Η φωτιά ήταν πάντα μια από τις πιο σοβαρές απειλές για την ανθρώπινη κοινωνία. Καθώς τα κτίρια, τα συστήματα μεταφοράς, τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, τα ηλεκτρικά προϊόντα και τα πολυμερή υλικά έχουν γίνει ολοένα και πιο διαδεδομένα, η ζήτηση για βελτιωμένη απόδοση πυρκαγιάς συνέχισε να αυξάνεται.
Είναι σημαντικό να διακρίνουμε-επιβραδυντικά φλόγας από εντελώς μη εύφλεκτα υλικά. Ο σκοπός της τεχνολογίας επιβραδυντικών φλόγας{{3} είναι να μειώσει την πιθανότητα ανάφλεξης, να επιβραδύνει την εξάπλωση της φλόγας, να περιορίσει την έκλυση θερμότητας και να παρέχει περισσότερο χρόνο για εκκένωση και πυρόσβεση.
Από τα προστατευτικά στρώματα αργίλου που χρησιμοποιούνται σε αρχαία κτίρια μέχρι τα σύγχρονα διογκούμενα συστήματα, τα νανοσύνθετα υλικά και τις τεχνολογίες χαμηλής-καπνού, χαμηλής-τοξικότητας, η ανάπτυξη υλικών ανθεκτικών στη φωτιά-είναι μια μακρά διαδικασία συνεχούς εξερεύνησης.
1. Αρχαία κινεζικά πυροπροστασία και προστασία κτιρίων
Η Κίνα άρχισε να εξερευνά μεθόδους πυροπροστασίας σε πολύ πρώιμο στάδιο.
Στον αρχαιολογικό χώρο Dadiwan στο Qin'an της επαρχίας Gansu, που χρονολογείται πριν από περίπου 5.000 έως 8.000 χρόνια, αρχαίοι οικοδόμοι τοποθέτησαν στρώματα γης γύρω από ξύλινες κολώνες σε μεγάλα δημόσια κτίρια και εφάρμοσαν προστατευτικά τσιμεντοειδές υλικά στην επιφάνεια των ξύλινων κατασκευών. Αυτές οι πρακτικές μπορούν να θεωρηθούν ως πρώιμες μορφές αρχιτεκτονικής πυροπροστασίας.
Κατά την περίοδο της Άνοιξης και του Φθινοπώρου, οι άνθρωποι είχαν ήδη αναγνωρίσει ότι η αφαίρεση μικρότερων κατασκευών, η επικάλυψη μεγαλύτερων κτιρίων και η δημιουργία ζωνών διαχωρισμού θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην επιβράδυνση της εξάπλωσης της φωτιάς.
Κατά την περίοδο της άνοιξης και του φθινοπώρου και των εμπόλεμων κρατών, ο Κινέζος φιλόσοφος Mozi πρότεινε μια σειρά από μέτρα πρόληψης και πυρόσβεσης. Αυτά περιελάμβαναν την επικάλυψη πυλών και κτιρίων με λάσπη, την κατασκευή νερού-που μεταφέρει εργαλεία από ύφασμα κάνναβης, τη χρήση δερμάτινων δοχείων για τη συγκράτηση του νερού και την εγκατάσταση εγκαταστάσεων αποθήκευσης νερού σε αμυντικούς πύργους.
Αυτά τα μέτρα αντικατόπτριζαν μια πρώιμη ολοκληρωμένη προσέγγιση που συνδύαζε-πυράντοχη επεξεργασία επιφάνειας, σχεδιασμό κτιρίου και πυροσβεστικό εξοπλισμό.
Από τη Δυναστεία Γιουάν, ο γεωπόνος επιστήμονας Γουάνγκ Ζεν είχε παράσχει μια σχετικά συστηματική συζήτηση για την πυροπροστασία των κτιρίων στο έργο τουNong Shu, ήΒιβλίο Γεωργίας. Έγραψε:
Η φωτιά μεγαλώνει όταν συναντά το ξύλο, σβήνει από το νερό και τελειώνει όταν φτάσει στη γη.
Ο Wang Zhen κατέγραψε επίσης ένα-ανθεκτικό στη φωτιά υλικό κατασκευασμένο από συστατικά όπως θρυμματισμένο τούβλο, άργιλος, λάδι tung, σκόνη ξυλάνθρακα και λάιμ, αναμεμειγμένο με κολλώδη ρυζόκολλα. Το υλικό παρείχε επιφανειακή κάλυψη, θερμομόνωση και προστασία και μπορεί να θεωρηθεί ως μια πρώιμη κινεζική σύνθετη πυροπροστασία-επικάλυψη.
