Использование усиленных пластиков в транспортной индустрии продолжит расти. Транспортные компании ищут возможности для оптимизации транспортной эффективности путем снижения веса транспортных средств, при этом также растет необходимость обеспечения безопасности пассажиров.

В то время как композиты являются великолепной технологией для снижения веса, большинство термореактивных смол несут риск снижения безопасности при использовании в массовом транспорте. Арам Мекджан, глава компании Mektech Composites, объясняет, что немодифицированные полиэфирные и винилэфирные смолы, в отличие от металлов, могут загореться потому, как являются органическими полимерами; их химические составы содержат, по крайней мере, одну углеродную структуру. Реакция горения, особенно при наличии других компонентов смолы, может выделять токсичные продукты (угарный газ, окись азота), которые приводят к неудаче при тестировании этих смол на предмет соответствия федеральным стандартам.

Со временем были разработаны наполнители для смол и огнестойкие термореактивные смолы, которые подходят под требования пожарной безопасности, выделения дыма и токсичности. В настоящее время эти общепризнанные решения объединяются с другими материалами, такими как неорганические смолы и специально разработанные формы волокон.

ОГНЕСТОЙКИЕ НАПОЛНИТЕЛИ

Традиционно, огнестойкие добавки в смолы содержат галогены. В этом случае добавка содержит фтор, хлор, бром, йод или астатин. Бромированные смолы, наиболее часто используемые, являются сильными окислителями. При воздействии тепла слабые связи между бромом и основой атомной структуры смолы заменяются на ковалентные связи, что приводит к невозможности дальнейшего горения. Во время протекания этой реакции, которая придает бромированным смолам их огнестойкие свойства, выделяющийся бром затем реагирует с водородом с образованием HBr. Если бромированная смола подвергается дальнейшему воздействию и/или более горячему пламени, плотность HBr может возрастать. Выделяющийся при этом дым гораздо более токсичный, чем дым от смол без добавок галогенов. В приложении массового транспорта, где токсичность дыма является важным параметром, привлекательность использования смол с добавлением галогенов снижается.

Обычной заменой галогенных добавок служит тригидрат алюминия (ATH, Al(OH)3). Когда композит с добавлением ATH подвергается воздействию температур выше 230 С, ATH теряет 35% своего веса в виде воды, в то время как оставшаяся часть становится инертным, негорючим оксидом алюминия (Al2O3). Эта реакция эндотермическая, протекающая с поглощением тепла; вода препятствует распространению пламени. Поставщиками ATH являются  Gruber Systems, Huber Engineered Materials и R.J.Marshall Co.

В то время как ATH позволяет эффективно контролировать горение, выделение дыма и токсичность, он также является наполнителем, который, как и другие наполнители, может иметь нежелательное воздействие на характеристики смолы и технологию переработки. «В основном, продукты ATH различаются по размеру частиц», - говорит Гари Рэкс, менеджер термореактивных технологий компании Huber, объясняя, что уменьшение размера частиц ATH приводит к увеличению суммарной площади поверхности частиц, и наоборот. Для примера, частица размером 9 мкм имеет площадь поверхности 2.1 м2/г. Частица размером 2 мкм имеет площадь поверхности 13.0 м2/г. Увеличение площади поверхности способствует большему взаимодействию между ATH и смолой, что приводит к улучшению огнестойких свойств при одном и том же относительном весе наполнителя в смоле. Однако, увеличение площади поверхности частиц также приводит к увеличению вязкости смолы, делая пропитку волокон более трудоемким, особенно при использовании технологии вакуумной пропитки.

Во избежание технологических проблем, связанных с повышенной вязкостью смол, компания Huber рекомендует «упакованные частицы». Упаковка частиц минимизирует возрастания вязкости, но максимизирует полезную площадь взаимодействия смола/ATH, при помощи добавления в смолу двух типов ATH: один крупнозернистый (размеры частиц более 9 мкм) и один мелкозернистый (частицы менее 3.5 мкм в диаметре). Малые частицы стремятся заполнить пространство между большими частицами, при этом вытесняя смолу. Прежде «захваченные» молекулы смолы теперь имеют свободу движения, и отсюда соответствующее снижение вязкости смолы. Т.к. выбор размера частиц и их относительного веса зависит от типа используемых в производстве изделий смолы и волокон, компания Huber предлагает крупнозернистый и мелкозернистый ATH  раздельно, предлагая пользователю самому подобрать нужную пропорцию смешивания.

