عملية احتراق البلاستيك والعوامل المؤثرة على احتراق البلاستيك

عملية احتراق البلاستيك والعوامل المؤثرة على احتراق البلاستيك

تمتلك المواد البلاستيكية خصائص ممتازة ويتوسع نطاق تطبيقها بشكل متزايد. يتم استخدامها بشكل خاص بكميات كبيرة في صناعات مثل البناء والنقل والأثاث والإلكترونيات والأجهزة الكهربائية والضروريات اليومية. لقد سهّلت المواد البلاستيكية حياة الناس وبيئاتهم وجمّلتها، وحققت فوائد اقتصادية واجتماعية ملحوظة، وحلت تدريجياً محل المواد التقليدية.

ومع ذلك، فإن الغالبية العظمى من المواد البلاستيكية شائعة الاستخدام قابلة للاحتراق أو الاشتعال في الهواء. وعندما تحترق، فإنها تنتج كمية كبيرة من الدخان والغازات السامة، والتي يمكن أن تتسبب في وفاة الأشخاص بسبب التسمم والاختناق، كما تؤثر أيضًا على عمليات مكافحة الحرائق والإنقاذ.

ولذلك، فإن تكنولوجيا تعديل مثبطات اللهب للمواد البلاستيكية قد اجتذبت اهتماما كبيرا من البلدان في جميع أنحاء العالم. قبل إجراء تعديل على مثبطات اللهب، من الضروري أن نفهم عملية احتراق المواد البلاستيكية والعوامل التي تؤثر على احتراق المواد البلاستيكية.

أنا. عملية احتراق البلاستيك

إن عملية احتراق المواد البلاستيكية عبارة عن تفاعل أكسدة حراري مكثف ومعقد للغاية، ويتميز بدخان كثيف أو لهب شديد. يمكن تقسيم العملية العامة لاحتراق البلاستيك إلى خمس مراحل أساسية.

المرحلة الأولى: التدفئة وارتفاع درجة الحرارة. يرجع سبب احتراق المواد البلاستيكية في المقام الأول إلى ارتفاع درجة الحرارة تحت تأثير مصدر حرارة خارجي. سوف تظهر المواد البلاستيكية الحرارية ذوبانًا في هذه المرحلة.

المرحلة الثانية: التحلل الحراري. عندما ترتفع درجة حرارة البلاستيك إلى درجة حرارة التحلل بسبب التسخين، سيحدث التحلل الحراري، مما ينتج عنه غازات قابلة للاحتراق ومنتجات التحلل الحراري الأخرى، والتي تشمل بشكل رئيسي:

1. الغازات القابلة للاحتراق، مثل الميثان والإيثان والبروبان والفورمالدهيد والأسيتون وأول أكسيد الكربون وغيرها.

2. الغازات غير القابلة للاحتراق، مثل ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وغيرها.

3. المنتجات السائلة، وهي البوليمرات المتحللة الذائبة والبوليمرات المسبقة.

4. المنتجات الصلبة مثل المواد الكربونية وغيرها.

5. الدخان، والذي يشير إلى الجزيئات الصلبة (مثل الكربون) العالقة في الهواء.

المرحلة الثالثة: اشتعال. عندما يصل تركيز الغازات القابلة للاحتراق الناتجة عن التحلل الحراري للمواد البلاستيكية إلى نقطة الاشتعال، وتتلامس مع الأكسجين ويتم تسخينها إلى درجة حرارة الاشتعال، يمكن أن يبدأ احتراق المواد البلاستيكية وينتشر من منطقة محلية إلى المنطقة بأكملها. مادة.

المرحلة الرابعة: الاحتراق المستدام. عندما تكون الحرارة الصافية لاحتراق البلاستيك، أي الفرق بين حرارة احتراق البلاستيك والحرارة اللازمة لتسخين المواد المجاورة إلى حالة الاحتراق، مساوية أو أكبر من 0، فإن البلاستيك سيستمر في الاحتراق خاص بها.

المرحلة الخامسة: وقف الاحتراق. عندما يتقدم احتراق البلاستيك إلى النقطة التي تصبح فيها حرارة الاحتراق الصافية سالبة، سيتوقف البلاستيك المشتعل عن الاحتراق بعد إزالة مصدر الإشعال.

ثانيا. تفاعل احتراق البلاستيك

يتم احتراق نواتج التحلل الحراري للبلاستيك عبر آلية تفاعل متسلسل جذري حر، وهي تشبه التحلل التأكسدي الحراري للبلاستيك وتتضمن الخطوات الأربع التالية:

1.بدء السلسلة

2. انتشار السلسلة

3. سلسلة المتفرعة

4. إنهاء السلسلة

ثالثا. العوامل المؤثرة على احتراق البلاستيك

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على احتراق المواد البلاستيكية، بما في ذلك خصائص الاحتراق الداخلي للبوليمرات والظروف البيئية للاحتراق الخارجي.

عندما تكون الظروف البيئية للاحتراق هي نفسها، فإن المحددات الرئيسية هي خصائص احتراق البوليمرات، والتي تشمل التركيب والبنية الكيميائية، والسعة الحرارية النوعية، والتوصيل الحراري، ودرجة حرارة التحلل، وحرارة الاحتراق، ونقطة الوميض ونقطة الاشتعال، ودرجة حرارة اللهب، الحد من مؤشر الأكسجين، ومعدل الاحتراق، الخ.