Αν και αυτές οι ιστορικές πρακτικές δεν αποτελούσαν ακόμη ένα σύγχρονο χημικό σύστημα-επιβραδυντικό φλόγας, έχουν ήδη επιδείξει αρκετές σημαντικές αρχές: απομόνωση εύφλεκτων υλικών από τον αέρα, μείωση της μεταφοράς θερμότητας, κάλυψη εύφλεκτων υποστρωμάτων και αποτροπή άμεσης έκθεσης στη φλόγα.
2. Early Western Exploration of Flame-Θεραπεία επιβραδυντικού
Τα αρχεία θεραπείας επιβραδυντικών φλόγας στη Δύση μπορούν επίσης να εντοπιστούν στην αρχαιότητα.
Σύμφωνα με ιστορικές μαρτυρίες από την αρχαία Ελλάδα, το ξύλο επεξεργάστηκε με διαλύματα με βάση-στυπτηρία γύρω στο 450 π.Χ. για να μειωθεί η ευφλεκτότητά του. Οι Ρωμαίοι αργότερα βελτίωσαν τη διαδικασία προσθέτοντας ουσίες όπως ξύδι στο διάλυμα θεραπείας, βοηθώντας στην ενίσχυση της αντοχής και της αποτελεσματικότητάς του.
Τον πρώτο αιώνα π.Χ., οι μέθοδοι επιβράδυνσης φλόγας-είχαν ήδη εφαρμοστεί στη στρατιωτική άμυνα. Σύμφωνα με πληροφορίες, διαλύματα με βάση-στυπτηρία χρησιμοποιήθηκαν για την επεξεργασία ξύλινων οχυρώσεων, ενώ επιστρώσεις από πηλό και υλικά ενισχυμένα με ίνες-χρησιμοποιήθηκαν για την προστασία του ξύλινου εξοπλισμού πολιορκίας από τη φωτιά.
Το 1638, ο Ιταλός σκηνογράφος και αρχιτέκτονας Nicola Sabbatini πρότεινε την προσθήκη πηλού και γύψου σε επιχρίσματα που χρησιμοποιούνται στις κουρτίνες του θεάτρου για να μειωθεί ο κίνδυνος πυρκαγιάς. Αυτή η εφαρμογή δείχνει πώς οι κίνδυνοι πυρκαγιάς σε δημόσια κτίρια συνέβαλαν στην πρώιμη ανάπτυξη τεχνολογιών επιβραδυντικών φλόγας-.
Το 1735, εκδόθηκε ένα βρετανικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την επεξεργασία ξύλου και υφασμάτων χρησιμοποιώντας στυπτηρία, βόρακα και θειικό σίδηρο. Μέχρι τα τέλη του δέκατου όγδοου αιώνα, ενώσεις όπως το θειικό αμμώνιο ερευνούνταν επίσης ως συστατικά σκευασμάτων επιβραδυντικών φλόγας{{2}.
3. Ο σχηματισμός της σύγχρονης φλόγας-Επιβραδυντική επιστήμη
Ο δέκατος ένατος αιώνας σηματοδότησε μια σημαντική μετάβαση από τις πρακτικές πυροπροστασίας που βασίζονται στην εμπειρία- στην επιστημονική έρευνα.
Το 1821, ο Γάλλος χημικός JL Gay-Lussac ανατέθηκε να διερευνήσει μεθόδους για τη μείωση της ευφλεκτότητας των κουρτινών του θεάτρου. Βρήκε ότι τα άλατα αμμωνίου των θειικών, υδροχλωρικών και φωσφορικών οξέων θα μπορούσαν να βελτιώσουν την αντίσταση στη φλόγα της κάνναβης και του λινού.
Παρατήρησε επίσης ότι οι συνδυασμοί χλωριούχου αμμωνίου, φωσφορικού οξέος και βόρακα θα μπορούσαν να βελτιώσουν περαιτέρω την απόδοση του επιβραδυντικού φλόγας{{0}.
