Inleiding
De meest gebruikte en economische vlamvertrager FR) voor polymeren is aluminiumtrihydroxide (Al(OH)3 of, afgekort, ATH). Het wordt gebruikt in kunststoffen zoals polyolefinen voor kabelomhulsels, maar ook in acryl, thermohardende harsen en PVC-vloeren, om nog maar een paar toepassingen te noemen. Het is milieuvriendelijk omdat het geen halogenen bevat en zeer efficiënt is als rookonderdrukker.
De vlamvertragende werking* is te danken aan afkoeling, de vorming van een barrièrelaag en verdunning. Het koelend vermogen komt voort uit het vermogen om water af te geven bij verhitting. De piekafgifte vindt plaats rond 300°C.
De onderliggende reactie is EndothermEen monsterovergang of reactie is endotherm als er warmte nodig is voor de omzetting.endotherm, wat betekent dat het water een deel van de vrijgekomen warmte verbruikt voor VerdampingDe verdamping van een element of verbinding is een faseovergang van de vloeibare fase naar damp. Er bestaan twee soorten verdamping: verdamping en koken.verdamping.
De barrièrefunctie is het resultaat van de ontleding van aluminiumtrihydroxide. De afgebroken laag vertraagt de toevoer van zuurstof naar de vlam en dus de vorming van gassen. Large hoeveelheden (40-60 wt%) vulstof moeten worden gebruikt om vlamvertragende eigenschappen te verkrijgen (verdunningsfactor). Zoals bij de meeste vlamvertragers (FR's) beïnvloedt de toevoeging van de vulstof ook de mechanische en reologische eigenschappen van de kunststoffen. Aangezien de hoeveelheden vulstof hoog moeten zijn voor de functionaliteit, moeten andere additieven worden toegevoegd om het effect ervan tegen te gaan. De mechanische eigenschappen worden verbeterd door de morfologie en de oppervlaktecoating van het Al(OH)3 om de interfaciale adhesie te verhogen. De coatings verschillen afhankelijk van het te gebruiken basispolymeer. De verhoogde viscositeit tijdens de verwerking wordt tegengegaan door vloeiversterkende additieven.
Meetomstandigheden
In deze studie werd het effect van aluminiumtrihydroxide (ATH) op het brandgedrag van polyethyleen (PE) onderzocht in de TCC 918 (figuur 1). Met dit instrument kunnen de warmteafgifte, het massaverlies en de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid en samenstelling van het rookgas worden bepaald. Hiertoe werden monsters van zowel zuiver PE als PE met 50 wt% Al(OH)3 spuitgegoten in platen van 100 x 100 x 4 mm3.
Voordat de tests begonnen, werd het gasanalysesysteem (Siemens Oxymat/Ultramat) gekalibreerd met kalibratiegassen en werd de C-factor gecontroleerd met behulp van de methaanbrander met een gedefinieerde warmteafgifte. De gebruikte gasanalysator was uitgerust met een O2- en eenCO2-optie. Na het opwarmen van de conusverwarmer werd de sluiter gesloten en werd de horizontale monsterhouder met het monster op de grondplaat gemonteerd. Daarna verwijderde het systeem automatisch de sluiter voor het begin van de meting. De verdampte gassen werden ontstoken door het automatische ontstekingssysteem. De meetomstandigheden zijn samengevat in tabel 1.
Tabel 1: Meetomstandigheden
| Monsterhouder | Horizontaal |
| DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. Dichtheid warmtestroom | 50 kW/m² |
| Nominaal debiet | 24.0 l/s |
De warmteafgifte komt goed overeen met de transmissiemeting; zie figuur 3. De totale hoeveelheid afgegeven warmte is kleiner in het monster met de FR. De barrièrefunctie is echter weer waarneembaar door een gestage afname van de afgegeven warmte.
Het massaverlies dat gepaard gaat met de vorming van houtskool wordt getoond in figuur 4. Het massaverlies vindt langzamer en in mindere mate plaats. Terwijl het zuivere PE-monster tegen het einde van de test bijna 35 g aan gewicht verliest, verbruikt het monster met de vlamvertrager minder dan 20 g; slechts ongeveer de helft. Hierbij moet wel in aanmerking worden genomen dat het monster met vulstof ook maar voor de helft uit PE bestaat.
Metingen in de kegelcalorimeter maken het mogelijk om het effect van een gecontroleerde blootstelling aan brand op een materiaal te bestuderen; in dit geval op een kunststof met en zonder vlamvertrager. In dit voorbeeld worden alleen de belangrijkste eigenschappen weergegeven: transmissie (rookproductie), warmteafgifte en massaverlies. Het is echter mogelijk om in dezelfde test meer analyses uit te voeren:
- Tijd van ontsteking
- Snelheid massaverlies (MLR)
- Warmteafgiftesnelheid (ARHE, MARHE)
- Effectieve verbrandingswarmte (EHC)
- Totale warmteafgifte (THR)
- Totale rookontwikkeling (TSP)
- Rookproductie (SPR)
- Verbrandingsproducten
Conclusies
Dit onderzoek bevestigt de mechanismen van rookonderdrukking en de vorming van een barrièrelaag van de vulstof aluminiumtrihydroxide tijdens een brand. De prestaties met betrekking tot transmissie-eigenschappen, warmteafgifte en massaverlies werden vergeleken met een PE-monster zonder vlamvertrager. Het is te zien dat de FR effectief werkt wanneer deze in PE wordt gecompoundeerd.