Bevezetés
Az égésgátlókat (FR) évtizedek óta használják a tűzveszély kockázatának csökkentésére vagy akár kiküszöbölésére a műanyag alkatrészekben, például az elektronikai vagy az autóiparban. Az első években a halogéntartalmú FR-ek voltak a szabványosak, de egyre több nem halogéntartalmú opció jelent meg a piacon. Ez részben a halogénezett FR-ek égésekor a mérgező gőzök belégzésének kockázatának növekedése miatt van így, de a szabályozás és a fogyasztói preferenciák változásai miatt is, amikor a fenntarthatóságról van szó. A legfontosabb kezdeményezés jelenleg az EU Green Deal, amely komoly lehetőségeket és potenciálisan kötelezettségeket fog eredményezni a halogénmentes FR-ekre való áttérésre. Ez még valószínűbb lesz, ha a RoHS (a veszélyes anyagok korlátozására vonatkozó rendelet) várható felülvizsgálatára sor kerül.
A piacon számos különböző megoldás és számos FR polimer áll rendelkezésre. Ezek egyike az expandálható grafit, amelyet a legtöbben csak a megnövekedett hő- és elektromos vezetőképességgel társítanak. Egyedi tulajdonságai azonban a tűzbiztonság növelésére is felhasználhatók. Ennek elérése érdekében a large természetes grafitpelyheket savakkal és oxidálószerekkel kezelik. A rétegek közötti viszonylag gyenge kötések (Van der Waals-erők) miatt a rétegeken belüli kötésekhez képest a rétegek között kialakuló távolság lehetővé teszi, hogy a táguló sók egy köztes réteget képezzenek - ezt a folyamatot nevezik interkalációnak. Ezek a sók hő hatására kitágulnak és szétfeszítik az egyes grafitrétegeket, ami hatalmas térfogatnövekedést eredményez. Ezáltal a táguló grafit egyszerre két tűzvédelmi módot egyesít. Először is, az alkatrész gyúlékonysága csökken, másodszor pedig a táguló grafit tűz esetén egy védő, intumeszcens réteget képez. Ezért ezek a gátképző FR-ek osztályába tartoznak.
A polimer típusától függően , a Volumetrikus tágulásEgy gáz, szilárd anyag vagy folyadék térfogata megváltozik, ha a hőmérséklet, a nyomás vagy a gázra/szilárd anyagra/folyadékra ható erők megváltoznak. A termikus analízis esetében a hőmérsékletfüggő változásokat vizsgáljuk.térfogattágulás különböző hőmérsékleten következik be, ami korlátozza a polimerek csoportját, amelyhez felhasználható. Az egyik tipikus polimer, amelybe az FR-eket keverik, a polietilén (PE), amelyet vezeték- és kábelburkolatokhoz használnak. Ennél az extrudálási alkalmazásnál az olvadék viszkozitását jól kell szabályozni a homogén vastagság elérése érdekében.
* Az intumeszcens bevonatok hő hatására megduzzadnak, és szigetelő habot képeznek, amely védi az aljzatot. Az EndotermikusEgy mintaátalakulás vagy reakció endoterm, ha az átalakuláshoz hőre van szükség.endotermikus reakciók révén továbbá hűtőhatás is elérhető.
Ezért az égésgátló mennyisége kritikus, mert nemcsak az elérhető éghetőségi szintet befolyásolja, hanem a feldolgozhatóságot is.
Annak érdekében, hogy rávilágítsunk az expandálható grafit mint égésgátló különböző mennyiségének hatására a PE égési viselkedésére, a különböző vegyületekből 100 x 100 x 4 mm3 -es lemezekbe fröccsöntött mintákat készítettünk, és a TCC 918-ban vizsgáltuk (lásd az 1. ábrát). A műszer lehetővé teszi a hőfelszabadulás, a tömegveszteség, valamint a füstgáz SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségének és összetételének meghatározását.
Hogyan történik a mérés
A vizsgálatok megkezdése előtt a gázelemző rendszert (Siemens Oxymat/Ultramat) kalibráló gázokkal kalibrálták, és a C-tényezőt a metánégő segítségével, meghatározott hőfelszabadulással ellenőrizték. A használt gázelemző készülék O2 ésCO2 opcióval volt felszerelve. A kúpos fűtőberendezés felmelegítése után a zárat bezártuk, és a vízszintes mintatartót a mintával az alaplemezre szereltük. Ezután a rendszer a mérés megkezdéséhez automatikusan eltávolította a zárat. Az elpárolgott gázokat az automatikus gyújtórendszer gyújtotta meg. A mérési feltételeket az 1. táblázat foglalja össze.