Αυτή η εργασία θεωρείται ευρέως ως ένα σημαντικό σημείο εκκίνησης στην επιστημονική μελέτη ινών και σκευασμάτων που επιβραδύνουν τη φλόγα{{0}. Η βασική του αρχή-η χρήση ενώσεων που περιέχουν φώσφορο- και-που περιέχουν άζωτο για την προώθηση της αφυδάτωσης και του σχηματισμού απανθράκων-παραμένει σήμερα σχετική με την τεχνολογία επιβραδυντικών φλόγας-.
Γύρω στο 1859, ενώσεις όπως φωσφορικό αμμώνιο, χλωριούχο αμμώνιο, βόρακας, θειικό αμμώνιο και άλατα κασσιτέρου εφαρμόστηκαν περαιτέρω σε κατεργασία επιβραδυντικής φλόγας υφασμάτων.
Μέσω του εμποτισμού, της επικάλυψης και του σχηματισμού ανόργανων προστατευτικών στρωμάτων στις επιφάνειες ινών, η συμπεριφορά καύσης των υφασμάτων θα μπορούσε να βελτιωθεί.
Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η έρευνα για την επιβραδυντική φλόγα μετατοπίστηκε σταδιακά από τη χρήση μεμονωμένων ουσιών σε σύνθετες συνθέσεις, χημικές αντιδράσεις και τεχνολογίες επεξεργασίας επιφανειών-.
4. Βιομηχανική ανάπτυξη στον εικοστό αιώνα
Με την ταχεία ανάπτυξη των πλαστικών, του συνθετικού καουτσούκ και των συνθετικών ινών τον εικοστό αιώνα, η τεχνολογία επιβραδυντικών φλόγας-γίνεται όλο και πιο σημαντικό μέρος της βιομηχανίας υλικών.
Πολλά πολυμερή υλικά αναφλέγονται εύκολα, καίγονται γρήγορα και απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες θερμότητας. Ως αποτέλεσμα, η βελτίωση της απόδοσης πυρός τους έγινε μια σημαντική τεχνική πρόκληση.
Στις αρχές του εικοστού αιώνα, το χλωριωμένο καουτσούκ εισήλθε στο στάδιο της έρευνας και της εκβιομηχάνισης. Περίπου το 1913, τα άλατα κασσιτέρου και τα άλατα αμμωνίου χρησιμοποιούνταν για επεξεργασία επιβραδυντικών φλόγας υφασμάτων.
Στη δεκαετία του 1930, τα συνεργιστικά συστήματα με βάση τη χλωριωμένη παραφίνη και το οξείδιο του αντιμονίου άρχισαν να χρησιμοποιούνται σε επιβραδυντικά φλόγας-υλικά. Οι αλογονωμένες ενώσεις βοήθησαν στην αναστολή των αντιδράσεων ελεύθερων-ριζών στη φλόγα, ενώ το οξείδιο του αντιμονίου ενίσχυσε την αποτελεσματικότητά τους.
Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιήθηκαν ευρέως για πολλά χρόνια σε πλαστικά, καουτσούκ, επιστρώσεις και υφάσματα.
Την ίδια περίοδο, άρχισαν να εμφανίζονται ανόργανες επικαλύψεις πυροπροστασίας- με βάση συνδετικά υαλοπινάκων και ορυκτά υλικά πλήρωσης. Αργότερα, οι ερευνητές ανέπτυξαν επιστρώσεις που επεκτάθηκαν και σχημάτισαν ένα προστατευτικό στρώμα απανθράκωσης υπό τη θερμότητα, θέτοντας τα θεμέλια για τις σύγχρονες διογκούμενες{2}}προστατευτικές επικαλύψεις πυρκαγιάς.
Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, η ζήτηση για στρατιωτικές σκηνές και υλικά καμβά με αντοχή στη φλόγα και αντοχή στο νερό επιτάχυνε περαιτέρω την ανάπτυξη συστημάτων επιβραδυντικής φλόγας{{0} με βάση τη χλωριωμένη παραφίνη, το οξείδιο του αντιμονίου και τα συνδετικά.
5. Η Ανάπτυξη Συστημάτων Επιβραδυντικής Φλόγας-
Στα τέλη της δεκαετίας του 1940, οι ερευνητές άρχισαν να χρησιμοποιούν τον όρο "διόγκωση" για να περιγράψουν τη διαστολή και τον αφρισμό που εμφανίζονται όταν ορισμένα επιβραδυντικά της φλόγας-πολυμερή εκτίθενται σε θερμότητα ή φωτιά.
