آتشسوزی چند سازه های چوب پلاست
آتشسوزی چند سازه های چوب پلاست معیار مهمی می باشد. معیار پذیرش برای تختههای چوب پلاست و اجرای سیستمهای نردهکشی یا جان پناه (ICC-ES,AC174، جولای 2006) براساس آییننامه ASTM D7032 هستند و تعیین ردهبندی انتشار شعله که بر اساس آییننامه ASTME84 آزمایش می شوند، نباید بیشتر از 200 باشد.
کدهای ساختمانی یا کدهای آتشسوزی با توجه به خواص ماده بر مبنای سه مشخصه اساسی هستند:
-
قابلیت سوختن،
-
انتشار شعله
-
دوام آتش سوزی.
چوب و اغلب چندسازه های پلیمرهای گرمانرم موادی سوختنی میباشند. برای قانونمند کردن، مواد بر اساس شاخص انتشار شعله خود (FSI) دستهبندی میشوند. مواد بر اساس آییننامه ASTM E 84 به صورت پانلهای مونتاژ شده با طول cm72 و پهنای cm51 آزمایش میشوند. این پانل در بالای یک بخاری تونلی با طول cm75 قرار میگیرد. از این رو آزمون ASTM E 84 را گاهی اوقات «آزمون تونل 75 سانتیمتری» مینامند. این پانل در یک انتها شعلهور میشود و تحت شرایط معین میسوزد. انتشار جبهه شعله در امتداد پانل بر حسب زمان ثبت میشود. FSI مربوط به آن با این دادهها و استفاده از فرمول مربوطه محاسبه میشود. به عبارت دیگر، FSI مقدار کلی سرعت انتشار شعله در جهت معین جریان هوا میباشد. برای تعیین مبنا، FSI برای سطح تخته سیمان مسلح (غیرآلی) صفر و برای سطح تخته از درجه منتخب بلوط بهطور دلخواه تحت شرایط مقرر (ASTM E 84، بخش 9-2) 100 در نظر گرفته میشود.
چهار گروه یا کلاس مقدماتی برای FSI وجود دارند: گروه A با FSI بین صفر و 25، گروه B با FSI بین 26 و 75 و گروه C با FSI بین 76 و 200 و گروه زیر C با FSI بالای 200 (مواد دستهبندی نشده). گروههای AوBوC را گاهی کلاسهای I،II،III مینامند.
در همین آزمون تونل cm75، شاخص توسعه دود (SDI) نیز قابل تعیین است. اندازهگیری دود بر مبنای درصد کاهش عبور نور از طریق جریان خروجی تونل است و توسط یک فتوسل نمایش داده میشود و سپس دادههای بهدست آمده به SDI تبدیل میشود که برای کفپوش از سرخ بلوط 100 در نظر گرفته شده است. AC 174 هیچ SDI مشخصی را مانند لازمههای کد تصریح نکرده است، اما در صنعت بهطور کلی SDI بالای 450 خطرناک تلقي میشود، که این امر بویژه در پرداختهای داخلی قابل پذیرش نیست.
اشتعال چوب
FSI برای گونههای معمولی چوب بین 100 و 200 است، که در بعضی موارد ویژه FSI حدود 70-60 است. برای سوزاندن، چوب باید در معرض گرما و اکسیژن یا هوا قرار گیرد. سوختن در مراحل زیر اتفاق میافتد: تجزیه حرارتی با ایجاد مواد فرار و آزاد شدن گرما، اشتعال مواد فرار آتشگیر، برخاستن شعله، انتشار شعله با ایجاد دود و گازهای سمی و ذغال شدن. هرمرحله بسته به دانسیته، مرفولوژی و ترکیب (مقدار لیگنین و …)، سرعت حرارتدهی، دما و رطوبت چوب و میزان تهویه هوا بهطور متفاوتی پیشروی میکند.
بهطورکلی، مراحل مشابهی در سوختن چوب پلاست ها روی میدهد. اما در چندسازهها تغییرات بسیار زیادی در ترکیب شیمیایی، دانسیته، طبیعت پلاستیکها، مقدار پلاستیک، مقدار پرکنندهها و غیره ایجاد میشود.
