مقدمه
رزین های فنل فرمالدئیدکه معمولاً به عنوان رزین های فنلی نامیده می شوند، نشان دهنده دسته ای از پلیمرهای ترموست سنتزی هستند که از طریق چند تراکم فنل ها با آلدئیدها سنتز می شوند. این مواد دارای تاریخچه صنعتی ثابتی هستند و در کاربردهایی استفاده می شوند که بر اساس مقاومت شیمیایی و ویژگی های حرارتی آنها است.
هنگام تجزیه و تحلیل رفتار سیستم های فنلی تحت تنش حرارتی یا قرار گرفتن در معرض آتش، اصطلاحات دقیق ضروری است. عملکرد واکنش به آتش یک ویژگی ماده ذاتی و تک ارزشی نیست. این یک پاسخ در سطح سیستم است که تحت تأثیر شیمی رزین، پارامترهای فرمولاسیون، هندسه نمونه و روشهای آزمایش به کار رفته است. این مقاله چارچوبی برای درک رفتار واکنش به آتش سیستمهای رزین فنلی و برای تفسیر دادههای آزمایش در محدودههای مناسب ارائه میکند.
تمایز اصطلاحات فنی
ارزیابی رفتار مرتبط با آتش اغلب پدیده های فیزیکی و شیمیایی متمایز را با هم مخلوط می کند. ارتباطات فنی دقیق مستلزم تمایزات واضح در میان مفاهیم زیر است:
• پایداری حرارتی به ظرفیت یک ماده برای مقاومت در برابر تغییرات شیمیایی یا فیزیکی زمانی که در معرض یک محیط حرارتی تعریف شده قرار می گیرد، اشاره دارد.
• تجزیه حرارتی تجزیه شیمیایی را توصیف می کند که وقتی یک ماده در معرض دماهای بالا قرار می گیرد اتفاق می افتد.
• تشکیل زغال به تولید پسماند جامد کربنی در طی تجزیه حرارتی در شرایط خاص اشاره دارد. اگرچه برخی از فرمولهای فنلی پختشده ممکن است چنین باقیماندهای را ایجاد کنند، کمیت و ویژگیهای فیزیکی آن به معماری رزین، چگالی پیوند متقاطع و شرایط نوردهی بستگی دارد.
• رفتار واکنش به آتش نشان می دهد که چگونه یک ماده به احتراق و احتراق در شرایط آزمایشی تجویز شده پاسخ می دهد. بسته به روش، ویژگی های ارزیابی شده ممکن است شامل اشتعال پذیری، انتشار شعله، انتشار گرما، تولید دود و قطرات یا ذرات شعله ور باشد.
• مقاومت در برابر آتش یک ویژگی عملکرد عملکردی است که عموماً برای عناصر ساختاری، اجزاء یا مجموعه ها اعمال می شود. این توانایی آنها را برای حفظ عملکردهای مشخص شده، مانند ظرفیت باربری، یکپارچگی، یا عایق حرارتی، در طی یک قرار گرفتن در معرض آتش تعریف شده تحت یک روش آزمایشی قابل اجرا توصیف می کند. نباید به عنوان یک خاصیت جهانی همه گریدهای رزین فنلی ارائه شود.
این مفاهیم جنبه های متفاوت اما بالقوه مرتبط رفتار حرارتی و آتش سوزی را توصیف می کنند و نباید به جای یکدیگر استفاده شوند. طبقهبندی بهدستآمده از آزمایش اشتعال پذیری در مقیاس کوچک، رتبهبندی ساختاری مقاومت در برابر آتش را تشکیل نمیدهد. پایداری حرارتی لزوماً نشاندهنده انتشار حرارت کم نیست و تمایل به تشکیل زغالاخته عملکرد آتش یک محصول نهایی را تعیین نمیکند. نتایج بهدستآمده از نمونههای رزین تمیز را نمیتوان مستقیماً به کامپوزیتها، ورقهها، پوششها، اجزا یا مجموعههای نهایی تعمیم داد.
بینش و مرزهای شیمی فنلی
رزین های فنلی ممکن است در حالت های مادی مختلف، از پیش پلیمرها گرفته تا شبکه های ترموست کاملا پخته شده وجود داشته باشند. مشخصه شبکه متقاطع یک ترموست فنلی پخته شده در طول فرآیند پخت ایجاد می شود. بسته به درجه پخت، یک ماده فنلی ممکن است از یک پیش پلیمر نیمه واکنش تا یک شبکه کاملاً متقاطع متغیر باشد. این تفاوتهای ساختاری میتوانند بر رفتار تجزیه حرارتی تحت شرایط قرار گرفتن در معرض خاص تأثیر بگذارند.
