مقدمه و تعریف پوشش ضد حریق پایه اپوکسی
یک پوشش ضد حریق پایه اپوکسی حاصل اختلاط مواد شیمیایی واکنش دهنده در برابر اعمال حرارت در بستر مناسب رزین اپوکسی است. سازوکار فرمولاسیون یک پوشش ضد حریق شامل دو قسمت است.
- اعمال حرارت موجب آزاد شدن گاز در پوشش شده و سیستم خلل و فرج دار می‌شود.
- به صورت همزمان بستر اپوکسی تبدیل به لایه کربنی مقاوم در برابر حریق می‌شود. هریک از این دو سازوکار از اهمیت بالایی برخوردارند.
نحوه عملکرد پوشش ضد حریق پایه اپوکسی
ایجاد خلل و فرج در سیستم موجب کاهش دانسیته و ضریب انتقال حرارتی پوشش شده و پوشش تبدیل به لایه فوم می‌شود. بستر اپوکسی نیز به عنوان منبع ایجاد زغال یا کربن موجب القای سازوکار دوم می‌شود. یک فرمولاسیون مقاوم در برابر حریق از سه بخش تشکیل شده است.
۱) منبع کربنی (که همان رزین اپوکسی است).
۲) عامل فوم کننده (که با اعمال حرارت، موجب آزاد شدن گاز در پوشش شده و خلل و فرج ایجاد می‌کند).
۳) منبع اسیدی (که به عنوان کاتالیست در ایجاد لایه زغالی کمک می‌کند). در برخی فرمولاسیون‌ها از فیلر‌های تقویت کننده همچون الیاف کوتاه شیشه نیز استفاده می‌شود. در این گزارش جنبه‌های مختلف عمکلرد پوشش ضد حریق محصول Akzo Nobel مورد مطالعه قرار خواهد گرفت.
آزمایش ها
مهمترین اجزای تشکیل دهنده این پوشش عبارتند از رزین اپوکسی، آمونیوم فسفات و بوریک اسید. یکی از جنبه‌های بسیار جالب توجه این نوع پوشش‌ها بازدهی بالای آن‌ها در ایجاد یک لایه فوم عایقی است. به طوری که در صورت اعمال حرارت با دمای C ˚۷۰۰ بر یک صفحه استیل به ضخامت ۱۶ میلی متر، دمای پشت صفحه از ۷۰۰ درجه به ۲۰۰ درجه کاهش می‌یابد. نتایج وزن سنجی حرارتی(TGA) نشان داد که ۳۵% وزن اولیه پوشش تبدیل به زغال می‌شود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح پوشش پس از اعمال حرارت در دماهای مختلف نشان داده شده است.
شکل۱ تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی پوشش مقاوم در برابر حریق در دماهای مختلف اعمال حرارت.
همان طور که در شکل ۱ مشاهده می‌شود، با افزایش دمای اعمال حرارت، اندازه خلل و فرج‌ها بزرگتر می‌شود. به منظور تببین دقیق تر این مسئله، تغییرات حجم پوشش ضد حریق با اعمال دماهای مختلف، تغییرات حجم در یک قالب استوانه ای در شکل ۲ نشان داده شده است:
شکل۲. تغییرات حجم پوشش به شکل قالب استوانه ای در دماهای مختلف از دمای محیط (a) تا ۸۰۰ درجه (f).
نتایج
نتایج نشان داد که حجم پوشش ضد حریق در دمای ۸۰۰ درجه سانتی گراد حدود ۶/۴ برابر حجم اولیه آن است. بیشترین میزان افزایش حجم مربوط به ناحیه دمایی ۳۰۰ تا ۴۰۰ درجه سانتی گراد است که میزان تورم به ۵ برابر افزایش حجم اولیه می‌رسد. احتمالا با افزایش بیشتر دما، ساختار کربنی شروع به جمع شدگی (shrink) می‌نماید. تغییرات ضریب انتقال حرارتی پوشش نیز از همین روند تبعیت می‌کند. بیشترین میزان کاهش چگالی و ضریب انتقال حرارتی پوشش مربوط به ناحیه دمایی ۳۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتی گراد بود، شکل۳.
شکل۳. تغییرات دانسیته(سمت چپ) و ضریب انتقال حرارتی پوشش(سمت راست) در دماهای مختلف.
با اعمال حرارت در ناحیه دمایی ۱۴۰ تا ۲۶۰ درجه سانتی گراد، اسید بوریک تجزیه شده و در دو مرحله آب آزاد می‌شود. در ناحیه دمایی ۲۰۰ تا ۳۸۰ درجه سانتی گراد نیز آمونیوم فسفات تخریب می‌گردد. در ناحیه دمایی حدود ۴۰۰ درجه سانتی گراد، واکنش میان ترکیبات آلی و باقی مانده اسید بوریک و آمونیوم فسفات منجر به شکل گیری ساختار کربنی پوشش می‌شود. نتایج نشان داد که گازهای مختلفی همچون NH۳ و H۲O و CO۲ در حین اعمال حرارت از سیستم آزاد می‌شوند. آمونیاک از ۲۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتی گراد، آب در دو بازه ۱۰۰-۲۰۰ و ۳۰۰-۴۰۰ و در نهایت کربن دی اکسید نیز در بازه دمایی ۳۰۰-۵۰۰ درجه سانتی گراد از پوشش ضد حریق آزاد می‌گردند.