نظرة عامة على تقنيات مثبطات اللهب للمنتجات المطاطية

باستثناء أنواع قليلة من المطاط الصناعي، معظمها منتجات المطاط الصناعي ، يحب المطاط الطبيعي ، نكون المواد القابلة للاشتعال أو القابلة للاشتعال . في صناعات مثل طاقة جديدة , أنظمة البطارية، و المعدات الإلكترونية ، يتم فرض متطلبات أعلى لمثبطات اللهب على المكونات المطاطية، خاصة بالنسبة للمنتجات مثل منصات البطارية  و مخمدات الاهتزاز المقاومة للهب والخالية من الهالوجين.

في الوقت الحاضر، النهج التقنية الرئيسية لتحسين مثبطات اللهب للمنتجات المطاطية  يشمل: 

إضافة مثبطات اللهب  أو الحشو مثبطات اللهب

تعديل المزج بمواد مقاومة للهب 

تقديم المجموعات الوظيفية المقاومة للهب  أثناء البلمرة 

زيادة كثافة التشابك  من المنتجات المطاطية 

توفر الأقسام التالية تصنيفًا موجزًا ​​وشرحًا لـ تقنيات مثبطات اللهب المطاطية .

1. تقنيات مثبطات اللهب للمطاط الهيدروكربوني 

1.1 خصائص المطاط الهيدروكربوني 

المطاط الهيدروكربوني تشمل بشكل رئيسي: 

NR (المطاط الطبيعي)  

SBR (مطاط ستايرين بوتادين)  

BR (مطاط البيوتادين)  

IIR (مطاط البوتيل)  

EPR / EPDM (مطاط الإيثيلين والبروبيلين)  

بالرغم من NBR (مطاط النتريل)   ليس مطاطًا هيدروكربونيًا نموذجيًا، فهو طرق العلاج بمثبطات اللهب متشابهة وعادة ما تتم مناقشتها معًا في التطبيقات الهندسية. 

تشمل الخصائص الرئيسية للمطاط الهيدروكربوني: 

الحد من مؤشر الأكسجين (LOI): تقريبًا. 19-21     

درجة حرارة التحلل الحراري: 200-500 درجة مئوية    

ضعف مثبطات اللهب ومقاومة الحرارة

توليد كميات كبيرة من الغازات القابلة للاشتعال أثناء الاحتراق 

ولذلك، عندما تستخدم في منصات البطارية , منصات التخميد الصناعية، أو مكونات عزل الاهتزازات العامة ، يعد تعديل مثبطات اللهب أمرًا ضروريًا.  

1.2 الطرق الشائعة لمثبطات اللهب للمطاط الهيدروكربوني 

(1) المزج مع البوليمرات المقاومة للهب 

عن طريق مزج المطاط الهيدروكربوني مع البوليمرات المقاومة للهب مثل: 

بولي فينيل كلورايد (PVC) 

البولي إيثيلين المكلور (CPE) 

البولي إيثيلين المكلور سلفونات (CSM) 

خلات فينيل الإيثيلين (EVA) 

يمكن تحسين مثبطات اللهب إلى حد ما. أثناء الخلط، يجب إيلاء اهتمام خاص: 

التوافق المادي

تصميم نظام التشابك المشترك

تستخدم هذه الطريقة عادة ل منصات البطارية الهيكلية  أو مكونات التخميد غير عالية المرونة.

(2) إضافة مثبطات اللهب (النهج الأساسي) 

إضافة مثبطات اللهب  هي الطريقة الأكثر أهمية لتعزيز تثبيط اللهب في المطاط الهيدروكربوني ويمكن تحسينها بشكل أكبر من خلال أنظمة تآزرية.

مثبطات اللهب العضوية المعتمدة على الهالوجين (المحاليل التقليدية): 

مشتقات سداسي كلور حلقي البنتادين

الإيثر الثنائي الفينيل العشاري البروم

البارافين المكلور

مثبطات اللهب التآزرية غير العضوية: 

ثالث أكسيد الأنتيمون (Sb₂O₃)  (شائعة الاستخدام)

بورات الزنك

هيدروكسيد الألومنيوم

كلوريد الأمونيوم

⚠ ملاحظات هامة: 
يجب ألا تحتوي على مثبطات اللهب المعتمدة على الهالوجين الهالوجينات الحرة ، وإلا يجوز لهم ذلك: 

تآكل معدات المعالجة والقوالب

تقليل أداء العزل الكهربائي

تؤثر سلبا على مقاومة الشيخوخة

في طاقة جديدة  و الصناعات الالكترونية, مخمدات الاهتزاز المقاومة للهب والخالية من الهالوجين أصبحت الاتجاه السائد، مما أدى إلى تفضيل قوي ل أنظمة مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين.

