مقدمة
تعتبر المواد البلاستيكية بشكل عام عوازل ممتازة. نظرًا لقوتها الميكانيكية العالية ووزنها المنخفض، فهي مناسبة بشكل خاص لسوق الكهرباء والإلكترونيات (E&E) وكذلك صناعات النقل والأجهزة المنزلية. إحدى المواد البلاستيكية شائعة الاستخدام لمثل هذه التطبيقات هي من عائلة البولي أميد: PA6، الذي يتميز بجودة سطحه الجيدة وقابليته للمعالجة وأسعاره المنخفضة قليلاً مقارنةً بمواد البلاستيك PA6 الأخرى، وهو مناسب بشكل خاص. في العديد من هذه التطبيقات، يتم تدعيم المادة البلاستيكية بألياف زجاجية قصيرة لزيادة تحسين الأداء الميكانيكي.
ومع ذلك، يمكن أن تشتعل هذه المواد عندما تكون قريبة بما فيه الكفاية من مصدر اشتعال مثل الشرارة الكهربائية. أحد التدابير الشائعة لضمان السلامة من الحرائق هو إضافة مثبطات اللهب (FR). يعتمد نوع ومقدار مثبطات اللهب المستخدمة على نوع وكمية مثبطات اللهب المستخدمة على الاستخدام والمتطلبات المرتبطة بها المنصوص عليها في معايير القابلية للاشتعال المختلفة.
وبصفة عامة، تكون الكمية المنخفضة من مثبطات اللهب مرغوبة بشكل عام من أجل الحصول على أقل تأثير على خصائص البلاستيك وسلوك المعالجة. مثل أي مادة مضافة، تعمل مثبطات اللهب على زيادة لزوجة ذوبان البوليمر، وهو أمر بالغ الأهمية خاصةً في صناعة الإلكترونيات حيث التصغير وبالتالي الجدران الرقيقة جدًا هي المعيار. توجد مجموعة متنوعة من مثبطات اللهب لـ PA6.
تتسبب الحرائق التي تندلع بسبب شرارة كهربائية واحدة في تصاعد الدخان منذ البداية، ولهذا السبب فإن معظم ضحايا الحرائق يموتون بسبب الدخان السام. وعلاوة على ذلك، يمكن أن يصبح الدخان كثيفاً بما يكفي لجعل التوجه البصري صعباً أو حتى إعاقة هروب شخص محاصر. كما يمكن أن تؤدي المواد المسببة للتآكل في الدخان إلى تلف المعدات التي لم تتأثر بالحريق. غالباً ما تأتي السمية والتآكل الملاحظ من البوليمرات المهلجنة أو مثبطات اللهب. ولهذا السبب، تستخدم مثبطات اللهب غير المهلجنة الخاصة ومثبطات اللهب القائمة على الجرافيت لتجنب هذه المشاكل.
شروط القياس
لتسليط الضوء على تأثير مثبطات اللهب غير المهلجنة المختلفة على سلوك النار في PA6، تم تشكيل عينات من المركبات المختلفة في قوالب حقن في ألواح مقاس 100 × 100 × 4 مم3 واختبارها في TCC 918 (الشكل 1). تسمح الأداة بتحديد إطلاق الحرارة وفقدان الكتلة وكثافة غاز الدخان وتكوينه. وُضعت العينات على حامل عينة أفقي يوضع في خلية التحميل. تراقب خلية التحميل كتلة العينة أثناء القياس. يشع سخان كهربائي مشع مخروطي مخروطي الشكل العينة بشكل موحد من الأعلى. يوجد مشعل شرارة بين سطح العينة والسخان المخروطي. يشعل هذا المشعل الغازات القابلة للاشتعال المتصاعدة من العينة عند تسخينها. وتمر غازات الاحتراق الناتجة من خلال مخروط التسخين ويتم تجميعها بواسطة نظام قناة عادم مزود بمروحة طرد مركزي وغطاء محرك. في قسم القياس في مجرى العادم، يمكن قياس التدفق الكتلي ودرجة حرارة غاز الدخان، وكذلك تركيزات غازات O2 وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون وانتقال ضوء الليزر عبر غاز الدخان.
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، تم إغلاق المصراع، وتم وضع حامل العينة المُعد على اللوحة الأرضية. بعد ذلك، أزال النظام الغالق تلقائيًا لبدء القياس. تم إشعال الغازات المتبخرة بواسطة نظام الإشعال الأوتوماتيكي. تم تلخيص شروط القياس في الجدول 1.
يوضح الشكل 2 نتائج القياس على PA 6 الأنيق والتصور في برنامج TCC. يُظهر العمود الأيسر بيانات مدخلات القياس؛ وفي الوسط، يمكن رؤية جدول بالقيم المقاسة من 751 إلى 756 ثانية إلى جانب مثالين بيانيين للبيانات المقاسة؛ ويقدم العمود الأيمن نظرة عامة على قيم التحليل المختارة لهذا القياس المحدد.
الجدول 1: شروط القياس
| حامل العينة | أفقي | |
| التدفق الحراري | 50 كيلوواط/م² | |
| معدل التدفق الاسمي للقناة | 24.0 لتر/ثانية | |
يتيح الشكل 3 إلقاء نظرة فاحصة على النتائج. يوضح الشكل 3 أ) الفقد الكتلي، ب) يوضح معدل إطلاق الحرارة، ج) يوضح الإرسال كدالة للزمن للعينات الثلاث المختلفة. يمكن ملاحظة أن عينة PA6 التي تحتوي على مثبطات اللهب القائمة على الجرافيت بنسبة 20 واط (المنحنى الأحمر) تُظهر أقل فقد للكتلة، وإطلاق الحرارة وإطلاق الدخان (أقل انخفاض في الإرسال) من بين جميع العينات. وبالمقارنة، تتصرف العينة التي تحتوي على 20% بالوزن من مثبطات اللهب غير المهلجنة (المنحنى الأخضر) بشكل مشابه جدًا لمادة PA6 الأنيقة (المنحنى الأزرق). فيما يتعلق بالإطلاق الحراري، فإنه يُظهر قيمًا أقل قليلًا وينتهي إطلاق الحرارة في وقت مبكر. ومع ذلك، فيما يتعلق بالانتقال، فإن انبعاث الدخان أعلى بكثير من مادة PA6 الأنيقة.
الملخص
تُظهر هذه التحقيقات أنه في حالة هذه المادة PA6 بالذات وكذلك الأحمال المخصّصة لمثبطات اللهب المهلجنة التي تم فحصها، فإن مثبطات اللهب القائمة على الجرافيت تؤدي أداءً أفضل بكثير وتقلل بشكل كبير من الآثار الضارة التي يمكن أن يحدثها الحريق على البيئة المحيطة به. أما في حالة مثبطات اللهب المقاومة للهب غير المهلجنة، يجب دراسة الأحمال الإضافية لتحديد تركيبة ذات أداء أفضل.