آتشسوزی چند سازه های چوب پلاست
مواد چندسازه چوب پلاست و همچنین پلاستیکها به خودی خود مشتعل نمیشوند. اشتعال زمانی روی میدهد که مادۀ آتشگیر در هوای دارای مقدار کافی اکسیژن، به دمای مشخصی برسد. اشتعال میتواند پیلوت باشد، یعنی در مجاورت یا نزدیکی شعلهای (یا یک منبع اشتعال دیگر) انجام شود و یا پیلوت نباشد، یعنی در بخاری با دمایی برابر یا بیشتر از نقطه اشتعال صورت گیرد.
اگر قطعهای (یا پلت، ورق، لایۀ نازک، و غیره) از HDPE را در دمای محیط داخل اونی قرار دهید، در اون را ببندید، دما را با مقدار بالا (فرض Cْ600) تنظیم کنید، و آن را رها کنید، در دمای مشخصی از داخل اون صدای پپ بهگوش میرسد. با بازکردن در خواهید دید که نمونه مشتعل شده است. نمونه برای مشتعل شدن مراحلی را طی میکند که شامل ذوب شدن پلاستیک، اندکی تجزیه حرارتی که سبب ایجاد مواد فرار میشود که برخی از آنها آتش گیرند، و سرانجام در دمایی این مواد فرار و خود نمونه به نقطه اشتعال خواهند رسید. برای پلیاتیلن این دما حدود Cْ367-360 است، که به اندازه نمونه بستگی دارد.
نقطۀ اشتعال HDPE پر شده یا چندسازههای HDPE پایه به تقریب مشابه خود HDPE خواهد بود، به شرطی که حاوی کند سوزکنندههای فعال نباشد. در حقیقت، HDPE پرشده یا پرنشده ذوب شده و مواد فرار آلی آتشگیر منتشر میکند که در دمای مشخصی نزدیک نقطۀ اشعال HDPE خالص، مشتعل میشود. اختلاف نقطۀ اشتعال در آنها بهطور عمده بهمقدار HDPE در ماده و اندازه نمونه بستگی دارد.
HDPE پرشده با کندسوزکنندة ATH (آلومینیوم تریهیدرات) دمای اشتعال Cْ445 دارد. با ATH دمای اشتعال Cْ10 افزایش یافت (تأخیر پیدا کرد). و در دمای Cْ240-180 بخار آب آزاد کرده که به نوبه خود ماده را خنک میکند. چوب پلاست های HDPE پایه همه نقطۀ اشتعال مشابهی دارند.
با افزایش شار حرارتی، زمان اشتعال کاهش مییابد و چهقدر دانسیتۀ مواد نیز بر زمان اشتعال مؤثر است. هرچه دانسیتۀ (جرم ویژه) مواد کمتر باشد دمای اشتعال سطح کمتر است. رطوبت مواد نیز بسیار مهم است.
وقتی ماده حاوی مقداری کندسوزکننده مانند ATH باشد نقطۀ اشتعال آن اغلب تغییر کرده و بیشتر میشود. ATH در دمای مشخصی آب آزاد میکند. آب ماده را خنک کرده و زمان اشتعال را افزایش داده و همچنین گرمای ایجاد شده توسط مادۀ درحال سوختن را کاهش داده و در نتیجه شعله را فرو مینشاند.
شاخصهای انتشار شعله و رده بندی آتشسوزی چند سازه های چوب پلاست
به طورکلی FSI نشان میدهد كه ماده با چه سرعتي در امتداد پانل آزمونی ميسوزد و تحت شرایط گرمادهی توسط جبهه شعله و جریان هوای کنترل شده به دمای نقطه اشتعال میرسد. FSI بهشدت به هدایت حرارتی، ظرفیت حرارتی ماده، ضخامت، شکل پانل (توپر یا توخالی)، مقدار پرکننده معدنی (اگر داشته باشد)، مقدار کندسوزکنندهها (اگر داشته باشد) و غیره بستگی دارد.