Hogyan függ össze a hőfelszabadulás, a füstsűrűség és a tömegveszteség ?
Az első megfigyelhető hatás a hőfelszabadulás; lásd a 2. ábrát. Míg a hőfelszabadulás a vizsgálat megkezdése után 2-3 perccel kezdődik minden minta esetében, látható, hogy az égésgátló nélküli PE esetében (kék vonal) a hőfelszabadulás növekszik, és körülbelül 5 perc múlva éri el a maximumot. Összehasonlításképpen, mindkét táguló grafittal ellátott minta sokkal alacsonyabb hőfelszabadulást mutat, és a hatás még erősebb a nagyobb mennyiségű táguló grafit esetén (zöld vonal). Ez a grafit gátló tulajdonságaira utal, miután az intumeszcens réteg kialakult.
Táblázat: Mérési feltételek
| Mintavevő eszköz | Vízszintes | |
| Hőáram | 50 kW/m² | |
| Névleges csatornavezeték-áramlás | 24.0 l/s | |
Egy másik fontos elemzés a füst kialakulása a tűz során. Ezt az áteresztőképesség változásának érzékelésével mérik, ahol a csökkenő áteresztőképesség a füstsűrűség növekedésével korrelál. A 3. ábrán a 3 minta méréseit hasonlítjuk össze. Az áteresztőképesség minden esetben körülbelül 2 perc vizsgálati idő után kezd csökkenni. Látható, hogy a tiszta PE esetében az áteresztőképesség körülbelül 30%-kal csökken. Mindkét FR-rel ellátott minta esetében a csökkenés lényegesen kisebb; az átviteli veszteség csak 20% a 10 tömegszázalékos expandálható grafittal és 10% a nagyobb mennyiségű, 20 tömegszázalékos expandálható grafittal.
A minta égése és az ebből eredő hőfelszabadulás a minták tömegének csökkenésével jár. A mért eredmények - lásd a 4. ábrát - szintén jó összhangban vannak a mért hőfelszabadulással és transzmisszióval. A legnagyobb tömegveszteség a tiszta PE-mintánál figyelhető meg, ezt követi a 10 tömegszázalék expandálható grafitot tartalmazó minta. A legalacsonyabb tömegveszteséget a legnagyobb mennyiségű FR-t tartalmazó minta esetében mértük: 20 tömegszázalék duzzadó grafit.
Míg a tömegveszteség kezdete körülbelül két perc elteltével észlelhető, a tömegváltozás először akkor válik erősen nyilvánvalóvá, amikor a transzmisszió jelentős csökkenése és a hőátadás növekedése megfigyelhető.
Milyen egyéb hatásai lehetnek az égésgátlóknak?
Míg a nagyobb mennyiségű FR csökkenő hatással van a hőfelszabadulásra, a tömegveszteségre és a transzmissziós tulajdonság növekedésére, a viszkozitás változását meg kell vizsgálni, és értékelni kell annak hatását a feldolgozási viselkedésre. A legtöbb adalékanyaghoz hasonlóan (kivéve a folyásfokozókat) az FR-ek is növelik az olvadék viszkozitását a nyírási sebességek széles tartományában; lásd az 5. ábrát. Ez csak bizonyos mértékig ellensúlyozható az extrudálási hőmérséklet növelésével. Az FR adott mennyiségének hatása kapilláris reométerrel vizsgálható a nyírási sebesség függvényében.
Következtetés
A különböző minták vizuális összehasonlítása a vizsgálat után azt mutatja, hogy a kezeletlen PE-n lényegesen több repedés és lyuk található, ami utat biztosít az oxigén diffúziójának. Látható továbbá, hogy a hő- és tömegátadás korlátozott, még akkor is, ha a táguló grafit tovább növekszik. Így megállapítható, hogy a duzzadó grafit tűzgátlása inkább fizikai, mint kémiai hatás eredménye.
A tanulmány azt mutatja, hogy a duzzadó grafit megfelelő égésgátló a PE-hez, és hogy az itt vizsgált FR-tartalomszintek tartományában a hatás növelhető nagyobb mennyiségű FR alkalmazásával.