اختبار تثبيط اللهب لمواد البولي أوليفين

اختبار تثبيط اللهب لمواد البولي أوليفين

يتم تقييم مثبطات اللهب للمواد في المقام الأول من حيث القابلية للاشتعال، وقابلية انتشار اللهب، وإطلاق الحرارة. بشكل عام، تتوافق معايير التقييم والاختبار لأداء مثبطات اللهب إلى حد كبير مع أنواع مختلفة من المواد المثبطة للهب. أثناء احتراق مواد البولي أوليفين، نظرًا لميلها إلى إنتاج تقطير منصهر، يصبح أداء انتشار اللهب هو العامل الأكثر أهمية. عادةً ما يتم اختبار قابلية انتشار اللهب بطرق الحرق الأفقية والرأسية. ومع ذلك، بالنسبة لمواد البولي أوليفين، يميل الحرق العمودي إلى أن يكون أكثر كثافة من الحرق الأفقي، مما ينتج عنه المزيد من القطرات المشتعلة. لذلك، في إنتاج وتطبيق منتجات البولي أوليفينات، يهتم المستخدمون النهائيون أيضًا بأداء الحرق الرأسي للبولي أوليفينات المثبطة للهب.

تم وضع العديد من المعايير الدولية والوطنية لاختبار أداء المواد المقاومة للهب. سيقدم هذا الفصل العديد من طرق الاختبار المعملية البسيطة والمريحة والأكثر استخدامًا لتقييم تثبيط اللهب لمواد البولي أوليفين.

I. أنشأت مختبرات اختبار UL-94
طريقة اختبار UL-94 لتقييم قابلية اشتعال الأجزاء البلاستيكية المستخدمة في المعدات والأجهزة الكهربائية.
UL-94 هو معيار اختبار يركز بشكل أساسي على قابلية الاشتعال وانتشار اللهب للمواد البلاستيكية وقد تم اعتماده كطريقة اختبار قياسية من قبل العديد من البلدان. تتضمن طريقة الاختبار هذه خمسة إجراءات اختبار وفئات تصنيف:

1. اختبار الاحتراق الأفقي للمواد البلاستيكية: تصنيف HB.

2. اختبار الاحتراق العمودي للمواد البلاستيكية: تصنيف V-0 أو V-1 أو V-2.

3. اختبار الحرق العمودي بقدرة 500 وات (125 مم): تصنيف 5VA أو 5VB.

4. اختبار انتشار اللهب باللوحة المشعة: اختبار الاحتراق العمودي للمواد الرقيقة VTM-0، VTM-1، أو VTM-2.

5. اختبار الحرق الأفقي لعينات البلاستيك الرغوي: تصنيف HBF أو HF-1 أو HF-2.

يركز القسم التالي على اختبار الحرق العمودي البلاستيكي الأكثر استخدامًا.
يعد اختبار الاحتراق العمودي UL-94 أحد طرق اختبار قابلية اشتعال البلاستيك التي طورتها شركة Underwriters Laboratories، وهي معتمدة على نطاق واسع عالميًا. يمكن أن يشير إلى خصائص الاشتعال، والتقطير، والإطفاء الذاتي للعينات في ظل ظروف اختبار محددة. أبعاد العينة القياسية: 3.2 مم (أو 2.4 مم، أو 1.6 مم، أو 0.8 مم) × 12.7 مم × 127 مم. كل مجموعة تتكون من 5 عينات. يتم إشعال كل عينة مرتين، ويدوم كل إشعال 10 ثوانٍ. بعد إزالة مصدر الإشعال، يتم تسجيل مدة اللهب وبعد احتراق اللهب، بالإضافة إلى ما إذا كانت قطرات اللهب قد تم إنتاجها. لتحقيق تصنيف V-0، يجب ألا يتجاوز وقت احتراق اللهب لكل عينة بعد كل إشعال 10 ثوانٍ. بالنسبة لـ V-1 أو V-2، يجب ألا تتجاوز 30 ثانية. بالنسبة للإشعال الثاني، لتحقيق V-0، يجب ألا يتجاوز وقت احتراق اللهب بعد إزالة اللهب 30 ثانية. بالنسبة لـ V-1 أو V-2، يجب ألا تتجاوز 60 ثانية. لتحقيق تصنيف V-0، يجب ألا يتجاوز إجمالي وقت احتراق اللهب لجميع العينات الخمسة بعد 10 عمليات إشعال 50 ثانية. بالنسبة لـ V-1 أو V-2، يجب ألا تتجاوز 250 ثانية. يجب ألا تظهر أي عينة ملتهبة أو بعد احتراق اللهب حتى مشبك التثبيت. للحصول على تصنيف V-0 أو V-1، يجب ألا يكون هناك اشتعال للقطن الجراحي عن طريق تساقط الجسيمات. وبخلاف ذلك، فإن التصنيف هو V-2. يتم منح التصنيف المقابل فقط إذا كانت جميع المتطلبات الخمسة تستوفي الحد الأدنى من معايير هذا المستوى.

