Úvod
Fenolformaldehydové živice, bežne označované ako fenolové živice, predstavujú triedu syntetických termosetových polymérov syntetizovaných polykondenzáciou fenolov s aldehydmi. Tieto materiály majú zavedenú priemyselnú históriu a používajú sa v aplikáciách, ktoré čerpajú z ich chemickej odolnosti a tepelných vlastností.
Pri analýze správania fenolových systémov pri tepelnom namáhaní alebo vystavení ohňu je nevyhnutná presná terminológia. Reakcia na oheň nie je prirodzenou vlastnosťou materiálu s jednou hodnotou. Je to odozva na úrovni systému ovplyvnená chémiou živice, parametrami zloženia, geometriou vzorky a použitými testovacími metódami. Tento článok poskytuje rámec na pochopenie reakcie systémov fenolovej živice na oheň a na interpretáciu testovacích údajov v rámci vhodných hraníc.
Rozlíšenie technickej terminológie
Hodnotenia správania súvisiaceho s požiarom často spájajú odlišné fyzikálne a chemické javy. Presná technická komunikácia si vyžaduje jasné rozlíšenie medzi týmito pojmami:
• Tepelná stabilita sa vzťahuje na schopnosť materiálu odolávať chemickým alebo fyzikálnym zmenám, keď je vystavený definovanému tepelnému prostrediu.
• Tepelný rozklad popisuje chemickú degradáciu, ku ktorej dochádza, keď je materiál vystavený zvýšeným teplotám.
• Tvorba uhlíka sa vzťahuje na tvorbu uhlíkatého pevného zvyšku počas tepelného rozkladu za špecifických podmienok. Aj keď určité vytvrdené fenolové formulácie môžu poskytnúť takýto zvyšok, jeho množstvo a fyzikálne vlastnosti závisia od štruktúry živice, hustoty zosieťovania a podmienok expozície.
• Reakcia na oheň popisuje, ako materiál reaguje na zapálenie a spaľovanie za predpísaných testovacích podmienok. V závislosti od metódy môžu hodnotené charakteristiky zahŕňať zápalnosť, šírenie plameňa, uvoľňovanie tepla, tvorbu dymu a horiace kvapôčky alebo častice.
• Požiarna odolnosť je funkčná charakteristika všeobecne aplikovaná na konštrukčné prvky, komponenty alebo zostavy. Opisuje ich schopnosť zachovať špecifikované funkcie, ako je nosnosť, celistvosť alebo tepelná izolácia, počas definovaného vystavenia požiaru podľa použiteľnej skúšobnej metódy. Nemal by byť prezentovaný ako univerzálna vlastnosť všetkých druhov fenolových živíc.
Tieto pojmy opisujú rôzne, ale potenciálne súvisiace aspekty tepelného a požiarneho správania a nemali by sa používať zameniteľne. Klasifikácia získaná z testu horľavosti v malom meradle nepredstavuje hodnotenie požiarnej odolnosti konštrukcie. Tepelná stabilita nemusí nevyhnutne naznačovať nízke uvoľňovanie tepla a tendencia vytvárať zuhoľnatené látky neurčuje požiarne vlastnosti hotového výrobku. Výsledky získané zo vzoriek čistej živice nemožno priamo extrapolovať na kompozity, lamináty, nátery, komponenty alebo hotové zostavy.
Prehľady a hranice fenolickej chémie
Fenolové živice môžu existovať v rôznych materiálových stavoch, od predpolymérov až po úplne vytvrdené termosetové siete. Zosieťovaná sieť charakteristická pre vytvrdený fenolický termoset sa vyvíja počas procesu vytvrdzovania. V závislosti od stupňa vytvrdnutia sa fenolový materiál môže pohybovať od čiastočne zreagovaného predpolyméru až po úplne zosieťovanú sieť. Tieto štrukturálne rozdiely môžu ovplyvniť správanie tepelného rozkladu za špecifických podmienok expozície.
V niektorých vytvrdených fenolových formuláciách sa môžu počas pôsobenia tepla vytvoriť uhlíkaté zvyšky. Tento zvyšok môže za hodnotených podmienok ovplyvniť prenos tepla a transport alebo uvoľňovanie prchavých produktov rozkladu. Jeho správanie závisí od mnohých premenných, vrátane chémie živice, stupňa vytvrdnutia, prísad, výstužných vlákien, pórovitosti, hrúbky vzorky, dopadajúceho tepelného toku a okolitého testovacieho prostredia.
