Johdanto
Palonestoaineita on käytetty vuosikymmenien ajan vähentämään tai jopa poistamaan palovaaraa muoviosien palovaarasta esimerkiksi elektroniikka- ja autoteollisuudessa. Alkuvuosina halogenoidut FR-aineet olivat vakiovaruste, mutta markkinoille on tullut yhä enemmän halogenoimattomia vaihtoehtoja. Tämä johtuu osittain siitä, että halogenoitujen FR-materiaalien palaessa on olemassa lisäriski myrkyllisten höyryjen hengittämisestä, mutta myös sääntelyssä ja kuluttajien mieltymyksissä tapahtuneista muutoksista kestävyyden suhteen. Tärkein aloite tällä hetkellä on EU:n Green Deal -aloite, joka johtaa vahvoihin mahdollisuuksiin ja mahdollisesti velvoitteisiin siirtyä halogeenittomiin polttoaineisiin. Tämä on entistä todennäköisempää, kun vaarallisten aineiden käytön rajoittamista koskevan asetuksen (RoHS) odotettu tarkistus toteutetaan.
Markkinoilla on saatavilla useita erilaisia ratkaisuja ja lukuisia FR-polymeerejä. Yksi niistä on paisuva grafiitti, jonka useimmat yhdistävät vain lisääntyneeseen lämmön- ja sähkönjohtavuuteen. Sen ainutlaatuisia ominaisuuksia voidaan kuitenkin hyödyntää myös paloturvallisuuden parantamisessa. Tämän saavuttamiseksi large luonnongrafiittihiutaleita käsitellään hapoilla ja hapettavilla aineilla. Koska kerrosten väliset sidokset (Van der Waalsin voimat) ovat suhteellisen heikkoja verrattuna kerroksen sisäisiin sidoksiin, kerrosten välinen etäisyys mahdollistaa paisuvien suolojen muodostamisen välikerrokseksi - prosessia kutsutaan interkalaatioksi. Nämä suolat laajenevat ja ajavat yksittäiset grafiittikerrokset erilleen, kun niihin kohdistuu lämpöä, mikä johtaa valtavaan tilavuuden kasvuun. Näin ollen paisuvassa grafiitissa yhdistyy kaksi paloturvallisuuden toimintatapaa samanaikaisesti. Ensinnäkin komponentin syttyvyys vähenee, ja toiseksi paisuva grafiitti muodostaa palotilanteessa suojaavan intumesenssikerroksen. Sen vuoksi ne kuuluvat sulkumuotoiluun perustuvien FR-kerrosten luokkaan.
Polymeerityypistä riippuen Tilavuuden laajeneminenKaasun, kiinteän aineen tai nesteen tilavuus muuttuu, jos lämpötila, paine tai kaasuun, kiinteään aineeseen tai nesteeseen vaikuttavat voimat muuttuvat. Lämpöanalyysissä tarkastellaan lämpötilasta riippuvia muutoksia.tilavuuden laajeneminen tapahtuu eri lämpötiloissa, mikä rajoittaa polymeeriryhmää, johon sitä voidaan käyttää. Yksi tyypillisistä polymeereistä, joihin FR-yhdisteitä seostetaan, on polyeteenit (PE), joita käytetään johtojen ja kaapeleiden vaipoissa. Tässä suulakepuristussovelluksessa sulan viskositeettia on hallittava hyvin, jotta saavutetaan homogeeninen paksuus.
* Intumesenssipinnoitteet turpoavat, kun ne altistuvat kuumuudelle, ja muodostavat eristävän vaahdon, joka suojaa alustaa. Endotermisten reaktioiden avulla voidaan lisäksi saavuttaa jäähdytysvaikutus.
Tämän vuoksi palonestoaineen määrä on kriittinen, koska se vaikuttaa paitsi saavutettavaan syttyvyystasoon myös jalostettavuuteen.
Paisuvan grafiitin eri määrien vaikutusta PE:n palonestoaineena palokäyttäytymiseen korostettiin ruiskuvalamalla eri yhdisteiden näytteitä 100 x 100 x 4 mm3 -levyiksi ja testaamalla ne osoitteessa TCC 918 (ks. kuva 1). Laitteella voidaan määrittää lämmön vapautuminen, massahäviö sekä savukaasun TiheysMassatiheys määritellään massan ja tilavuuden suhteena. tiheys ja koostumus.
Miten mittaus suoritetaan
Ennen testien aloittamista kaasuanalyysijärjestelmä (Siemens Oxymat/Ultramat) kalibroitiin kalibrointikaasuilla, ja C-kerroin tarkistettiin käyttämällä metaanipoltinta, jossa oli määritetty lämmön vapautuminen. Käytetty kaasuanalysaattori oli varustettu O2- jaCO2-optiolla. Kun kartiolämmitin oli lämmitetty, suljin suljettiin ja vaakasuora näyteteline, jossa näyte oli, kiinnitettiin pohjalevylle. Tämän jälkeen järjestelmä poisti suljin automaattisesti mittauksen aloittamista varten. Haihdutetut kaasut sytytettiin automaattisella sytytysjärjestelmällä. Mittausolosuhteet on esitetty tiivistetysti taulukossa 1.
