소개
일반적으로 플라스틱 소재는 우수한 단열재입니다. 기계적 강도가 높고 무게가 가볍기 때문에 전기 및 전자(E&E) 시장은 물론 운송 및 가전 산업에 특히 적합합니다. 이러한 용도에 일반적으로 사용되는 플라스틱 소재 중 하나는 폴리아미드 계열입니다: 특히 표면 품질과 가공성이 우수하고 다른 PA보다 약간 저렴한 가격이 특징인 PA6가 적합합니다. 이러한 많은 애플리케이션에서 플라스틱 소재는 짧은 유리 섬유로 보강되어 기계적 성능을 더욱 향상시킵니다.
그러나 이러한 소재는 전기 스파크와 같은 점화원에 충분히 가까워지면 불이 붙을 수 있습니다. 화재 안전을 보장하기 위한 일반적인 조치 중 하나는 난연제(FR)를 첨가하는 것입니다. 사용되는 난연제의 종류와 양은 용도와 다양한 가연성 표준에 명시된 관련 요건에 따라 달라집니다.
일반적으로 플라스틱의 특성 및 가공 거동에 미치는 영향을 최소화하기 위해 적은 양의 난연제를 사용하는 것이 바람직합니다. 다른 첨가제와 마찬가지로 난연제는 폴리머 용융물의 점도를 증가시키며, 이는 소형화와 매우 얇은 벽이 표준인 전자 산업에서 특히 중요합니다. PA6에는 다양한 난연제가 존재합니다.
단 한 번의 전기 스파크에 의해 시작된 화재는 처음부터 연기가 발생합니다. 대부분의 화재 피해자가 유독성 연기로 인해 사망하는 이유입니다. 또한 연기는 시각적 방향 식별을 어렵게 하거나 갇힌 사람의 탈출을 방해할 정도로 농도가 짙어질 수 있습니다. 연기 속 부식성 물질은 화재의 영향을 받지 않은 장비도 손상시킬 수 있습니다. 종종 관찰되는 독성과 부식성은 할로겐화 폴리머나 난연제에서 비롯됩니다. 따라서 이러한 문제를 방지하기 위해 특수 비할로겐계 난연제 및 흑연계 난연제를 사용합니다.
측정 조건
다양한 비할로겐 난연제가 PA6의 화재 거동에 미치는 영향을 확인하기 위해 다양한 화합물의 샘플을 100 x 100 x 4mm3 플레이트에 사출 성형하여 TCC 918에서 테스트했습니다(그림 1). 이 기기를 통해 열 방출, 질량 손실, 연기 가스의 밀도 및 조성을 측정할 수 있습니다. 샘플은 로드셀에 장착된 수평 샘플 홀더에 배치되었습니다. 로드셀은 측정하는 동안 시료 질량을 모니터링합니다. 원추형 방사형 전기 히터가 위에서부터 시료를 균일하게 조사합니다. 스파크 점화기는 시료 표면과 원뿔형 히터 사이에 위치합니다. 이는 시편이 가열될 때 시편에서 발생하는 가연성 가스를 점화합니다. 생성된 연소 가스는 가열 콘을 통과하여 원심 팬과 후드가 있는 배기 덕트 시스템에 의해 수집됩니다. 배기 덕트의 측정 섹션에서는 연기 가스의 질량 유량과 온도뿐만 아니라 연기 가스를 통한 O2,CO2, CO 농도 및 레이저 광 투과도 측정할 수 있습니다.
테스트를 시작하기 전에 가스 분석 시스템(지멘스 옥시매트/울트라매트)을 캘리브레이션 가스로 보정하고, 열 방출이 정해진 메탄 버너를 사용하여 C-factor를 확인했습니다. 사용된 가스 분석기에는 O2와CO2 옵션이 장착되어 있었습니다. 콘 히터를 가열한 후 셔터를 닫고 준비된 시료 홀더를 접지판 위에 놓았습니다. 그런 다음 측정 시작을 위해 시스템이 자동으로 셔터를 제거했습니다. 증발된 가스는 자동 점화 시스템에 의해 점화되었습니다. 측정 조건은 표 1에 요약되어 있습니다.
그림 2는 깔끔한 PA 6에서 측정한 결과와 TCC 소프트웨어의 시각화를 보여줍니다. 왼쪽 열에는 측정 입력 데이터가 표시되어 있고, 가운데에는 751초부터 756초까지의 측정값이 표시된 표와 측정 데이터의 두 가지 예시 그래프가 있으며, 오른쪽 열에는 이 특정 측정에서 선택한 분석 값에 대한 개요가 나와 있습니다.
표 1: 측정 조건
| 샘플 홀더 | 수평 | |
| 열유속 | 50 kW/m² | |
| 공칭 덕트 유량 | 24.0 l/s | |
그림 3을 통해 결과를 자세히 살펴볼 수 있습니다. 그림 3a는 질량 손실, b)는 열 방출률, c)는 세 가지 샘플의 시간 함수에 따른 투과율을 보여줍니다. 흑연 기반 난연제(빨간색 곡선)가 20% 함유된 PA6 샘플이 모든 샘플 중 가장 낮은 질량 손실, 열 방출 및 연기 방출(투과율 감소)을 보이는 것을 볼 수 있습니다. 이에 비해 20wt% 비할로겐 난연제(녹색 곡선)를 사용한 샘플은 깔끔한 PA6 소재(파란색 곡선)와 매우 유사하게 작동합니다. 열 방출과 관련해서는 약간 더 낮은 값을 보이며 열 방출도 더 일찍 끝납니다. 그러나 투과성과 관련하여 연기 방출은 깔끔한 PA6보다 훨씬 더 높습니다.
요약
이러한 조사에 따르면 이 특정 PA6와 조사된 FR 하중의 경우 흑연 기반 난연제가 훨씬 더 우수한 성능을 발휘하고 화재가 주변 환경에 미칠 수 있는 해로운 영향을 크게 줄여주는 것으로 나타났습니다. 비할로겐 FR의 경우, 더 나은 성능을 가진 조성을 확인하기 위해 추가 부하를 연구해야 합니다.