Zosieťované termosetové siete nepodliehajú reverzibilnému taveniu rovnakým spôsobom ako termoplasty. Avšak táto charakteristika sama osebe nepreukazuje obmedzené šírenie plameňa, nízke uvoľňovanie tepla, samozhášavé správanie alebo požiarnu odolnosť na úrovni komponentov.
Uhlíkaté zvyšky by sa nemali označovať ako absolútna bariéra, ktorá úplne bráni prenikaniu kyslíka. Prítomnosť aromatických štruktúr tiež nemôže sama osebe predpovedať požiarnu bezpečnosť hotového výrobku. Špecifické mechanizmy degradácie a hodnoty výťažku zuhoľnatenia vyžadujú experimentálne overenie pre konkrétne zloženie materiálu a uvažované testovacie podmienky.
Úrovne hodnotenia pri testovaní materiálov
Údaje o požiarnych vlastnostiach sú špecifické pre testované zloženie materiálu a konfiguráciu vzorky. Mali by sa rozlišovať tieto úrovne hodnotenia:
• Chémia a stav dodávky živice: Popisuje chemické zloženie a fyzikálnu formu dodávanej živice, ktorá môže zahŕňať tekuté, pevné alebo roztokové formy. Táto informácia sama osebe necharakterizuje požiarny výkon.
• Vytvrdená vzorka zo živice: Výsledky charakterizujú konkrétnu vzorku vytvrdenej živice za špecifikovaných testovacích podmienok a vzťahujú sa len na daný stav materiálu a konfiguráciu vzorky.
• Formulovaná zmes alebo kompozit: Výsledky sú ovplyvnené plnivami, výstužnými vláknami, funkčnými aditívami, hustotou, stupňom vytvrdnutia, sieťovou štruktúrou a podmienkami spracovania.
• Laminát, náter, lisovaná časť alebo komponent: Výkon je navyše ovplyvnený substrátmi, rozhraniami, geometriou, detailmi inštalácie a priľahlými materiálmi.
• Hotový produkt, zostava alebo konštrukcia: Hodnotenie na tejto úrovni sa musí riadiť testovacími metódami, špecifikáciami, certifikačnými postupmi a regulačnými požiadavkami platnými pre konkrétny produkt a jurisdikciu.
Údaje vygenerované na jednej úrovni hodnotenia by sa nemali používať bez podporných dôkazov na odvodenie súladu s predpismi, certifikácie produktu alebo výkonu v oblasti skutočnej požiarnej bezpečnosti na inej úrovni.
Faktory ovplyvňujúce nameraný požiarny výkon
Namerané charakteristiky reakcie na oheň môžu byť ovplyvnené mnohými materiálovými a testovacími premennými. Toto sú skôr hodnotiace úvahy než ukazovatele garantovaného smerovania výkonu:
• Chémia živíc a rozdelenie molárnej hmotnosti
• Stupeň vytvrdnutia a hustota siete
• Povaha a koncentrácia plnív alebo výstuží
• Prítomnosť a typ funkčných prísad
• Hrúbka, orientácia a rozmery vzorky
• Zdanlivá hustota a vnútorná pórovitosť
• Kondicionovanie a vystavenie životnému prostrediu pred testovaním
• Charakteristika zdroja vznietenia a dopadajúceho tepelného toku
• Testovací štandard a hlásené koncové body
Interpretácia klasifikácií horľavosti a indexu kyslíka
Štandardizované testovacie metódy hodnotia rôzne koncové body, takže výsledky získané rôznymi metódami nie sú vzájomne zameniteľné. Klasifikácia horľavosti sa vzťahuje len na vzorky, ktoré spĺňajú špecifikované zloženie, rozmery, úpravu a procedurálne požiadavky. Klasifikácia sa nedá odvodiť z generického označenia materiálu alebo chemickej skupiny. Akákoľvek nárokovaná klasifikácia musí byť potvrdená pomocou príslušnej skúšobnej správy, certifikačného záznamu alebo oficiálneho zoznamu.
