Процесс горения пластика и факторы, влияющие на горение пластика

Процесс горения пластика и факторы, влияющие на горение пластика

Пластмассы обладают превосходными свойствами, и сфера их применения постоянно расширяется. Они особенно используются в больших количествах в таких отраслях, как строительство, транспорт, мебель, электроника и электроприборы, а также предметы первой необходимости. Пластмассы облегчили и украсили жизнь людей и окружающую среду, добившись значительных экономических и социальных выгод, и постепенно вытеснили традиционные материалы.

Однако подавляющее большинство широко используемых пластиков горючи или легко воспламеняются на воздухе. При их горении выделяется большое количество дыма и токсичных газов, что может стать причиной гибели людей от отравления и удушья, а также повлиять на ход пожаротушительных и спасательных работ.

Поэтому технология огнестойкой модификации пластмасс привлекла большое внимание стран всего мира. Прежде чем проводить огнезащитную модификацию, нам необходимо понять процесс горения пластмасс и факторы, влияющие на горение пластмасс.

Я. Процесс горения пластмасс

Процесс горения пластмасс представляет собой очень интенсивную и сложную реакцию термического окисления, характеризующуюся густым дымом или интенсивным пламенем. Общий процесс горения пластика можно разделить на пять основных стадий.

Этап первый: Нагрев и повышение температуры. Причина горения пластмасс связана, прежде всего, с повышением температуры под воздействием внешнего источника тепла. На этом этапе термопластичные пластмассы плавятся.

Этап второй: Термическое разложение. Когда температура пластика повышается до температуры разложения из-за нагрева, происходит термическое разложение с образованием горючих газов и других продуктов термического разложения, к которым в основном относятся:

1. Горючие газы, такие как метан, этан, пропан, формальдегид, ацетон, окись углерода и т. д.

2. Негорючие газы, такие как углекислый газ, азот и т. д.

3. Жидкие продукты, а именно расплавленные деградировавшие полимеры и преполимеры.

4. Твердые продукты, такие как углеродистые материалы и т. д.

5. Дым – это твердые частицы (например, углерод), взвешенные в воздухе.

Этап третий: Зажигание. Когда концентрация горючих газов, образующихся при термическом разложении пластмасс, достигает точки возгорания, они вступают в контакт с кислородом и нагреваются до температуры воспламенения, может начаться горение пластмасс, которое распространится с локального участка на всю территорию. материал.

Этап четвертый: Устойчивое горение. Когда чистая теплота сгорания пластика, то есть разница между теплотой сгорания пластика и теплотой, необходимой для нагрева соседних материалов до состояния горения, равна или превышает 0, пластик будет продолжать гореть свой собственный.

Этап пятый: Прекращение горения. Когда горение пластмассы достигает точки, когда чистая теплота сгорания становится отрицательной, зажженный пластик перестает гореть после удаления источника воспламенения.

II. Реакция горения пластмасс

Горение продуктов термического разложения пластмасс протекает по механизму свободнорадикальной цепной реакции, который аналогичен термоокислительной деструкции пластмасс и включает следующие четыре стадии:

1.Инициирование цепочки

2. Распространение цепочки

3. Разветвление цепи

4. Прекращение цепочки

III. Факторы, влияющие на горение пластмасс

Существует множество факторов, влияющих на горение пластмасс, включая характеристики внутреннего сгорания полимеров и условия окружающей среды, связанные с посторонним горением.

Когда условия окружающей среды горения одинаковы, основными определяющими факторами являются характеристики горения полимеров, которые включают химический состав и структуру, удельную теплоемкость, теплопроводность, температуру разложения, теплоту сгорания, температуру вспышки и температуру воспламенения, температуру пламени, предельный кислородный индекс, скорость горения и т. д.

• Химический состав и структура

Горение полимеров – это, по сути, горение горючих газов, образующихся в результате термического разложения полимеров при их нагревании. Поэтому полимеры различного химического состава и строения имеют разные характеристики горения из-за различного содержания горючих газов в продуктах их термического разложения.

Очевидно, что полимеры с более высоким содержанием горючих газов в продуктах термического разложения более склонны к горению.

• Удельная теплоемкость

Удельной теплоемкостью называют количество тепла, необходимое для повышения (или понижения) температуры 1 грамма вещества на 1°С. В тех же условиях полимерные материалы с более высокой удельной теплоемкостью требуют большего количества тепла на стадии нагрева в процессе горения, что затрудняет их воспламенение. Эта концепция далее объясняется в контексте горения полимеров, когда материалы с более высокой удельной теплоемкостью поглощают больше тепла при повышении их температуры, что может усложнить процесс воспламенения из-за большего количества необходимой энергии.

• Теплопроводность

Теплопроводность, также известная как теплопроводность или тепловой коэффициент, представляет собой физическую величину, которая отражает способность материала проводить тепло. В тех же условиях полимерные материалы с более высокой теплопроводностью будут медленнее нагреваться в фазе нагрева процесса горения и, следовательно, труднее воспламеняются. Это связано с тем, что материалы с более высокой теплопроводностью могут более эффективно рассеивать тепло, требуя больше энергии для достижения точки воспламенения.

• Температура разложения

Поскольку горение полимера по существу представляет собой горение горючих газов, образующихся в результате термического разложения полимера при его нагревании, полимеры с более низкими температурами термического разложения обычно легче горят.

• Теплота сгорания

Теплота сгорания является важным фактором поддержания горения и задержки воспламенения. Горение большинства полимеров является экзотермической реакцией.

• Температура вспышки и точка самовоспламенения

Температура вспышки — это самая низкая температура, при которой может загореться открытое пламя, а точка самовоспламенения — это самая низкая температура, при которой может произойти самовозгорание без открытого огня.

• Температура пламени

Как и теплота сгорания, температура пламени является важным фактором поддержания горения и задержки воспламенения. Температура пламени большинства полимеров намного выше, чем у спичек и сигарет, примерно до 2000°C.

• Предельный кислородный индекс

Минимальная объемная доля кислорода в газовой смеси, которая поддерживает горение полимера, называется предельным кислородным индексом (LOI) полимера или сокращенно кислородным индексом (OI).

Кислородный индекс является важным индикатором того, будет ли гореть полимерный материал. Поскольку объемная доля кислорода в воздухе составляет 20,9%, полимеры с кислородным индексом менее 21%, как правило, могут воспламеняться на воздухе.

• Скорость горения

Скорость горения влияет на развитие и распространение пожара. Различные полимерные материалы горят с разной скоростью и, следовательно, имеют высокую или медленную скорость распространения при горении.

При реальном пожаре на скорость горения материала влияют возмущение и диффузия внешних газов, проводимость тепла, конвекция и излучение.

IV. Заключение

Благодаря глубокому пониманию процесса горения пластмасс и факторов, влияющих на горение пластмасс, компания YINSU Flame Retardant разработала серию экологически чистых антипиренов для различных пластмасс, поскольку наука и техника продолжают развиваться, а осведомленность людей об охране окружающей среды продолжает расти. расти. Эти антипирены не только улучшают огнестойкость пластмасс и способствуют пожарной безопасности, но также являются экологически чистыми и могут отвечать требованиям пожарной безопасности и устойчивого развития различных отраслей промышленности. YINSU продолжит уделять внимание последним результатам исследований и тенденциям применения пластмассовых материалов, а также способствовать пропаганде зеленого и устойчивого развития индустрии пластмасс.