(3) إضافة مواد حشو غير عضوية مثبطة للهب 

تشمل الحشوات شائعة الاستخدام: 

كربونات الكالسيوم

طين الكاولين

التلك

عجلت السيليكا

هيدروكسيد الألومنيوم

تعمل هذه الطريقة على تحسين تثبيط اللهب عن طريق: 

تخفيض نسبة مادة عضوية قابلة للاشتعال 

الاستفادة من تأثير التحلل الماص للحرارة  من الحشو 

على سبيل المثال: 

كربونات الكالسيوم و هيدروكسيد الألومنيوم تمتص حرارة كبيرة أثناء التحلل 

ومع ذلك، يجب الانتباه إلى حقيقة ذلك: 

يقلل التحميل المفرط للحشو الخصائص الميكانيكية 

غير مناسب ل مرونة عالية  أو مكونات عزل الاهتزاز عالية التخميد

(4) زيادة كثافة الروابط المطاطية 

وقد أظهرت الدراسات ذلك: 

كثافة أعلى للتشابك ← مؤشر أكسجين أعلى ← تحسين تثبيط اللهب

من المحتمل أن تكون هذه الآلية مرتبطة بـ زيادة في درجة حرارة التحلل الحراري .

وقد تم تطبيق هذا النهج بنجاح في أنظمة المطاط EPDM  ومناسبة ل:

منصات البطارية المستخدمة في بيئات درجة الحرارة المتوسطة إلى العالية

مكونات مطاطية لتخميد الاهتزازات الإنشائية المقاومة للهب

2. خصائص مثبطات اللهب للمطاط المهلجن 

المطاط المهلجنة تحتوي بطبيعتها على عناصر الهالوجين وتظهر عادة: 

مؤشر الأوكسجين: 28-45   

مؤشر الأكسجين FPM (Fluororubber) يتجاوز 65   

محتوى الهالوجين أعلى → مثبطات اللهب أفضل 

سلوك الإطفاء الذاتي بعد إزالة اللهب

ونتيجة لذلك، فإن معالجة مثبطات اللهب للمطاط المهلجنة تكون سهلة نسبيًا، وغالبًا ما تتطلب فقط تعزيزًا بسيطًا بمثبطات اللهب. 

⚠ ومع ذلك، بسبب اللوائح البيئية  (مثل بنفايات و يصل) والاتجاهات في صناعة الطاقة الجديدة , حلول خالية من الهالوجين يتم تفضيلها بشكل متزايد. وهذا هو السبب الرئيسي لاعتماد على نطاق واسع مخمدات الاهتزاز المقاومة للهب والخالية من الهالوجين.

3. تقنيات مثبطات اللهب للمطاط غير المتجانس 

الأكثر تمثيلا المطاط المتغاير  يكون: 

مطاط السيليكون ثنائي ميثيل (VMQ) 

وتشمل خصائصه الرئيسية: 

مؤشر الأوكسجين حوالي 25 

درجة حرارة التحلل الحراري تصل إلى 400-600 درجة مئوية    

استقرار ممتاز في درجات الحرارة العالية

تتضمن آليات مثبطات اللهب لمطاط السيليكون بشكل رئيسي: 

زيادة درجة حرارة التحلل الحراري 

زيادة كمية الفحم المتبقي بعد التحلل 

الحد من معدل توليد الغازات القابلة للاشتعال 

نتيجة ل، مطاط السيليكون  يستخدم على نطاق واسع في: 

منصات البطارية ذات درجة الحرارة العالية

مكونات تخميد مثبطات اللهب عالية الجودة وخالية من الهالوجين

مكونات التخزين المؤقت للمعدات الإلكترونية ومعدات الطاقة الجديدة

خاتمة

تصميم مثبطات اللهب منتجات المطاط  يجب النظر فيها بشكل شامل على أساس نوع المطاط, بيئة التطبيق، و المتطلبات التنظيمية .

لتطبيقات مثل: 

منصات البطارية

مخمدات الاهتزاز المقاومة للهب والخالية من الهالوجين

فمن المستحسن تحديد الأولويات: 

أنظمة مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين

التصميم المناسب لكثافة التشابك

حلول متوازنة بين الحشوات المقاومة للهب والأداء الميكانيكي

باستثناء أنواع قليلة من المطاط الصناعي، معظمها منتجات المطاط الصناعي ، يحب المطاط الطبيعي ، نكون المواد القابلة للاشتعال أو القابلة للاشتعال .