Limitný kyslíkový index meria minimálny objemový podiel kyslíka v prúdiacej zmesi kyslík-dusík potrebný na podporu spaľovania malých vertikálnych vzoriek za špecifikovaných podmienok. Výsledky závisia od zloženia vzorky, rozmerov, kondicionovania a testovacej metódy. Izolovaná hodnota indexu kyslíka nemôže predpovedať správanie požiaru v reálnom svete. Porovnania medzi laboratóriami, konfiguráciami vzoriek alebo testovacími podmienkami vyžadujú príslušnú kvalifikáciu a nemusia byť priamo platné.
Citovanie štandardizovanej testovacej metódy neznamená, že konkrétny produkt bol testovaný, dosiahol špecifikovaný výsledok alebo je v súlade s komerčnými alebo regulačnými požiadavkami.
Skúšobné správy a hranice dokumentácie
Analytické a technické dokumenty plnia rôzne funkcie:
• Správy o testoch dokumentujú výsledky pre materiál alebo vzorku, metódu, podmienky a koncové body uvedené v správe.
• Certifikáty a zoznamy sa vzťahujú len na produkty, formulácie, rozmery, výrobné podmienky, hodnotenia a iné obmedzenia uvedené v príslušnom zázname.
• Technické listy poskytujú technické informácie publikované dodávateľmi pre jednotlivé druhy materiálov.
• Karty bezpečnostných údajov obsahujú informácie o nebezpečenstve a preventívne opatrenia pre produkty tak, ako sú dodané.
• Certifikáty analýzy uvádzajú výsledky testov špecifických pre šaržu alebo položky zhody uvedené dodávateľom.
Karty technických údajov, karty bezpečnostných údajov a certifikáty analýzy nenahrádzajú protokoly o požiarnych skúškach ani certifikácie produktov. Kvalifikácia produktu a posúdenie zhody sa musia riadiť testovacími metódami, požiadavkami na dokumentáciu, certifikačnými postupmi a predpismi platnými pre konkrétny produkt a jurisdikciu.
Záver
Fenolformaldehydové živice majú stanovené chemické vlastnosti, ale účinnosť reakcie na oheň sa musí vyhodnotiť pomocou špecifického zloženia materiálu, konfigurácie vzorky a príslušného protokolu testu. Pre presnú technickú komunikáciu je nevyhnutné rozlišovať medzi tepelnou stabilitou, tepelným rozkladom, tvorbou uhlíka, reakciou na oheň a požiarnou odolnosťou.
Testovacie metódy, úrovne hodnotenia materiálov, požiadavky na produkty a jurisdikčné pravidlá musia byť zosúladené tak, aby sa výsledky interpretovali len v rámci ich validovaného rozsahu.
Kontaktovať
Hodnotenie priemyselných zákazníkovfenolformaldehydová živicasystémy pre špecifické aplikácie môžu poskytnúť nasledujúce informácie pre predbežné diskusie o produkte a dokumentácii:
• Špecifická trieda živice a forma dodávky
• Zamýšľané zloženie alebo komponent
• Cieľový stav vytvrdnutia a podmienky spracovania
• Použiteľné skúšobné metódy alebo normy
• Konfigurácia vzorky alebo finálnej časti
• Príslušné regulačné alebo výkonnostné špecifikácie
• Dostupné protokoly o skúškach alebo technická dokumentácia
Počiatočné technické diskusie nepredstavujú technické schválenie, certifikáciu produktu ani potvrdenie súladu s predpismi. Konečný výber materiálu, kvalifikácia produktu a posúdenie zhody musia byť dokončené prostredníctvom príslušných zákazníckych, testovacích, certifikačných a regulačných procesov.
Referencie
1. Gardziella, A., Pilato, LA a Knop, A. (2000). Fenolové živice: chémia, aplikácie, štandardizácia, bezpečnosť a ekológia (2. vydanie). Springer Berlin, Heidelberg. DOI: 10.1007/978-3-662-04101-7
2. Medzinárodná organizácia pre normalizáciu. (2017). ISO 4589-2:2017, Plasty – Stanovenie správania pri horení kyslíkovým indexom – Časť 2: Skúška pri teplote okolia. Medzinárodná organizácia pre normalizáciu. https://www.iso.org/standard/60786.html