ثانيا. اختبار مؤشر الأكسجين المحدد
إن طريقة مؤشر الأكسجين المحدد (LOI) هي اختبار شائع الاستخدام لتقييم قابلية اشتعال مواد البولي أوليفين. يتم تركيب العينة عموديا في عمود الاحتراق، ويتدفق من خلاله خليط من الأكسجين والنيتروجين. يتم إشعال الجزء العلوي من العينة. إذا لم تشتعل العينة خلال 30 ثانية، يزداد تركيز الأكسجين. بعد تحقيق الاحتراق المستقر، تتم إزالة مصدر الإشعال، ويتم ملاحظة وقت الاحتراق وطول العينة في وقت واحد. إذا تجاوزت مدة الحرق 3 دقائق أو تجاوز طول الحرق 5 سم، يعاد الاختبار بعينة جديدة بتركيز أكسجين أقل. في النهاية، يتم تحديد الحد الأدنى لتركيز الأكسجين (معبرًا عنه كنسبة مئوية من حجم الأكسجين في الخليط) الذي يدعم الاحتراق المستمر فقط، حيث تنطفئ العينة خلال 3 دقائق بعد إزالة مصدر الإشعال أو لا يتجاوز طول الحرق 5 سم. هذه القيمة هي مؤشر الأكسجين للمادة. على الرغم من أن بيئة اختبار خطاب النوايا لا تحاكي ظروف الحريق الحقيقية بشكل كامل، إلا أنها توفر قيمًا عددية محددة. وهذا أكثر فائدة لتقييم الاختلافات في مثبطات اللهب بين العينات المعدلة بتركيبات مختلفة مثبطات اللهب على أساس نفس الراتنج الأساسي. تعد طريقة مؤشر الأكسجين المحدد طريقة فحص مثالية لتقييم العينات أو التركيبات المثبطة للهب.