Miten lämmön vapautuminen, savun tiheys ja massahäviö liittyvät toisiinsa?
Ensimmäinen havaittava vaikutus on lämmön vapautuminen, ks. kuva 2. Lämmön vapautuminen alkaa kaikilla näytteillä 2-3 minuutin kuluttua testin aloittamisesta, mutta voidaan nähdä, että ilman palonestoainetta olevan PE:n (sininen viiva) kohdalla lämmön vapautuminen lisääntyy ja saavuttaa maksiminsa noin 5 minuutin kuluttua. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että molemmissa näytteissä, joissa on paisuvaa grafiittia, lämmön vapautuminen on paljon vähäisempää, ja vaikutus on vielä voimakkaampi, kun paisuvan grafiitin määrä on suurempi (vihreä viiva). Tämä viittaa grafiitin esteominaisuuksiin sen jälkeen, kun palava kerros on muodostunut.
Taulukko 1: Mittausolosuhteet
| Näytteen syöttölaite | Vaakasuora | |
| Lämpövirta | 50 kW/m² | |
| Kanavan nimellisvirtaus | 24.0 l/s | |
Toinen tärkeä analyysi on savun kehittyminen tulipalon aikana. Tätä mitataan havaitsemalla läpäisykyvyn muutos, jossa läpäisykyvyn väheneminen korreloi savun tiheyden lisääntymisen kanssa. Kuvassa 3 verrataan kolmen näytteen mittauksia. Kaikissa tapauksissa läpäisykyky alkaa vähentyä noin 2 minuutin testausajan jälkeen. Voidaan nähdä, että puhtaalla PE:llä läpäisykyky laskee noin 30 prosenttia. Molemmissa näytteissä, joissa on FR, pudotus on huomattavasti pienempi; läpäisykyvyn menetys on vain 20 %, kun näytteessä on 10 painoprosenttia paisutettavaa grafiittia, ja 10 %, kun näytteessä on suurempi määrä 20 painoprosenttia paisutettavaa grafiittia.
Näytteen palamiseen ja siitä aiheutuvaan lämmön vapautumiseen liittyy näytteiden painon väheneminen. Mitatut tulokset - ks. kuva 4 - ovat myös hyvässä sopusoinnussa mitattujen lämmön vapautumisen ja läpäisyn kanssa. Suurin massahäviö havaitaan puhtaalla PE-näytteellä, ja seuraavaksi suurin on näyte, jossa on 10 painoprosenttia paisuvaa grafiittia. Pienin massahäviö mitataan näytteestä, jossa on eniten FR:ää: 20 painoprosenttia paisutettavaa grafiittia.
Vaikka massahäviön alkaminen voidaan havaita noin kahden minuutin kuluttua, painon muutos tulee ensin voimakkaasti esiin, kun havaitaan merkittävä transmission lasku ja lämmönsiirron kasvu.
Mitä muita vaikutuksia palonestoaineilla voi olla?
Vaikka suuremmilla FR-määrillä on vähentävä vaikutus lämmönluovutukseen, massahäviöön ja läpäisyominaisuuksien kasvuun, viskositeetin muutosta on tutkittava ja sen vaikutus käsittelykäyttäytymiseen arvioitava. Kuten useimmat lisäaineet (lukuun ottamatta virtauksen parantajia), FR:t lisäävät sulan viskositeettia laajalla leikkausnopeusalueella; ks. kuva 5. Tätä voidaan tasapainottaa vain jossain määrin nostamalla ekstruusiolämpötilaa. Minkä tahansa FR-määrän vaikutusta voidaan tutkia kapillaarireometrillä leikkausnopeuden funktiona.
Päätelmä
Kun eri näytteitä verrataan silmämääräisesti testin jälkeen, voidaan havaita, että käsittelemättömässä PE:ssä on huomattavasti enemmän halkeamia ja reikiä, jotka tarjoavat väylän hapen diffuusiolle. Lisäksi voidaan nähdä, että lämmön- ja aineensiirto on rajoitettua, vaikka paisuva grafiitti kasvaa edelleen. Näin ollen voidaan päätellä, että paisuvan grafiitin palonsuojaus johtuu enemmän fysikaalisesta kuin kemiallisesta vaikutuksesta.
Tutkimus osoittaa, että paisuva grafiitti on sopiva palonsuoja-aine PE:lle ja että tässä tutkituilla FR-pitoisuustasoilla on mahdollista lisätä vaikutusta käyttämällä suurempia määriä FR:ää.