СИСТЕМЫ СМОЛ НА ОСНОВЕ ТРИГИДРАТА АЛЮМИНИЯ

Тогда как производители композитов обычно покупают ATH отдельно и добавляют его в органические смолы перед процессом производства, характеристика наполненной смолы зависит от степени перемешивания, дозирования и учетных способностей исполнителя. По этой причине некоторые производители смол учитывают добавку ATH на этапе производства смолы. Компания Ashland, например, разработала акриловую смолу MODAR (modified acrylic resin – модифицированная акриловая смола), термореактивную систему с учетом добавления ATH, более 10 лет назад. Модифицированные и улучшенные с тех пор, характеристики этой смолы превосходят современные требования ASTM*. Т.к. MODAR не содержит галогенов, единственными токсичными газами, выделяемыми при горении, являются угарный газ, оксиды азота и хлороводород в объемах 100, 4 и 0.5 ppm (частей на миллион) соответственно. Разновидности смолы MODAR используются для большинства процессов формования, включая инжекцию (RTM), пултрузию и намотку. Они используются в массовом производстве деталей экстерьера транспорта, панелей для внутренней отделки, сидений, кожухов туннельных кабелей. Последние обеспечивают защиту от возгорания при прокладке высоковольтных кабелей.

ВСТРОЕННАЯ ОГНЕСТОЙКОСТЬ

«Фенольные смолы, полученные в начале 20 века, по своей сути основаны на огнестойких соединениях, в которых фенол (C6H6O) является самой простой частью», - говорит Крис Ли, менеджер рынка композитов компании Georgia Pacific Resins. Являясь органическими соединениями, фенольные смолы, несмотря на это, имеют высочайшую стойкость к нагреву и пламени. По словам Арама Мекджана, фенольные смолы превосходят полиэфирные, винилэфирные и эпоксидные смолы в области контроля горения, выделения дыма и токсичности, и далеко превосходят требования ASTM.

Однако, с фенольными смолами трудно работать. В процессе полимеризации они выделяют воду, которая может создавать пустоты и малые отверстия в поверхности. Они содержат кислотный катализатор, поэтому инструменты и оборудование должны быть сделаны их эпоксидных смол или с никелированным покрытием во избежание коррозии. К тому же, фенольные смолы непрозрачные и поэтому не могут быть успешно пигментированы. Компоненты, несущие эстетическую функцию, должны быть вторично грунтованы и покрашены.

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ АЛЬТЕРНАТИВА

Системы неорганических смол также по сути огнестойкие, потому как производятся без чувствительного к огню углеродного компонента. Компания Goodrich Corp.’s Engineered Polymer Div. недавно разработала смолы под торговой маркой FyreRoc, созданные на основе металло-силикатного материала. После полимеризации и при воздействии огня, металло-силикат создает барьер огню, предотвращающий воспламенение защищаемого материала. Результатом является крайне ограниченное распространение пламени и выделение дыма, превосходящие требования ASTM.

Однако, FyreRoc испытывает pH-управляемую полимеризацию. Когда повышается температура во время процесса отверждения, выделяется вода, понижая уровень pH до нейтральной величины отвержденного материала. Высокий уровень pH неотвержденной жидкой смолы повреждает стеклянные волокна, поэтому в настоящее время используются более дорогие волокна из карбида кремния, углерода или стали. Компания Goodrich ищет более дешевое решение на основе стекла со стойкостью к высокому pH, что позволит использовать композиты на основе FyreRoc в массовых транспортных приложениях.

ВЗДУВАЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ

Вздувающиеся огнестойкие системы использовались на протяжении многих лет, обычно в форме цветных покрытий. Вздутие описывает свойство разбухания. Вздувающиеся системы со стойкостью к огню обычно содержат три компонента – кислоту, углерод и катализатор – которые взаимодействуют для образования угольного слоя, эффективно снижающего риск воспламенения и горение покрываемого материала (например, сэндвич панель с сердцевиной из бальзы). Недавно вздувающиеся материалы были добавлены в сами композиты, для получения преимуществ угольного барьера без дополнительной вторичной окраски.

*Примечание: ASTM - стандартные методы тестирования 1) поверхностной горючести материалов, используя радиационный источник нагрева, 2) специальной оптической плотности дыма, выделяемого при горении твердых материалов, разработаны в США. 

 С анализом технологий и оборудования для производства полиэфирных смол Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Анализ оборудования и сырьевой базы для производства полиэфирных смол».

www.newchemistry.ru