• التركيب الكيميائي والهيكل

إن احتراق البوليمرات هو في الأساس حرق الغازات القابلة للاشتعال الناتجة عن التحلل الحراري للبوليمرات عند تسخينها. ولذلك، فإن البوليمرات ذات التركيبات والهياكل الكيميائية المختلفة لها خصائص احتراق مختلفة بسبب اختلاف محتوى الغازات القابلة للاشتعال في منتجات التحلل الحراري.

من الواضح أن البوليمرات التي تحتوي على نسبة أعلى من الغازات القابلة للاشتعال في منتجات تحللها الحراري تكون أكثر عرضة للاحتراق.

• السعة الحرارية المحددة

تشير السعة الحرارية النوعية إلى كمية الحرارة اللازمة لرفع (أو خفض) درجة حرارة 1 جرام من المادة بمقدار 1 درجة مئوية. في ظل نفس الظروف، تتطلب مواد البوليمر ذات السعة الحرارية النوعية الأعلى مزيدًا من الحرارة أثناء مرحلة التسخين في عملية الاحتراق، مما يزيد من صعوبة اشتعالها. يتم شرح هذا المفهوم بشكل أكبر في سياق احتراق البوليمر، حيث تمتص المواد ذات السعة الحرارية المحددة الأعلى المزيد من الحرارة عند ارتفاع درجة حرارتها، مما قد يجعل عملية الاشتعال أكثر صعوبة بسبب زيادة كمية الطاقة اللازمة.

• الموصلية الحرارية

الموصلية الحرارية، والمعروفة أيضًا باسم التوصيل الحراري أو المعامل الحراري، هي كمية فيزيائية تمثل قدرة المادة على توصيل الحرارة. في ظل نفس الظروف، فإن مواد البوليمر ذات الموصلية الحرارية العالية سوف تسخن بشكل أبطأ أثناء مرحلة التسخين في عملية الاحتراق، وبالتالي يكون اشتعالها أكثر صعوبة. وذلك لأن المواد ذات الموصلية الحرارية العالية يمكنها تبديد الحرارة بشكل أكثر فعالية، مما يتطلب المزيد من الطاقة للوصول إلى نقطة الاشتعال.

• درجة حرارة التحلل

نظرًا لأن احتراق البوليمر هو في الأساس احتراق الغازات القابلة للاشتعال الناتجة عن التحلل الحراري للبوليمر عند تسخينه، فإن حرق البوليمرات ذات درجات حرارة التحلل الحراري المنخفضة يكون أسهل بشكل عام.

• حرارة الاحتراق

تعتبر حرارة الاحتراق عاملاً مهماً في الحفاظ على الاحتراق وتأخير الاشتعال. إن احتراق معظم البوليمرات هو تفاعل طارد للحرارة.

• نقطة الوميض ونقطة الاشتعال التلقائي

نقطة الوميض هي أدنى درجة حرارة يمكن أن يشتعل فيها اللهب المكشوف، في حين أن نقطة الاشتعال الذاتي هي أدنى درجة حرارة يمكن أن يحدث فيها احتراق ذاتي بدون لهب مفتوح.

• درجة حرارة اللهب

كما هو الحال مع حرارة الاحتراق، تعد درجة حرارة اللهب عاملاً مهمًا في الحفاظ على الاحتراق وتأخير الاشتعال. معظم البوليمرات لها درجات حرارة لهب أعلى بكثير من أعواد الثقاب والسجائر، تصل إلى حوالي 2000 درجة مئوية.

• الحد من مؤشر الأوكسجين

يُطلق على الجزء الأدنى من حجم الأكسجين الموجود في خليط الغاز والذي سيحافظ على احتراق البوليمر اسم مؤشر الأكسجين المحدد (LOI) للبوليمر، أو مؤشر الأكسجين (OI) للاختصار.

يعد مؤشر الأكسجين مؤشرًا مهمًا لمعرفة ما إذا كانت مادة البوليمر ستحترق أم لا. نظرًا لأن نسبة الأكسجين في الهواء تبلغ 20.9%، فإن البوليمرات التي بها مؤشر أكسجين أقل من 21% يمكن إشعالها في الهواء بشكل عام.

• معدل الحرق

تؤثر سرعة الاحتراق على تطور الحريق وانتشاره. لا تحترق المواد البوليمرية المختلفة بنفس المعدل، وبالتالي يكون لها معدل انتشار سريع أو بطيء أثناء الاحتراق.

في الحريق الفعلي، تتأثر سرعة احتراق المادة باضطراب وانتشار الغازات الخارجية، وتوصيل الحرارة، والحمل الحراري، والإشعاع.

رابعا. خاتمة

مع الفهم العميق لعملية احتراق البلاستيك والعوامل التي تؤثر على احتراق البلاستيك، طورت شركة YINSU Flame Retardant سلسلة من مثبطات اللهب الصديقة للبيئة لمختلف أنواع البلاستيك مع استمرار تقدم العلوم والتكنولوجيا واستمرار وعي الناس بحماية البيئة. ينمو. لا تعمل مثبطات اللهب هذه على تحسين مقاومة الحريق للمواد البلاستيكية والمساعدة في السلامة من الحرائق فحسب، ولكنها أيضًا صديقة للبيئة ويمكنها تلبية متطلبات السلامة من الحرائق والتنمية المستدامة لمختلف الصناعات. ستواصل YINSU الاهتمام بأحدث نتائج الأبحاث واتجاهات تطبيق المواد البلاستيكية، والمساهمة في تعزيز التنمية الخضراء والمستدامة لصناعة البلاستيك.