Негорими полимери

• Някои полимерни материали са самогасящи се (негорими) по природа и не се нуждаят от добавки, за да отговорят на това изискване
  
  
• Необходимостта от негорими полимерни материали в голяма степен е резултат от развитието на електрониката, по-специално сегментът на потребителските стоки
  
  
• Основната функция на негоримите или пожароустойчивите корпуси не е да се защити оборудването в тях, а да се предотврати разпространението на всякакви вътрешни пожари в околната среда

При обсъждането на пожарната безопасност на пластмаси трябва да се използва правилната терминология. Нито един полимерен материал не е напълно незапалим и не може да бъде направен такъв. Вместо това пластмасовите материали могат да бъдат третирани до постигането на достатъчно ниво на пожароустойчивост, за да се отговори на изискванията на стандартите за безопасност на продуктите.

Пожарната устойчивост означава, че материалът се самозагася – ако пластмасата се запали, тя се гаси самостоятелно малко след като източникът на топлина се отстрани. Някои пластмасови материали са самогасящи се (негорими) по природа и не се нуждаят от добавки, за да отговорят на това изискване. За придаването на самогасящи се свойства на повечето пластмаси обаче е необходимо използването на добавки.

Приложения на негоримите полимери

Необходимостта от негорими полимерни материали в голяма степен е резултат от развитието на електрониката, по-специално сегментът на потребителските стоки. Използването на самогасящи се материали става разпространено заради безбройните пожари, възникнали от домакински уреди или устройства за домашно забавление, например телевизори. Превозните средства също са натоварени с електронно оборудване, което налага употребата на негорими материали за изработката на техните корпуси и капаци.

Основната функция на негоримите или пожароустойчивите корпуси не е да се защити оборудването в тях, а да се предотврати разпространението на всякакви вътрешни пожари в околната среда.

Едно от ключовите изисквания – в допълнение към относително бързото потушаване на пламъците, е че от устройството не може да капе горяща пластмаса, тъй като това може да доведе до възпламеняването на материали в заобикалящата среда.

Използваните в строителната индустрия материали имат своя собствена система за класификация в зависимост от пожарната устойчивост. Сред приложенията, изискващи използването на негорими пластмаси, са комутационната апаратура и контактите, например. Постигането на съответствие със стандартите е особено важно на места като летища, които са обхванати от нови строги изисквания.

Системи за класификация на пожарната устойчивост

За да се класифицират различните степени на пожароустойчивост, е необходима система за оценяване. Най-позната от съществуващите такива системи е тази, създадена от базираната в САЩ сертификационна организация Underwriters Laboratories (UL), която се нарича стандарт UL 94. Класификацията на стандарта се основава на изпитване на продължителността на горене, запалването на памучен индикатор, изгарянето на вертикален образец до определена точка и общата продължителност на гасене в рамките на многократни тестове.

Класовете по вертикалния тест са V-0, V-1 и V-2. Друг добре познат клас на горимост – HB, се определя чрез изпитването за хоризонтално горене съгласно UL 94. При него образецът се поставя хоризонтално и се възпламенява в единия край. Материалът се класифицира като HB, ако скоростта му на горене е по-малко от 76 mm/min за образци с дебелина 3 mm и ако се самозагася преди достигането на 100 или повече милиметра.
В допълнение към гореописаното стандартът UL 94 включва и класовете 5VA и 5VB. Тъй като дебелината на материала оказва влияние при изпитванията за горимост, класът на горимост се присъжда само за определената дебелина, използвана по време на теста.

Негорими по природа полимери

Макар да са направени от човека, тези полимери се отличават с химична структура, която затруднява възпламеняването и горенето им.
Полифенил сулфонът (PPS) се характеризира с отлично забавяне на горенето при високи температури, т.е. той не се топи лесно. Обикновено този материал се използва в електрически компоненти и за взискателни приложения в авиокосмическия сектор.
Политетрафлуороетиленът (PTFE), познат още като тефлон, не гори бързо и дори спомага за потушаване на пламъците. Той се използва за изолация на електрически проводници, както и за съдове за готвене.

Полиимидът (PI) предлага изключителна пожароустойчивост и топлинна стабилност. Поради тези си свойства този материал се използва широко в тежки условия, например самолетни двигатели и космически совалки.

Пластмаси със забавители на горенето

На пазара се предлагат множество пожароустойчиви полимери с уникални свойства за забавяне на горенето. Два много разпространени вида такива пластмаси са набъбващите и халогенираните.

