كمية المادة المضافة التي يجب استخدامها في صيغ مقاومة اللهب؟

عند تصميم أنظمة مقاومة اللهب، السؤال الأكثر شيوعًا الذي يطرحه الصانعون هو: “كمية المادة المضافة التي يجب أن أستخدمها؟”
قليل جدًا وتخاطر بالفشل في اختبارات الاشتعال؛ كثير جدًا وتضر بالأداء الميكانيكي أو الجمالي.

في معظم تركيبات مقاومة اللهب، تُستخدم المواد المضافة بنسبة تتراوح بين 5-30% من الوزن، اعتمادًا على البوليمر الأساسي، نوع مقاوم اللهب، والهدف من الأداء — مع موازنة السلامة والتكلفة واستقرار المعالجة.

إيجاد الجرعة المناسبة ليس لعبة تخمين. الأمر يتعلق بفهم كيف تتفاعل المادة المضافة مع المادة الأساسية لديك — كيميائيًا وحراريًا.

---

1. لماذا يعتبر تحميل المادة المضافة حاسمًا في أنظمة مقاومة اللهب

يعتمد أداء مقاومة اللهب على ثلاث آليات:

1. تثبيط في مرحلة الغاز (مقاطعة تفاعلات الاحتراق)،,
2. تكوين الكربون (إنشاء حاجز واقي)، و
3. الدرع الحراري (امتصاص أو تبديد الحرارة).

كمية المادة المضافة تحدد أي من هذه الآليات يسيطر.
قليل جدًا، وقد لا تنتج كربونًا واقيًا كافيًا أو غازات خاملة؛ كثير جدًا، ويمكن أن تضعف الخصائص الميكانيكية أو تتسبب في مشاكل في المعالجة.

على سبيل المثال:

• إستر الفوسفات 10% قد يحسن مقاومة اللهب في الطلاءات.
• هيدروكسيد الألمنيوم 25% غالبًا ما يكون مطلوبًا لأنظمة البوليمر غير الهالوجينية.
• 3-8% مواد تعزيز (مثل بورات الزنك أو الميلامين) يمكن أن يعزز الكفاءة الكلية.

تضمن الجرعة الصحيحة اجتياز منتجك للاختبارات الرئيسية مثل UL-94, LOI (مؤشر الأكسجين المحدد), و اختبار قابلية الاشتعال بسلك التوهج.

---

2. العوامل التي تؤثر على جرعة المضافات

لا توجد صيغة عالمية - تعتمد الكمية المثالية على نوع البوليمر وكيمياء المضافات والشهادة المطلوبة. دعنا نحلل الأمر.

أ. نوع البوليمر الأساسي

يتصرف كل بوليمر بشكل مختلف تحت الحرارة:

• بولي بروبيلين (PP): يحتاج إلى 20-25% فوسفات استر أو 30-40% ATH (ثلاثي هيدرات الألومنيوم).
• بولي إيثيلين (PE): غالبًا ما يستخدم 15-30% من المضافات لتحسين مرضى LOI بشكل مرض.
• رغوات البولي يوريثين (PU): مطلوب فقط 5-15% من المضافات السائلة القائمة على فوسفات استر.
• راتنجات الإيبوكسي أو البوليستر: يوفر مضاف 8-12% تفحمًا كافيًا.

ب. نوع مثبط اللهب

نوع المضافات	الجرعة النموذجية	الوظيفة الرئيسية
إيستر الفوسفات (TPP، IPPP، TBP)	5–15%	الطور الغازي وتشكيل الكربون
فوسفات الملامين بولي (MPP)	10–25%	التآزر مع النيتروجين وكبت الدخان
هيدروكسيد الألومنيوم (ATH)	30–60%	التحلل الامتصاصي والتخفيف الحراري
بورات الزنك	3–10%	مساعد تآزري ومستقر للكربون
أنظمة التمدد	20–30% (مجتمعة)	طبقة حماية قابلة للتوسع

م. مقاومة اللهب المستهدفة

• لـ UL-94 V-2, قد يكون المضاف ~10% كافياً.
• لـ تصنيف V-0, يتطلب تحميلات أعلى (20–30%).
• لـ رغوات مقاومة للاشتعال ذاتية الإطفاء, يمكن للأنظمة التفاعلية أو التآزرية تحقيق V-0 عند جرعات أقل.