ثالثا. طريقة اختبار المسعر المخروطي
تحصل طريقة اختبار المسعر المخروطي (CONE) على العديد من معلمات أداء الاحتراق من خلال حرق عينات المواد على نطاق صغير. وهو يوفر قيمة مرجعية هامة لدراسة آليات مثبطات اللهب للبولي أوليفينات المعدلة المثبطة للهب. ويعتمد مبدأها على استهلاك الأكسجين، أي أن الحرارة المنبعثة أثناء احتراق المواد تتناسب دائمًا مع كمية الأكسجين المستهلكة في عملية الاحتراق. يُطلق على الأداة اسم المسعر المخروطي، وقد سُميت على اسم شكل السخان المخروطي. إنه جهاز من الجيل الجديد لتحديد أداء احتراق المواد البوليمرية، يعتمد على مبدأ قياس تغيرات استهلاك الأكسجين في نظام الاحتراق قبل الاختبار وبعده. يمكن الحصول على معلمات الاحتراق المختلفة للمواد القابلة للاحتراق في الحرائق من CONE، بما في ذلك معدل إطلاق الحرارة (HRR)، وإجمالي الحرارة المنبعثة (THR)، وحرارة الاحتراق الفعالة (EHC)، ومعلمات الدخان والسمية، ومعدل فقدان الكتلة (MLR)، من بين أمور أخرى. يمكن للتغييرات في هذه المعلمات محاكاة تأثير المواد المختلفة على البيئة المحيطة والأفراد المحاصرين في حرائق حقيقية.
يشير معدل إطلاق الحرارة إلى معدل الحرارة المنبعثة لكل وحدة مساحة من العينة، ويقاس بالكيلوواط/م². يوفر CONE التغيير الديناميكي لـ HRR بمرور الوقت أثناء عملية احتراق مواد البوليمر. الحد الأقصى لقيمة HRR هو معدل إطلاق الحرارة الأقصى (PHRR).
يعد HRR واحدًا من أهم معلمات سلوك الاحتراق. ويعكس حجمها شدة احتراق المادة. تشير نسبة HRR أو PHRR الأعلى إلى قدرة أقوى للنار على إشعاع الحرارة إلى المناطق المحيطة. من ناحية، يمكن أن يسبب هذا أضرارًا أكبر للحروق للأفراد المحاصرين. من ناحية أخرى، فإن إطلاق الحرارة المكثف والسريع يغذي سطح مادة البولي أوليفين، مما يسرع معدل التحلل الحراري للراتنج الأساسي، وبالتالي توليد غازات جزيئية صغيرة أكثر تقلبًا. يمكن أن تؤدي هذه الغازات إلى تسمم واختناق الأفراد المحاصرين، كما أن قابليتها للاشتعال تسرع من انتشار اللهب. لذلك، فإن تقليل معدل معدل ضربات القلب (HRR) ونسبة معدل معدل تكرار التعرض (PHRR) لمواد البولي أوليفين سيكون الطريقة الأكثر فعالية لتقليل مخاطر المواد في الحرائق الحقيقية.
إجمالي الحرارة المنبعثة هو إجمالي الحرارة المنبعثة لكل وحدة مساحة من المادة من بداية الاحتراق وحتى نهايته، ويتم قياسها بالميجا جول/م². بالنسبة لحرارة الاحتراق الفعالة للجزء المتطاير، يشير ارتفاع THR إلى أن مادة البولي أوليفين تطلق المزيد من الحرارة أثناء عملية الاحتراق الشاملة، مما يدل على خطر أكبر لمادة البولي أوليفين في الحريق. إذا كان معدل HRR يعكس خصائص الوميض والانتشار لعينة الاختبار، فإن THR يعكس ثبات عينة الاختبار أثناء الاحتراق.
تشير الحرارة الفعالة للاحتراق إلى نسبة إطلاق الحرارة المقاسة إلى فقدان الكتلة في لحظة معينة، أي وحدة الحرارة المنبعثة عندما تنتج الغازات المتطايرة الجزيئية الصغيرة أثناء احتراق التحلل الحراري، وتقاس بالميجا جول/كجم. أثناء الاحتراق، عندما تستقر قيمة EHC لعينة الاختبار، فهذا يشير إلى أن المادة المعدلة تستخدم على الأرجح مثبطات اللهب ذات الطور المكثف، مما يعيق إطلاق وهروب الغازات القابلة للاشتعال الجزيئية الصغيرة ويقلل درجة احتراقها في اللهب.
عادةً ما يتم تجهيز المسعرات المخروطية بأجهزة قياس الدخان. يمكنهم اختبار معلمات مثل منطقة الانقراض المحددة (SEA، m²/kg، منطقة انقراض الدخان المنطلق لكل وحدة كتلة من العينة أثناء الاحتراق)، إجمالي إنتاج الدخان (TSP، m³/m²، حجم الدخان المنطلق لكل وحدة مساحة من المادة)، معدل إنتاج الدخان (SPR، m²/s، منطقة انقراض الدخان الناتج لكل وحدة زمنية أثناء الاحتراق)، وتركيزات الغازات السامة والضارة مثل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. لا ترتبط معلمات الدخان والسمية بالضرورة بقيم معدل ضربات القلب. ومع ذلك، فإن إطلاق كميات كبيرة من الدخان في الحرائق الحقيقية يعد عاملاً حاسماً يؤثر على هروب الأفراد وجهود الإنقاذ التي يبذلها رجال الإطفاء. ولذلك، فهي جانب آخر مهم لتقييم مخاطر المواد في الحرائق الحقيقية.
معدل فقدان الكتلة هو معدل تغير كتلة مادة البوليمر أثناء الاحتراق، ويقاس بوحدة جرام/ثانية. إنه يعكس معدل التحلل الحراري والتطاير ودرجة احتراق البوليمر تحت شدة احتراق معينة. تشير القيمة المنخفضة إلى توليد أقل للغازات المتطايرة ذات الجزيئات الصغيرة بسبب الاحتراق والحرارة المشعة في النار، وبالتالي تقليل الضرر المحتمل الذي تسببه المادة.

يتم إجراء اختبار قياس السعرات الحرارية المخروطي لراتنجات البولي أوليفين وفقًا للمواصفة GB/T 16172-2007، باستخدام عينات بأبعاد 100 مم × 100 مم × 10 مم.

رابعا. الاستنتاج:
يعد اختبار تثبيط اللهب للبولي أوليفينات بمثابة منافسة صارمة 'تعتمد على البيانات': بدءًا من الحرق العمودي UL-94 وحتى مؤشر الحد من الأكسجين، وحتى منحنيات إطلاق الحرارة والدخان من مقياس السعرات الحرارية المخروطي، تحدد كل خطوة تصنيف السلامة الحقيقي للمادة. يعد اختيار طريقة الاختبار الصحيحة وفهم آليات الاحتراق وراء البيانات أمرًا أساسيًا لإيجاد التوازن الأمثل بين الكفاءة والتكلفة للتركيبات الخالية من الهالوجين، مما يؤدي حقًا إلى ترقية البولي أوليفينات 'القابلة للاشتعال' إلى حواجز أمان 'مثبطة للهب'.