، اکسیژن و حرارت جلوگیری شود و از آنجایی که حرارت و اکسیژن محیط تحت کنترل ما نیستند، بنابراین افزودنی های ایجاد کننده مقاومت در برابر آتش باید از ایجاد گازهای اشتعالزا جلوگیری کنند. کاهش تولید گازهای اشتعالزا در پلیمر و همچنین ایجاد یک لایه ذغال از طریق تخریب شیمیایی، از جمله مکانیسم های شیمیایی است که این افزودنی ها در برابر اشتعال مقاومت ایجاد می کنند. کاهش تولید گازهای اشتعالزا به کمک جذب کردن ترکیباتی صورت می گیرد که در واکنش های اشتعال شرکت می کنند و همچنین ایجاد یک لایه ذغال می تواند مانع از انتقال بیشتر حرارت و گازهای اشتعالزا شود و در نتیجه از پیشروی شعله جلوگیری کند. اما از جمله مکانیسم های فیزیکی که افزودنی های ایجاد کننده مقاومت در برابر شعله از آن ها استفاده می کنند، می توان به خنک کردن محیط اشتعال و کاهش درصد پلیمر اشاره کرد. تخریب این افزودنی ها می تواند گرماگیر باشد و در نتیجه این کار واکنش اشتعال کند می شود. از طرف دیگر با قرار گرفتن این افزودنی ها در پلیمر پایه، بخشی از پلیمر پایه که مستعد آتش گرفتن است با یک افزودنی مقاوم در برابر آتش جایگزین می شود و همین نکته می تواند حجم اشتعال را کاهش دهد.

مکانیسم های معرفی شده در بالا منجر به تجاری شدن گروه های مختلفی از افزودنی های مقاوم کننده در برابر آتش شده است که در بخش بعدی با آن ها آشنا خواهیم شد.

درباره نویسنده

علی ابراهیمی

علی ابراهیمی فارغ‌التحصیل مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی امیرکبیر در رشته مهندسی پلیمر است. وی از سال ۱۳۹۳ در گروه تحقیق و توسعه شرکت پلیمر پیشرفته دانا در حوزه توسعه محصول فعالیت می کند.
تولید محتوا در حوزه فناوری های مرتبط با دانش پلیمر و بررسی سیر توسعه کمپانی های کلیدی در این زمینه از علایق اوست.

See author's posts