پلیمرهای مقاوم در برابر آتش

چرا پلیمرهای مقاوم در برابر آتش مورد نیاز هستند؟

استفاده روزافزون از پلیمرها در صنعت خودرو، راه آهن، هوافضا، الکترونیک، برق، حمل و نقل و نظامی مشهود است و  همچنین استفاده از پلیمرهای با کارایی بالا برای کاربردهای ساختمانی و غیرساختمانی نیز با روندی کندتر در حال شکل گرفتن است.

اشتعال پذیری پلیمر ها وابسته به نوع آنها میباشد، پلیمرهای ترموپلاستیک اشتعال پذیری بیشتری نسبت به پلیمرهای ترموست دارند. شمار بالای محصولات ساخته شده، از پلیمرهای ترموپلاستیک در کالاهای مصرفی روزانه و اشتعال پذیری زیاد آنها، هنگامی که در معرض دمای معینی قرار میگیرند، یک نگرانی عمده ایمنی است.

برای وقوع آتش سوزی باید سه عنصر اساسی وجود داشته باشد: گرما ، سوخت و اکسیژن. یک ماده مقاوم در برابر آتش می تواند یک یا چند عامل از این سه مورد را محدود کند. استفاده از رزین های مقاوم در برابر آتش، به قصد افزایش مقاومت در برابر احتراق، کاهش انتشار دود و گازهای حاصل از اشتعال (Fume)، کاهش سرعت شعله و کاهش انتشار گرما میباشد. با مقررات سختگیرانه متعددی که در سراسر جهان وضع شده است، محصولات باید از سطح ایمنی خوبی در برابر آتش سوزی برخوردار باشند تا مجوز استفاده عمومی را داشته باشند.

بعضی از پلیمرها گازهای سمی منتشر میکنند که برای سلامت انسان مضر است. بنابراین بدون استفاده از افزودنی های مقاوم به آتش نرخ انتشار گرما، شعله و گسترش دود بسیار زیاد است.

نکته مهم دیگری که باید به آن توجه شود مقایسه استفاده از پلیمرها با سایر مواد و مصالح رایج می باشد، بدون استفاده از مواد مقاوم به شعله، خیلی از پلیمرها در کاربردهای مختلف، از چرخه رقابت با موادی غیر قابل اشتعال مانند: آلومینیوم، بتن و فولاد خارج میشوند.

این مصالح که مصرف بسیار بالایی نیز دارند، در معرض دمای بالا، خصوصیات مکانیکی و فیزیکی قابل توجهی را از دست می دهند. در نتیجه، نیاز به پلیمرهایی که می توانند در کنار این مواد یا به طور جداگانه استفاده شوند، به شدت احساس شده و موضوع تحقیقاتی خوبی در سراسر جهان است.

تنوع و کاربردهای پلیمرهای مقاوم به حریق:

پلیمرهای مقاوم در برابر آتش را می توان به چهار گروه تقسیم کرد:

• پلیمرهای مقاوم در برابر آتش هالوژنه
• پلیمرهای مقاوم در برابر آتش غیرآلی
• پلیمرهای مقاوم در برابر آتش ارگانوفسفر
• پلیمرهای مقاوم در برابر آتش حاوی نیتروژن

برای سادگی، اینها اساساً تحت دو گروه عمده مواد مقاوم به شعله قرار می گیرند که عبارتند از: مواد مقاوم به شعله هالوژنه و مواد مقاوم به شعله بدون هالوژن. معمولا فرآیند تولید پلیمرهای مقاوم در برابر آتش هالوژنه راحت تر است و این مواد کارآمدتر، کم هزینه تر بوده و از خواص فیزیکی بهتری برخوردار هستند، ولی به دلیل سمی بودن مضر هستند.

این ویژگی منفی باعث شده تا به دلیل ملاحظات زیست محیطی و سلامتی، استفاده از  مواد مقاوم در برابر آتش هالوژنه در صنایع مختلف توسط افراد مختلف به عنوان یک چالش محسوب شود. از طرف دیگر مواد مقاوم به شعله بدون هالوژن، ماده ای سازگارتر با محیط زیست بوده و از نظر سمی بودن خطر کمتری دارند.

از خواص دیگر این گروه از مواد، خورندگی کم آنهاست، که در نتیجه کار با آنها با استفاده از ابزارهای متنوع تر آسان تر و جابه جایی و انتقال آنها راحت تر میشود. بیشترین مواد مقاوم در برابر آتش هالوژنه مورد استفاده از نوع برم دار و کلردار هستند، در حالیکه پلیمرهای مقاوم در برابر آتش بدون هالوژن، شامل هیدروکسیدهای فلزی، مواد مقاوم در برابر آتش با پایه ملامین و فسفر میباشند. پلی استرها و وینیل استرهای اپوکسی هالوژنه نیز در بازار موجود میباشند.

رزین های ترموپلاستیک پلی سولفون ها، پلی فنیلن سولفید، پلی اتریمید، پلی اتر اترکتون و فلوروپلیمرها (PES ، PPS ، PEI ، PEEK ، PTFE) ذاتاً غیر قابل اشتعال هستند. این رزین ها برای برآورده کردن الزامات خاص، نیاز به هیچ نوع اصلاح ساختاری ندارند. مواد مقاوم به شعله حاوی نیتروژن در پلیمرهایی که ازت دارند، ماده غالب هستند.

نوع مواد مقاوم در برابر آتش مورد استفاده به کاربرد پلیمر بستگی دارد. زیرسیگاری و ظروف آشپزی چند نمونه از موارد استفاده پلیمرهای با مقاومت بالا در برابر شعله میباشند. بسیاری از اجزای سازنده قطعات الکتریکی و الکترونیکی نیز با استفاده از پلیمرهای مقاوم به شعله ساخته میشوند. موارد دیگر استفاده این نوع از پلیمرها  شامل کارخانه تصفیه آب، داکت، مصالح سقف (بام) و تجهیزات در معرض دمای بالا میباشد.

آینده پلیمرهای مقاوم در برابر شعله:

با اجرا و اصلاح مداوم قوانین ایمنی در برابر آتش، انتظار می رود در آینده استفاده از پلیمرهای مقاوم در برابر آتش افزایش یابد. تولیدکنندگان تلاش بیشتری برای تولید محصولات عاری از مواد مضر برای سلامتی دارند. در نتیجه، با توجه هر چه بیشتر به پلیمرهای مقاوم در برابر آتش غیر هالوژنه، استفاده از بازدارنده های حریق با پایه فسفر در آینده نزدیک افزایش می یابند.

پیشرفت های جدید مبتنی بر دستیابی به تولید موادی است که در به تعویق انداختن گسترش آتش سوزی، کارآیی بیشتری داشته باشند. ترکیب نانوذرات با بازدارنده های هیدروکسید های فلزی برای رسیدن به کارآیی هرچه بیشتر مخلوط و مقادیر محدود از نانو ذرات که برای این کار لازم است یکی از حوزه های تحقیقاتی فناوری نانو است .