Пожароустойчивостта на набъбващите полимери се осигурява чрез химикали като фосфорна киселина и пентаеритритол. При експозиция на топлина тези химикали набъбват, формирайки дебел овъглен слой. Този слой покрива пластмасата под него и забавя разпространението на пламъците. Примери за такива пластмаси са полифенилен сулфид (PPS), полиамид-имид (PAI), етилен винилов ацетат (EVA) и ненаситени полиестерни смоли.

Халогенираните пластмаси използват добавки или реактивни забавители на горенето. Сред тях са химични елементи като бром или хлор, които се използват широко за увеличаване на пожарната устойчивост. По време на пожар тези пластмаси отделят хлогенирани въглеводороди, които възпрепятстват протичащите в огъня химични реакции. Това затруднява по-нататъшното горене.

Халогенирани пластмаси, като поликарбонат (PC) и ABS, често се използват в електронни компоненти или авиокосмически части. За да се повиши пожарната им устойчивост, те се третират с халогенирани забавители на горенето.

И забавителите с халогени, и тези без халогени се избират спрямо желаната безопасност, издръжливостта и рентабилността.

Стандарти за безопасност на продуктите и изисквания за пожароустойчивост

Международната електротехническа комисия (IEC) е интернационална организация, дефинираща стандартите за безопасност на електрическото оборудване. Стандартите на IEC се използват от всички страни, членуващи в организацията, и се прилагат в оригиналната си форма, но има и някои допълнения на национално ниво. Когато се търси валидация на дадено електрическо устройство, това може да се постигне чрез пряко сравнение със стандартите на IEC или техните национални варианти.

За различните продуктови групи има специфични стандарти. За едно устройство може да са приложими няколко стандарта, като тези стандарти дефинират минималните изисквания. Те също предоставят дефиниции за свързаните с устройствата концепции, например за пожароустойчиви корпуси, които предотвратяват разпространението в околната среда на вътрешни за устройството пожари, както и за корпуси за електроапаратура, които осигуряват защита срещу токов удар.
За пожароустойчивите корпуси обикновено се изисква клас UL 94 V-1 или по-висок. Устройството може да получи одобрение без да се провежда отделен тест за горимост, ако материалът, от който е изграден пожароустойчивият му корпус има минимална дебелина, равна или по-голяма от тази, регистрирана от UL в рамките на тяхното изпитване.

Класовете на пожароустойчивост се използват и извън стандартите за електрически устройства. Американските стандарти за безопасност на моторни превозни средства например дефинират допустимите степени на горимост на превозните средства в съответствие с изпитването за UL 94 HB, но индустрията има и някои свои собствени стандарти.

Стандартите за класовете по UL 94 за материали и за цели структури или устройства са много различни едни от други. Стандартите за цели устройства и структурни единици не специфицират свойствата на материалите, а целят да определят количеството, токсичността и плътността на дима, генериран от горенето на цялата структура, както и количеството на отделената топлина или времето, необходимо за изгаряне на цялото устройство.

Например, съответствието на един пластмасов лист, използван като преграда за изпарения, не може да бъде определено без да се вземат предвид фактори като материала, от който е изработена изолацията на стената. Съответно, при определяне на класа на обект, като мебел например, резултатът се влияе от фактори като това дали части от тях са запалими. В тези случаи почти винаги се налага изпитване за съответствие на продукта или структурата чрез различни тестове за горимост.

Ползи от негоримите пластмаси

Пожароустойчивите пластмаси не се възпламеняват лесно за разлика от конвенционалните полимери. Ако все пак се възпламенят, те горят много по-бавно, давайки възможност за евакуация в случай на пожар. Това се дължи на добавените забавители на горенето, които блокират кислорода и отделят водни пари или незапалими газове, за да отблъснат пламъците от пластмасата.

Конвенционалните пластмаси генерират потенциално опасен дим при горене – плътен и черен. Този дим ограничава видимостта и възпрепятства дишането по време на пожар. В резултат бързата евакуация става почти невъзможна. За разлика от това, негоримите пластмаси генерират много малко дим, а понякога и никакъв. Това осигурява ясна видимост за евакуация на хората в сгради и съоръжения, като улеснява и работата на пожарникарите.

Използването на негорими полимери в строителните материали и други приложения помага за предотвратяване на щетите при пожар, благодарение на факта, че те горят постепенно и разпространението на пламъците е забавено.