اثر پرکنندههای معدنی بر شعله پذیری چند سازه های چوب پلاست
تعدادی از پرکننده های بیاثر مانند کربنات کلسیم، تالک، خاک رس، الیاف سلولزی، پشم شیشه و غیره، فقط با کاهش تغذیه برای انتشار آتش، یا تولید آهستۀ حرارت، ذغالشدگی و غیره میتوانند انتشار شعله را کاهش دهند، اما دمای اشتعال را بهطور چشمگیری تغییر نمیدهند. اینها مانند یک کندسوز کنندۀ فعال که مولد مواد مقابله کننده با شعله یا اشتعال مانند آب یا گازهای نسوز هستند، عمل نمیکنند. کارشان رقیق کردن سوخت در فاز جامد (پلاستیک) میباشد. کربنات کلسیم در دمای حدود Cْ900 گازهای بیاثری (دیاکسیدکربن) تولید میکند و این دما بهقدری بالاست که از کربنات کلسیم نمیتوان بهعنوان کندسوزکننده استفاده کرد.
کندسوزکنندهها برای پلاستیکها و مواد چندسازه چوب پلاست
کندسوزکنندهها برای پلاستیکها و مواد چندسازۀ چوب پلاست بهطور کامل با کندسوزکنندههای مواد چوبی متفاوتند. چوب با محلولی از کندسوزکنندهها، بهطور معمول نمکهایی مانند مونوآمونیوم و دیآمونیوم فسفات، سولفات آمونیوم، کلرید روی، تترابورات سدیم، بوریک اسید، فسفات گوانیل اوره، اشباع میشود. اما در پلاستیکها و چوب پلاستها، کندسوزکنندهها بهصورت جامد مستقیم به فرمولبندیشان افزوده میشود. ازاینرو کندسوزکنندههای پلاستیکها و چوب پلاستها باید مقاوم به دما باشند تا طی فرآوری تجزیه نشوند.
چندسازههای PVC پایه، برخلاف چندسازههای با پلیمرهای گرمانرم دیگر، مواد کندسوزکنندۀ طبیعی هستند.
بهطورکلی در همۀ پلاستیکها در مواردی که برای عملکرد و کاربردهای ویژۀ آنها لازم است، کندسوزکننده بهکار میرود. در زیر خلاصهای از کندسوزکنندههایی که اغلب در پلاستیکها بهکار میروند ارائه شده است.
* PE و PP ATH (تقریباً 10 برابر بیشتر از FR ثانویه، ترکیبات کلردار)
* PVC ATH (دو برابر بیشتر از FR ثانویه، ترکیبات ارگانوفسفر، بدون هالوژن)
* ABS ترکیبات برمدار و اكسيدهاي آنتيموان
مصرف هیدروکسید منیزیم در مقایسه با ATH بهعنوان کندسوزکننده از نظر حجمی 20-15 برابر و از نظر قیمت دلاری 10 برابر کمتر است
تعدادی از پرکنندۀ بیاثر مانند کربنات کلسیم، تالک، خاک رس، پشم شیشه و غیره، فقط با کاهش تغذیه برای انتشار شعله یا تولید آهستۀ حرارت، ذغالشدگی و غيره بهعنوان یک کندسوزکنندۀ غیرفعال عمل میکنند، اما اینها بهطور تأثیرگذاری نقطۀ اشتعال را تغییر نمیدهند.
کندسوزکنندههای فعال با چندین مکانیزم از سوختن جلوگیری میکنند یا آن را فرو مینشانند، که بهطور مختصر در بالا تشریح شده است.
* با آزاد کردن آب (ATH یا بهعبارت دیگر آلومینیوم تریهیدرات، 3(Al (OH، هیدروکسید منیزیم 2(Mg(OH)، که بهعنوان فرونشاننده حرارت عمل میکنند و از رسیدن اکسیژن به ترکیبات آتشگیر جلوگیری میکند، یا با تشکیل یک لایه محافظ و با رقیق کردن و اندود کردن عمل میکند.
