پوشش ضد حریق پایه رزین

مقدمه و تعریف پوشش ضد حریق پایه اپوکسی

یک پوشش ضد حریق پایه اپوکسی حاصل اختلاط مواد شیمیایی واکنش دهنده در برابر اعمال حرارت در بستر مناسب رزین اپوکسی است. سازوکار فرمولاسیون یک پوشش ضد حریق شامل دو قسمت است.

1. اعمال حرارت موجب آزاد شدن گاز در پوشش شده و سیستم خلل و فرج دار می‌شود.
2. به صورت همزمان بستر اپوکسی تبدیل به لایه کربنی مقاوم در برابر حریق می‌شود. هریک از این دو سازوکار از اهمیت بالایی برخوردارند.

نحوه عملکرد پوشش ضد حریق پایه اپوکسی

ایجاد خلل و فرج در سیستم موجب کاهش دانسیته و ضریب انتقال حرارتی پوشش شده و پوشش تبدیل به لایه فوم می‌شود. کفپوش اپوکسی نیز به عنوان منبع ایجاد زغال یا کربن موجب القای سازوکار دوم می‌شود. یک فرمولاسیون مقاوم در برابر حریق از سه بخش تشکیل شده است.

1) منبع کربنی (که همان رزین اپوکسی است).

2) عامل فوم کننده (که با اعمال حرارت، موجب آزاد شدن گاز در پوشش شده و خلل و فرج ایجاد می‌کند).

3) منبع اسیدی (که به عنوان کاتالیست در ایجاد لایه زغالی کمک می‌کند). در برخی فرمولاسیون‌ها از فیلر‌های تقویت کننده همچون الیاف کوتاه شیشه نیز استفاده می‌شود. در این گزارش جنبه‌های مختلف عمکلرد پوشش ضد حریق محصول Akzo Nobel مورد مطالعه قرار خواهد گرفت.

آزمایش ها

مهمترین اجزای تشکیل دهنده این پوشش عبارتند از رزین اپوکسی، آمونیوم فسفات و بوریک اسید. یکی از جنبه‌های بسیار جالب توجه این نوع پوشش‌ها بازدهی بالای آن‌ها در ایجاد یک لایه فوم عایقی است. به طوری که در صورت اعمال حرارت با دمای C ˚700 بر یک صفحه استیل به ضخامت 16 میلی متر، دمای پشت صفحه از 700  درجه به 200 درجه کاهش می‌یابد. نتایج وزن سنجی حرارتی(TGA) نشان داد که 35% وزن اولیه پوشش تبدیل به زغال می‌شود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح پوشش پس از اعمال حرارت در دماهای مختلف نشان داده شده است.

شکل1 تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی پوشش مقاوم در برابر حریق در دماهای مختلف اعمال حرارت.

همان طور که در شکل 1 مشاهده می‌شود، با افزایش دمای اعمال حرارت، اندازه خلل و فرج‌ها بزرگتر می‌شود. به منظور تببین دقیق تر این مسئله، تغییرات حجم پوشش ضد حریق با اعمال دماهای مختلف، تغییرات حجم در یک قالب استوانه ای در شکل 2 نشان داده شده است:

شکل2. تغییرات حجم پوشش به شکل قالب استوانه ای در دماهای مختلف از دمای محیط (a) تا 800 درجه (f).

نتایج

نتایج نشان داد که حجم پوشش ضد حریق در دمای 800 درجه سانتی گراد حدود 6/4 برابر حجم اولیه آن است. بیشترین میزان افزایش حجم مربوط به ناحیه دمایی 300 تا 400 درجه سانتی گراد است که میزان تورم به 5 برابر افزایش حجم اولیه می‌رسد. احتمالا با افزایش بیشتر دما، ساختار کربنی شروع به جمع شدگی (shrink) می‌نماید. تغییرات ضریب انتقال حرارتی پوشش نیز از همین روند تبعیت می‌کند. بیشترین میزان کاهش چگالی و ضریب انتقال حرارتی پوشش  مربوط به ناحیه دمایی 300 تا 500 درجه سانتی گراد بود، شکل3.

شکل3. تغییرات دانسیته(سمت چپ) و ضریب انتقال حرارتی پوشش(سمت راست) در دماهای مختلف.

با اعمال حرارت در ناحیه دمایی 140 تا 260 درجه سانتی گراد، اسید بوریک تجزیه شده و در دو مرحله آب آزاد می‌شود. در ناحیه دمایی 200 تا 380 درجه سانتی گراد نیز آمونیوم فسفات تخریب می‌گردد. در ناحیه دمایی حدود 400 درجه سانتی گراد، واکنش میان ترکیبات آلی و باقی مانده اسید بوریک و آمونیوم فسفات منجر به شکل گیری ساختار کربنی پوشش می‌شود. نتایج نشان داد که گازهای مختلفی همچون NH₃ و H₂O و CO₂ در حین اعمال حرارت از سیستم آزاد می‌شوند. آمونیاک از 200 تا 500 درجه سانتی گراد، آب در دو بازه 100-200 و 300-400 و در نهایت کربن دی اکسید نیز در بازه دمایی 300-500 درجه سانتی گراد از پوشش ضد حریق آزاد می‌گردند.

تماس با اکسیرور