برخی از فرمولهای فنولیک پخته شده ممکن است در طول قرار گرفتن در معرض حرارت، باقیمانده کربنی ایجاد کنند. این باقیمانده ممکن است بر انتقال حرارت و انتقال یا انتشار محصولات تجزیه فرار تحت شرایط ارزیابی شده تأثیر بگذارد. رفتار آن به متغیرهای متعددی از جمله شیمی رزین، درجه پخت، مواد افزودنی، الیاف تقویتکننده، تخلخل، ضخامت نمونه، شار گرمای فرودی و محیط آزمایش اطراف بستگی دارد.
شبکه های ترموست متقاطع مانند ترموپلاستیک ها تحت ذوب برگشت پذیر نیستند. با این حال، این ویژگی به تنهایی گسترش شعله محدود، انتشار حرارت کم، رفتار خود خاموش شونده یا مقاومت در برابر آتش در سطح جزء را نشان نمی دهد.
باقیمانده کربن نباید به عنوان یک مانع مطلق توصیف شود که به طور کامل از نفوذ اکسیژن جلوگیری می کند. وجود ساختارهای معطر نیز به خودی خود نمی تواند ایمنی محصول نهایی را در برابر آتش پیش بینی کند. مکانیسمهای تخریب خاص و مقادیر بازده ذغال به تأیید تجربی برای فرمولبندی مواد خاص و شرایط آزمایشی مورد بررسی نیاز دارند.
سطوح ارزیابی در تست مواد
داده های عملکرد آتش به ترکیب مواد و پیکربندی نمونه آزمایش شده خاص است. سطوح ارزیابی زیر باید متمایز شوند:
• شیمی رزین و وضعیت عرضه: این ترکیب شیمیایی و شکل فیزیکی رزین ارائه شده را توصیف می کند که ممکن است شامل اشکال مایع، جامد یا محلول باشد. این اطلاعات به تنهایی عملکرد آتش را مشخص نمی کند.
• نمونه رزین تمیز پخته شده: نتایج یک نمونه رزین پخت شده خاص را در شرایط آزمایش مشخص مشخص می کند و فقط برای آن حالت ماده و پیکربندی نمونه اعمال می شود.
• ترکیب یا کامپوزیت فرموله شده: نتایج تحت تأثیر پرکنندهها، الیاف تقویتکننده، افزودنیهای کاربردی، چگالی، درجه پخت، ساختار شبکه، و شرایط پردازش قرار میگیرد.
• ورقه ورقه، پوشش، قطعه قالب گیری شده یا جزء: عملکرد علاوه بر این تحت تأثیر بسترها، رابط ها، هندسه، جزئیات نصب و مواد مجاور قرار می گیرد.
• محصول نهایی، مونتاژ یا ساخت و ساز: ارزیابی در این سطح باید از روشهای آزمایش، مشخصات، رویههای صدور گواهینامه و الزامات قانونی قابل اعمال برای محصول و حوزه قضایی خاص پیروی کند.
داده های تولید شده در یک سطح ارزیابی نباید بدون شواهد پشتیبان برای استنباط انطباق با مقررات، گواهی محصول یا عملکرد ایمنی واقعی در برابر آتش سوزی در سطح دیگری استفاده شوند.
عوامل موثر بر عملکرد اندازه گیری شده آتش
ویژگی های اندازه گیری واکنش به آتش ممکن است تحت تأثیر مواد و متغیرهای آزمایشی متعددی قرار گیرد. اینها ملاحظات ارزیابی هستند نه شاخص های جهت عملکرد تضمین شده:
• شیمی رزین و توزیع جرم مولی
• درجه درمان و تراکم شبکه
• ماهیت و غلظت پرکننده ها یا تقویت کننده ها
• وجود و نوع افزودنی های کاربردی
• ضخامت، جهت و ابعاد نمونه
• چگالی ظاهری و تخلخل داخلی
• شرایط و قرار گرفتن در معرض محیطی قبل از آزمایش
• ویژگی های منبع احتراق و شار حرارتی برخوردی
• تست استاندارد و نقاط پایانی گزارش شده
تفسیر طبقه بندی اشتعال پذیری و شاخص اکسیژن
روشهای تست استاندارد، نقاط پایانی مختلف را ارزیابی میکنند، بنابراین نتایج بهدستآمده از روشهای مختلف قابل تعویض نیستند. طبقه بندی اشتعال پذیری فقط برای نمونه هایی اعمال می شود که فرمول، ابعاد، شرطی سازی و الزامات رویه ای مشخص را برآورده می کنند. یک طبقه بندی را نمی توان از یک نام گذاری عمومی مواد یا خانواده شیمیایی استنباط کرد. هر طبقهبندی ادعایی باید با استفاده از گزارش آزمون، سوابق گواهینامه یا فهرست رسمی تأیید شود.