* با تشکیل گازهای نسوز برای فرونشاندن شعله، ایجاد مانع از رسیدن اکسیژن به مادۀ آتشگیر و عایق کردن آن مانند کندسوزکنندههای هالوژندار. کندسوزکنندههای برمدار شده رادیکالهای آزاد را در حالت گازی از بین میبرند و با کاهش تولید گرما و با تولید گازهای نسوز بهجلوگیری یا کاهش فرآیند سوختن منجر میشوند. کندسوزکنندههای برمدار %32 از کندسوزکنندهها را تشکیل میدهند، علاوه بر آن %6 از کندسوزکنندهها کلردار هستند.
کندسوزکنندههای هالوژندار به استرهای ارگانو فسفات هالوژندار و استرهای آلی هالوژن دار تقسیم می شوند.
* با عمل تشکیل ذغال، مانند کندسوزکنندههای فسفردار. آنها هم به استرهای ارگانو فسفات غیرهالوژندار آمونیوم پلیفسفات و بقیه تقسیم میشوند. وقتی که گرم میشوند اسید فسفوریک جامد تولید میکنند که به نوبۀ خود ماده را ذغال میکند و آن را از آزاد کردن گازهای آتشگیر تغذیه شعله باز میدارد. کندسوزکنندههای فسفردار حدود %20 از کندسوزکنندههای صنعتی را شامل میشوند (بهطور عمده نه با پلی اولفینها). ترکیبات بورون هم تشکیل دهندۀ ذغال هستند.
بعضی از ترکیبات غیرآلی مانند تري اكسيد آنتيموان (3O2Sb)، یا ترکیبات بورون پایه مانند بورات روی، در مقایسه با کندسوزکنندههای مستقیم بهصورت عامل اشتراکی عمل میکنند و کارآیی آن را بیشتر میکند. تري اكسيد آنتيموان اغلب با کندسوزکنندههای هالوژندار بهکار میرود.
کندسوزکننده ها در چندسازه های چوب پلاست
دکابرم و اكسيد آنتيموان بهعنوان کندسوزکننده با چندسازههای HDPE پایه آزمون شدهاند. مقدار 12 تا %30-20 دکابرم با یا بدون اكسيد آنتيموان (%5/3-5/2) از سوختن چندسازه جلوگیری کرده است. %10 دکابرم از سوختن جلوگیری نکرد، اما با حضور %10-5/2 اكسيد آنتيموان بهطور پیوسته شعله را خاموش کرد. اكسيد آنتيموان بهتنهایی بهمقدار %20 و همچنین %3 ویترولیت بهطور قابل ملاحظهای بر سوختن اثر نداشت.
ذرات نانو به عنوان کندسوزکننده ها در چوب پلاست
اخیراً اثرات کندسوزکنندگی ذرات نانوی رس روی شعلهپذیری چوب پلاست ها بهویژه با حضور عوامل جفت کننده، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. کندسوزکنندههای معمولی بهمیزان %60-40 وزنی یا حتی بیشتر بهماده اضافه میشوند. با پرکنندههای نانو بدون شک از این عیب کندسوزکنندههای معمولی اجتناب میشود.
چندسازه های چوب پلاست با ذرات دستهای و پراکنده هر دو دارای %5-3 وزنی ذرات نانو هستند، که بدون شک مقاومت به آتش بهتر یا قابل ملاحظهای در مقایسه با پلاستیکهای پرشده با بیش از %50-30 کندسوزکنندههای معمولی ایجاد میکنند. روش دیگر برای افزایش کندسوزکنندگی ترکیب ATH یا هیدروکسید منیزیم با رس آلی است. گزارش شده است که رس آلی و بعضی کندسوزکنندههای قدیمی مانند ترکیبات برمدار بین آنها بهصورت اشتراکی عمل میکند.
(ابراهیمی، ق. رستمپور، ا. 1389. در ترجمه چندسازۀ چوب و پلاستیک. آناتول آ، کلیوسوف. تهران. دانشگاه تهران. موسسه انتشارات. 886 صفحه.)
بدون دیدگاه