Tìm kiếm
+ 86-138-1482-9868 + 86-512-65283666

Làm thế nào để nhựa phenolic xây dựng một hàng rào chống cháy nhiệt độ cao với một lớp cacbon hóa?

Nhựa phenolic là một loại nhựa tổng hợp được hình thành bởi polycondensation của phenol và aldehyd. Dựa trên cấu trúc phân tử mạng ba chiều, nó tự nhiên xây dựng một hàng rào chống cháy lớp có cacbon hóa dày đặc trong điều kiện nhiệt độ cao. Rào cản này cắt đứt chuỗi phản ứng đốt cháy và làm chậm sự suy giảm nhiệt của vật liệu thông qua các hiệu ứng kép của hàng rào vật lý và cách nhiệt.
Các đặc tính chống cháy của nhựa phenolic bắt nguồn từ cấu trúc phân tử đặc biệt của nó. Trong quá trình tổng hợp, các monome phenolic và aldehyd trải qua polycondensation để tạo thành một macromolecule mạng ba chiều với vòng benzen như một bộ xương cứng và liên kết cầu methylene như một nút liên kết chéo. Cấu trúc này cung cấp cho nhựa một mức độ ổn định cao và kháng biến dạng. Quan trọng hơn, hoạt động hóa học của nó ở nhiệt độ cao tạo ra các điều kiện cho cơ chế tự bảo vệ. Khi nhựa phenolic gặp phải ngọn lửa tấn công, chuỗi polymer bề mặt lần đầu tiên hấp thụ nhiệt, năng lượng liên kết hóa học của vòng benzen và liên kết cầu methylen bị kích thích, và chuỗi phân tử trải qua nứt và sắp xếp lại nhiệt độ. Không giống như sự phân hủy rối loạn của các vật liệu polymer thông thường ở nhiệt độ cao, quá trình nứt nhiệt của nhựa phenolic có sự định hướng đáng kể - các gốc tự do được tạo ra bằng cách bẻ khóa liên kết với nhau, khiến các nguyên tử carbon được làm giàu và polymer hóa theo hướng, và cuối cùng tạo thành một lớp cacbon liên tục.
Sự hình thành của lớp cacbon hóa là liên kết cốt lõi cho nhựa phenolic để đạt được độ trễ ngọn lửa hiệu quả. Lớp cacbon hóa bao gồm các vật liệu carbon có graphit hóa cao và thể hiện một cấu trúc vi mô giống như tổ ong, mang lại cho nó các đặc tính rào cản vật lý tuyệt vời. Một mặt, mạng lưới carbon dày đặc tạo thành một rào cản vật lý cứng, giống như một "tường lửa nano", có hiệu quả chặn đường khuếch tán oxy vào nhựa. Trong quá trình đốt cháy, oxy là người tham gia cần thiết trong phản ứng oxy hóa. Khi nguồn cung của nó bị cắt, chuỗi phản ứng đốt không thể tiếp tục và sự lan truyền của đám cháy ngay lập tức bị triệt tiêu. Mặt khác, bản thân lớp cacbon hóa có độ dẫn nhiệt cực thấp, có thể làm giảm đáng kể nhiệt truyền từ ngọn lửa sang ma trận nhựa. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiệu ứng cách nhiệt của lớp cacbon hóa có thể làm giảm tốc độ tăng nhiệt độ của nhựa bên trong hơn 60%, do đó làm chậm rất nhiều quá trình thoái hóa nhiệt của nhựa và tránh sự phân hủy nhanh của vật liệu để tạo ra một lượng lớn khí đốt để tăng cường hỏa lực.
Từ quan điểm nhiệt động lực học, quá trình hình thành lớp cacbon hóa đi kèm với phản ứng nhiệt, giúp giảm nhiệt độ của bề mặt vật liệu. Ở nhiệt độ cao, quá trình phá vỡ chuỗi phân tử phenolic, sắp xếp lại và trùng hợp thành một lớp cacbon hóa đòi hỏi sự hấp thụ của một lượng lớn năng lượng nhiệt. Cơ chế "mức tiêu thụ nhiệt bên trong" này giống như một hệ thống tản nhiệt tự nhiên, làm giảm nhiệt độ ngọn lửa trên bề mặt của vật liệu và làm giảm sự chuyển nhiệt của nhiệt sang môi trường xung quanh. Đồng thời, cấu trúc thô trên bề mặt của lớp cacbon hóa có thể phân tán một phần bức xạ nhiệt, làm suy yếu thêm sự xói mòn nhiệt của ngọn lửa trên vật liệu và bảo vệ kép cho hiệu suất ổn định của vật liệu trong môi trường nhiệt độ cao cực cao.
Trong các kịch bản ứng dụng thực tế, cơ chế chống cháy ngọn lửa của lớp nhựa phenol có cacbon hóa cho thấy khả năng ứng dụng mạnh mẽ. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, các thành phần động cơ máy bay cần phải chịu được tác động của luồng không khí nhiệt độ cao vượt quá 500 ° C. Lớp cacbon hóa hình thành trên bề mặt của vật liệu composite dựa trên nhựa phenolic không chỉ có thể chống lại sự cắt bỏ nhiệt độ cao, mà còn duy trì tính toàn vẹn cấu trúc để đảm bảo hoạt động bình thường của động cơ; Trong ngành công nghiệp vận chuyển đường sắt, sau khi vật liệu nội thất của tàu áp dụng nhựa phenolic, khi gặp phải một đám cháy, lớp cacbon hóa nhanh chóng hình thành trên bề mặt có thể ngăn chặn sự lây lan của đám cháy và mua thời gian quý giá cho việc sơ tán hành khách. Ngoài ra, trong lĩnh vực xây dựng phòng cháy chữa cháy, vật liệu bọt nhựa phenolic đã trở thành một lựa chọn lý tưởng cho cách nhiệt và bảo vệ lửa của các tòa nhà cao tầng do các đặc tính chống cháy của lớp cacbon hóa của chúng, làm giảm hiệu quả nguy cơ hỏa hoạn.
Nhựa phenolic xây dựng một hệ thống bảo vệ chất chống cháy hiệu quả thông qua quá trình cacbon hóa tự tổ chức của cấu trúc phân tử mạng ba chiều ở nhiệt độ cao. Cơ chế chống cháy này dựa trên các đặc điểm của vật liệu không yêu cầu các chất phụ gia chống cháy thêm, không chỉ đảm bảo bảo vệ môi trường của vật liệu, mà còn cung cấp một giải pháp đáng tin cậy cho an toàn hỏa hoạn trong môi trường có nhiệt độ cao và có nguy cơ cao.

Khuyến khích