د. متطلبات المعالجة والميكانيكية

قد تؤدي الأحمال العالية من الحشو إلى:

• زيادة لزوجة الذوبان وتقليل التدفق.
• خفض مقاومة الشد والتمدد.
• التأثير على الشفافية أو اللون.

لذا، فإن الاستراتيجية المثلى هي تحقيق أقصى مقاومة للهب بأقل مادة مضافة.

---

3. إستر الفوسفات — مواد مضافة عالية الكفاءة مع احتياجات جرعة أقل

إستر الفوسفات من بين أكثر مواد مقاومة اللهب كفاءة لأنها تعمل في كل من الطور المتكثف والغازي.

مستويات الاستخدام النموذجية:

• 5–10% في الطلاءات والمواد اللاصقة.
• 8–15% في PVC المرن ورغوة البولي يوريثان.
• 10–20% في البلاستيك الهندسي.

كيف تعمل:

1. في الطور الغازي, تتفكك استرات الفوسفات لإطلاق جذور الفوسفور التي تخنق اللهب.
2. في الطور المكثف, فهي تعزز تكوين الكربون — مما يخلق حاجزًا ضد الحرارة والأكسجين.

النتيجة: مقاومة اللهب أعلى عند تحميل أقل مقارنة بالهيدروكسيدات المعدنية أو الأنظمة المحتوية على الهالوجين.

الاسترات الفوسفاتية الشائعة الاستخدام:

• ثلاثي فينيل الفوسفات (TPP) — البلاستيك الصلب والطلاءات.
• الفوسفات ثلاثي الكريسيل (TCP) — الزيوت والشحوم الهيدروليكية.
• فوسفات إيزوبروبيلفينيل (IPPP) — البلاستيك المرن.
• فوسفات ثلاثي 2-إيثيل هكسيل (TEHP) — تطبيقات الرغوة والكابلات.

---

4. استخدام خلطات تآزرية لتقليل تحميل الإضافات

بدلاً من الاعتماد على مادة مضافة واحدة، يمكن أن يقلل الجمع بين عوامل التآزر من الحمل الكلي مع الحفاظ على الأداء.

أنظمة المثال:

• استرات الفوسفات + الميلامين: تعزيز الكربون + تآزر النيتروجين لخفض الدخان والسمية.
• استرات الفوسفات + بورات الزنك: تحسين الاستقرار الحراري وارتباط الكربون.
• استرات الفوسفات + بولي فوسفات الأمونيوم (APP): نظام موسع فعال مع تحميل إجمالي يتراوح بين 15-20٪ فقط.

الفائدة: تلبي هذه الأنظمة الهجينة معيار UL-94 V-0 أو LOI ≥ 28 عند جرعة إجمالية أقل، مما يحسن الخصائص الميكانيكية والجمالية.

---

إرشادات الجرعة حسب التطبيق

مجال التطبيق	التحميل الموصى به للمضافات	نوع المضاف النموذجي
مركبات كابلات PVC	10–20%	إيستر الفوسفات + هيدروكسيد المعدن
رغوة البولي يوريثان	5–15%	إيستر الفوسفات السائل (TCPP، TEHP)
راتنجات الإيبوكسي	8–12%	فوسفات ثلاثي الفينيل + المحفزات التآزرية
طلاءات النسيج	10–25%	مستحلب حمضي من إيستر الفوسفات
البلاستيك الهندسي (PA، PC، ABS)	15–25%	IPPP أو الفوسفات البوليمرية
الطلاءات والمواد اللاصقة	5–10%	مُلدن الفوسفات الإيستر
مركبات المطاط	10–20%	نظام فوسفات الإيستر + ATH

هذه توصيات أساسية — يجب التحقق من الأداء الفعلي من خلال LOI، جهاز قياس الحرارة المخروطي، واختبار الحرق العمودي.

