Пути снижения горючести полимерных материалов

Высокая горючесть полимеров объясняется высоким содержанием углерода в большинстве полимерных соединений. Не стоит забывать, что «родственниками» полимеров являются такие «эталонные» горючие вещества, как бензин и дизельное топливо. Поэтому для успешного применения полимеров в строительстве, электротехнике и в прочих сферах, где высокая горючесть является источником риска, применяются различные методы снижения горючести и обеспечения огнестойкости.

Для начала – терминологическая чистота

Говоря о горючести, необходимо понимать отличия между некоторыми терминами:

• Горючесть – это способность воспламеняться, а также поддерживать процесс горения и распространять пламя по поверхности изделия.
• Негорючесть – антоним горючести, то есть неспособность материала поддерживать процесс горения. Среди полимеров таких материалов практически не встречается.
• Воспламеняемость – это образование открытого самоподдерживающегося пламени на поверхности материала при контакте с источником пламени и/или нагреве до определенной температуре. 
• Огнестойкость – это способность определенное время сохранять геометрические параметры и технические свойства в процессе горения.
• Самозатухание – способность материала самостоятельно подавить процесс горения без посторонних мероприятий по его тушению.

Методы снижения горючести

Чтобы понизить горючесть материала необходимо изъять из «уравнения горения» один из компонентов: температуру или топливо. Для этого полимерный материал модифицируется следующими методами:

• Увеличение теплопотерь с целью снижения температуры огня. В материал вводятся специальные присадки, которые способствуют отведению или поглощению тепла.
• Минимизация излучения тепла за счет защитных слоев. Могут применяться композитные конструкции или вводиться в состав коксующиеся присадки.
• Замедление перехода полимера в газообразное состояние. В горении полимеров самый опасный процесс – это выделение горючих газов, которые могут повышать температуру горения и ускорять распространение огня. Поэтому вводятся присадки, корректирующие этот фактор.
• Модификация продуктов разложения в ходе горения. Процесс горения – это своего рода химическая реакция, в ходе которой образуются различные вещества, которые могут быть как горючими, так и негорючими. За счет введения специальных модификаторов достигается смещение баланса в сторону негорючих продуктов распада.
• Увеличение инфракрасного излучения пламени, что приводит к снижению температуры горения. К примеру, для снижения температуры и увеличения инфракрасного излучения могут применяться бромсодержащие присадки, которые в процессе горения образуют сажу и повышают светимость пламени за счет образования этих твёрдых частиц в массе полимера.
• Введение негорючих материалов непосредственно в состав.

Среди основных присадок, которые применяются на практике, можно выделить две группы:

• Минеральные наполнители, воспламеняющиеся при температуре свыше 1000°С. Это могут быть силикаты, оксиды металлов, фторид лития и др.
• Вещества, поглощающие тепло в процессе разложения в ходе горения. Например, гидрокарбонаты и гидроксиды металлов разлагаются при температурах около 400°С, поглощают тепло, выделяют углекислый газ и пары воды, тем самым «тушат изнутри» пламя.

Баланс эластичности и горючести – главная проблема

Все без исключения модификаторы, повышающие огнестойкость полимеров, понижают их эластичность и увеличивают хрупкость. В связи с этим при чрезмерном повышении огнестойкости полимер может лишиться своих ключевых преимуществ, особенно если речь о термопласте. Поэтому при снижении горючести подбирают баланс, позволяющий совместить приемлемые технические свойства и высокие показатели огнестойкости.