مقدمة
إن أكثر مثبطات اللهب FR) الأكثر استخداماً واقتصادياً للبوليمرات هو ثلاثي هيدروكسيد الألومنيوم (Al(OH)3 أو اختصاراً ATH). ويُستخدم في اللدائن مثل البولي أوليفينات لتغليف الكابلات، وكذلك في الأكريليك والراتنجات الحرارية والأرضيات البلاستيكية PVC، على سبيل المثال لا الحصر. وهو صديق للبيئة لأنه لا يحتوي على أي هالوجينات، كما أنه فعال للغاية كمثبط للدخان.
ويرجع تثبيط اللهب* إلى التبريد وتكوين طبقة حاجزة بالإضافة إلى التخفيف. تنبع قدرة التبريد من قدرته على إطلاق الماء عند التسخين. تحدث ذروة الإطلاق عند حوالي 300 درجة مئوية.
ويكون التفاعل الأساسي ماص للحرارة، مما يعني أن الماء يستهلك بعض الحرارة المنطلقة للتبخر.
وظيفة الحاجز هي نتيجة لتحلل ثلاثي هيدروكسيد الألومنيوم. تعمل الطبقة المتحللة على إبطاء تدفق الأكسجين إلى اللهب وبالتالي تكوين الغازات. يجب استخدام كميات كبيرة (40-60% بالوزن) من الحشو للحصول على خصائص مثبطات اللهب (عامل التخفيف). وكما هو الحال مع معظم مثبطات اللهب (FRs)، تؤثر إضافة الحشو أيضًا على الخواص الميكانيكية والخصائص الانسيابية للبلاستيك. ونظرًا لأن كميات الحشو يجب أن تكون عالية بالنسبة لوظائفها، يجب إضافة إضافات أخرى لمواجهة تأثيرها. يتم تحسين الخواص الميكانيكية من خلال المورفولوجيا والطلاء السطحي لـ Al(OH)3 لزيادة الالتصاق البيني. تختلف الطلاءات اعتمادًا على البوليمر الأساسي الذي سيتم استخدامه. يتم مواجهة زيادة اللزوجة أثناء المعالجة عن طريق إضافات تعزيز التدفق.
شروط القياس
في هذه الدراسة، تم فحص تأثير ثلاثي هيدروكسيد الألومنيوم (ATH) على سلوك حريق البولي إيثيلين (PE) في TCC 918 (الشكل 1). تسمح هذه الأداة بتحديد إطلاق الحرارة وفقدان الكتلة وكثافة وتكوين غاز الدخان. تحقيقًا لهذه الغاية، تم تشكيل عينات من البولي إيثيلين الأنيق وكذلك البولي إيثيلين الأنيق مع 50٪ بالوزن من Al(OH)3 في ألواح 100 × 100 × 4 مم3.
قبل البدء في الاختبارات، تمت معايرة نظام تحليل الغاز (Siemens Oxymat/Ultramat) بغازات المعايرة وتم فحص عامل C باستخدام موقد الميثان مع إطلاق حرارة محددة. تم تجهيز محلل الغاز المستخدم بخيار O2 وخيار ثاني أكسيد الكربون. بعد تسخين السخان المخروطي، أُغلق المصراع وتم تركيب حامل العينة الأفقي مع العينة على اللوحة الأرضية. بعد ذلك، أزال النظام الغالق تلقائيًا لبدء القياس. تم إشعال الغازات المتبخرة بواسطة نظام الإشعال الأوتوماتيكي. تم تلخيص ظروف القياس في الجدول 1.
الجدول 1: شروط القياس
| حامل العينة | أفقي |
| كثافة التدفق الحراري | 50 كيلوواط/م² |
| معدل التدفق الحراري الاسمي | 24.0 لتر/ثانية |
يتوافق إطلاق الحرارة بشكل جيد مع قياس الإرسال؛ انظر الشكل 3. تكون الكمية الإجمالية للحرارة المنطلقة أقل في العينة ذات الاحتكاك الحراري. ومع ذلك، يمكن ملاحظة دالة الحاجز مرة أخرى من خلال الانخفاض المستمر في الحرارة المنطلقة.
يظهر فقدان الكتلة المصاحب لتكوين الفحم في الشكل 4. يحدث فقدان الكتلة بمعدل أبطأ وبدرجة أقل. في حين أن عينة البولي إيثيلين الأنيق تفقد ما يقرب من 35 جم من وزنها بنهاية الاختبار، فإن العينة التي تحتوي على مثبطات اللهب تفقد أقل من 20 جم؛ أي حوالي نصفها فقط. ومع ذلك، يجب أن يؤخذ في الاعتبار هنا أن العينة مع الحشو تحتوي أيضًا على نصف PE فقط.
يسمح القياس في المسعر المخروطي بدراسة تأثير التعرض المضبوط للحريق على المادة؛ في هذه الحالة، على البلاستيك مع مثبطات اللهب وبدونها. في هذا المثال، يتم تصوير الخصائص الأكثر أهمية فقط: انتقال (إنتاج الدخان)، وإطلاق الحرارة وفقدان الكتلة. ومع ذلك، من الممكن في نفس الاختبار إجراء المزيد من التحليل:
- وقت الاشتعال
- معدل فقدان الكتلة (MLR)
- معدل إطلاق الحرارة (ARHE، MARHE)
- الحرارة الفعالة للاحتراق (EHC)
- إجمالي إطلاق الحرارة (THR)
- إجمالي إطلاق الدخان (TSP)
- إنتاج الدخان (SPR)
- نواتج الاحتراق
الاستنتاجات
تؤكد هذه الدراسة على آليات إخماد الدخان وتكوين طبقة حاجزة من ثلاثي هيدروكسيد الألومنيوم الحشو أثناء الحريق. تمت مقارنة الأداء فيما يتعلق بخاصية النقل، وإطلاق الحرارة وفقدان الكتلة بعينة من البولي إيثيلين متعدد الألياف بدون مثبطات اللهب. يمكن ملاحظة أن مثبطات اللهب تعمل بفعالية عند تركيبها في البولي إيثيلين.