---

استكشف بشكل أعمق: لماذا المزيد من المضافات ليس دائمًا أفضل

يفترض الكثيرون أن مضاعفة المادة المضافة تضاعف مقاومة اللهب — وهذا غير صحيح.

التحميل المفرط يمكن أن:

• يعطل بلورية البوليمر.
• يسبب هشاشة أو تقشر.
• يُدخل تفتح السطح أو الهجرة.
• يزيد من تكاليف المعالجة بدون مكاسب قابلة للقياس.

في أنظمة استر الفوسفات، تجاوز 20–25% غالبًا ما يؤدي إلى عوائد متناقصة، إلا إذا تم تحسين المحفزات التعاونية.

---

استكشف بشكل أعمق: ضبط الصيغة من خلال الاختبار

يعتمد أداء مقاومة اللهب على التناغم بين المادة، والتشتت، وتوقيت التفاعل.

المعلمات الرئيسية للاختبار:

1. التحليل الحراري الوزني (TGA): يراقب سلوك التحلل.
2. التحليل التفريقي للحرارة (DSC): يقيس امتصاص الحرارة ونقاط الانتقال.
3. اختبارات مقياس اللهب المخروطي: يحدد معدل إطلاق الحرارة (HRR) وكثافة الدخان.
4. الاختبارات الميكانيكية: تضمن أن قيم الشد والتمدد تلبي متطلبات التصميم.

من خلال مقارنة هذه البيانات، يمكن للمصنعين تحديد التركيز المثالي للمادة المضافة — عادةً التقاطع حيث يبلغ ذروته مقاومة اللهب ولكن الخسارة الميكانيكية تظل ضئيلة.

---

استكشف بشكل أعمق: النهج المستدامة لمقاومة اللهب

الاتجاهات الحديثة في التصنيع تفضل مقاومات اللهب الخالية من الهالوجين والمنخفضة السمية, حيث تلعب استراتيرات الفوسفات دورًا رئيسيًا.

تشمل استراتيجيات التحسين المستدام:

• استيرات الفوسفات المستندة إلى المصادر الحيوية: المشتقة من الكحولات والأحماض العضوية المتجددة.
• تقليل تحميل الحشو: باستخدام استيرات الفوسفات التفاعلية التي تتحد كيميائيًا مع البوليمرات.
• تصميم تآزري: دمج أنظمة الفوسفور والنيتروجين والبورون لتحقيق أداء متوازن.

هذه الابتكارات لا تقلل فقط من حمولة الإضافات ولكنها أيضًا تحسن السلامة البيئية وعمليات التصنيع.

---

أفكار أخيرة

الكمية المناسبة من الإضافة في صيغة مقاوم اللهب تعتمد على نظام البوليمر الخاص بك، هدف الأداء، وحدود المعالجة.
بينما هيدروكسيدات المعادن قد تتطلب تحميل يصل إلى 50%،, إيسترات الفوسفات غالبًا ما تحقق نفس النتائج مع فقط 10–20% — مما يوفر توازنًا ممتازًا بين السلامة من الحريق والخصائص الفيزيائية.

الجرعة المثلى ليست حول الحد الأقصى للكمية — بل حول الحد الأقصى للكفاءة.
مزيج من استرات الفوسفات المصمم بعناية يمكن أن يجعل تركيبتك أكثر أمانًا، وأقوى، وأكثر استدامة.

---

اتصل بمؤسسة سونزو للهندسة
للحصول على إضافات مثبطات اللهب من استرات الفوسفات المخصصة وإرشادات التركيب:
📧 البريد الإلكتروني: dohollchemical@gmail.com
📱 واتساب: +86 139 0301 4781