شاخص محدود کننده اکسیژن، حداقل کسر حجمی اکسیژن را در یک مخلوط جریان اکسیژن-نیتروژن مورد نیاز برای پشتیبانی از احتراق نمونه های عمودی کوچک در شرایط مشخص اندازه گیری می کند. نتایج به ترکیب نمونه، ابعاد، تهویه و روش آزمایش بستگی دارد. یک مقدار شاخص اکسیژن جدا شده نمی تواند رفتار آتش سوزی در دنیای واقعی را پیش بینی کند. مقایسه بین آزمایشگاهها، پیکربندیهای نمونه یا شرایط آزمایش نیاز به صلاحیت مناسب دارد و ممکن است مستقیما معتبر نباشد.
ذکر یک روش تست استاندارد نشان نمی دهد که یک محصول خاص آزمایش شده است، به نتیجه مشخصی رسیده است، یا با الزامات تجاری یا مقرراتی مطابقت دارد.
گزارش های تست و مرزهای اسناد
اسناد تحلیلی و فنی وظایف مختلفی را انجام می دهند:
• گزارش های آزمایش نتایج را برای ماده یا نمونه، روش، شرایط و نقاط پایانی مشخص شده در گزارش مستند می کند.
• گواهینامه ها و فهرست ها فقط برای محصولات، فرمولاسیون، ابعاد، شرایط ساخت، رتبه بندی ها و سایر محدودیت های ذکر شده در سوابق قابل اجرا اعمال می شود.
برگه های اطلاعات فنی اطلاعات فنی منتشر شده توسط تامین کنندگان را برای درجه های مواد خاص ارائه می دهد.
• برگه های داده ایمنی اطلاعات خطرات و احتیاطات را برای محصولاتی که ارائه می شود، به اشتراک می گذارد.
• گواهی های تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش دسته ای خاص یا موارد انطباق بیان شده توسط تامین کننده را گزارش می دهند.
برگههای اطلاعات فنی، برگههای اطلاعات ایمنی، و گواهیهای تجزیه و تحلیل جایگزین گزارشهای آزمایش آتش یا گواهیهای محصول نمیشوند. ارزیابی صلاحیت و انطباق محصول باید از روشهای آزمایش، الزامات مستندسازی، رویههای صدور گواهینامه و مقررات مربوط به محصول و حوزه قضایی خاص پیروی کند.
نتیجه گیری
رزینهای فنل فرمالدئید دارای ویژگیهای شیمیایی هستند، اما عملکرد واکنش به آتش باید با استفاده از فرمول ماده خاص، پیکربندی نمونه و پروتکل آزمایش قابلاجرا ارزیابی شود. تمایز بین پایداری حرارتی، تجزیه حرارتی، تشکیل زغال، رفتار واکنش به آتش و مقاومت در برابر آتش برای ارتباطات فنی دقیق ضروری است.
روشهای آزمایش، سطوح ارزیابی مواد، الزامات محصول و قوانین قضایی باید بهگونهای همتراز باشند که نتایج فقط در محدوده معتبر آنها تفسیر شوند.
تماس بگیرید
مشتریان صنعتی در حال ارزیابیرزین فنل فرمالدئیدسیستم ها برای برنامه های خاص ممکن است اطلاعات زیر را برای بحث های مربوط به محصول اولیه و مستندات ارائه دهند:
• درجه و فرم عرضه رزین خاص
• فرمول یا جزء مورد نظر
• وضعیت درمان و شرایط پردازش هدف
• روش ها یا استانداردهای آزمون قابل اجرا
• پیکربندی نمونه یا قسمت نهایی
• مشخصات نظارتی یا عملکرد مربوطه
• گزارش های تست یا مستندات فنی موجود
بحثهای فنی اولیه به منزله تأیید مهندسی، گواهی محصول یا تأیید انطباق با مقررات نیست. انتخاب نهایی مواد، صلاحیت محصول و ارزیابی انطباق باید از طریق فرآیندهای مربوط به مشتری، آزمایش، صدور گواهینامه و نظارتی تکمیل شود.
مراجع
1. Gardziella، A.، Pilato، LA، & Knop، A. (2000). رزین های فنولیک: شیمی، کاربردها، استانداردسازی، ایمنی و اکولوژی (ویرایش دوم). اسپرینگر برلین، هایدلبرگ. DOI: 10.1007/978-3-662-04101-7
2. سازمان بین المللی استاندارد. (2017). ISO 4589-2:2017، پلاستیک-تعیین رفتار سوختن با شاخص اکسیژن-بخش 2: آزمایش دمای محیط. سازمان بین المللی استاندارد. https://www.iso.org/standard/60786.html