Μεταξύ 1948 και 1950 περίπου, η βασική δομή των διογκούμενων συστημάτων επιβραδυντικών φλόγας-έγινε σαφέστερη, οδηγώντας στις έννοιες της πηγής οξέος, μιας πηγής άνθρακα και μιας πηγής εμφύσησης.
· Τοπηγή οξέοςπροάγει την αφυδάτωση και την ενανθράκωση.
· Τοπηγή άνθρακασχηματίζει το πλαίσιο του προστατευτικού στρώματος char.
· Τοπηγή φυσήματοςαπελευθερώνει αέρια που διαστέλλουν τον άνθρακα σε μια πορώδη δομή.
Όταν το υλικό εκτίθεται σε φλόγα ή υψηλή θερμοκρασία, το διογκούμενο στρώμα καλύπτει το υπόστρωμα και περιορίζει τη μεταφορά θερμότητας, οξυγόνου και εύφλεκτων προϊόντων αποσύνθεσης. Αυτό επιβραδύνει τη θέρμανση και την καύση του υποκείμενου υλικού.
Στη δεκαετία του 1970, οι ερευνητές απέδειξαν περαιτέρω ότι ο σχηματισμός ενός σταθερού στρώματος άνθρακα κατά την καύση του πολυμερούς θα μπορούσε να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση του επιβραδυντικού φλόγας{{1}.
Ως εκ τούτου, η προστατευτική επίδραση του άνθρακα έγινε σημαντικό μέρος της θεωρίας του επιβραδυντικού φλόγας συμπυκνωμένης{{0}φάσης-.
Το 1989, ο G. Camino και άλλοι ερευνητές δημοσίευσαν συστηματικές μελέτες για τα διογκούμενα συστήματα επιβραδυντικής φλόγας{{2}, συμβάλλοντας στην προώθηση τόσο της θεωρητικής κατανόησης όσο και της πρακτικής εφαρμογής τους.
6. Η στροφή προς τα σύνθετα συστήματα υψηλής απόδοσης-
Μετά τη δεκαετία του 1950, άρχισαν να εμφανίζονται δραστικά-μονομερή επιβραδυντικά φλόγας και ρητίνες επιβραδυντικά φλόγας-.
Σε αντίθεση με τα πρόσθετα επιβραδυντικά φλόγας, τα αντιδραστικά επιβραδυντικά φλόγας μπορούν να ενσωματωθούν χημικά στη μοριακή δομή ενός πολυμερούς. Αυτό μπορεί να βελτιώσει την ανθεκτικότητα και να μειώσει τη μετανάστευση ή την απώλεια-επιβραδυντικών φλόγας εξαρτημάτων κατά τη χρήση.
Από τη δεκαετία του 1960 και μετά, διάφορα αρωματικά αλογονωμένα επιβραδυντικά φλόγας μπήκαν στην εμπορική χρήση και-υλικά επιβραδυντικά φλόγας μετακινήθηκαν σταδιακά στη βιομηχανική παραγωγή μεγάλης-κλίμακας.
Στη δεκαετία του 1980, η ανάπτυξη νανοσύνθετων υλικών άνοιξε μια νέα κατεύθυνση για την έρευνα επιβραδυντικών φλόγας{{1}.
Ορισμένα νανοϋλικά μπορούν να βελτιώσουν τη θερμική σταθερότητα, να προάγουν το σχηματισμό προστατευτικών στρωμάτων και να μειώσουν τα ποσοστά απώλειας θερμότητας-και μάζας- σε σχετικά χαμηλά επίπεδα φόρτωσης.
Τα σύγχρονα υλικά{0}}επιβραδυντικά φλόγας δεν βασίζονται πλέον σε ένα μόνο πρόσθετο. Αντίθετα, συνδυάζουν πολλούς μηχανισμούς, όπως:
· αναστολή αλυσιδωτών αντιδράσεων καύσης στην αέρια φάση.
· προώθηση του σχηματισμού άνθρακα στη συμπυκνωμένη φάση.
· μείωση της μεταφοράς θερμότητας μέσω μονωτικών στρωμάτων.
· Περιορισμός της κίνησης του οξυγόνου και των εύφλεκτων αερίων με ανόργανα φράγματα.
· μείωση του καπνού μέσω συστημάτων καταστολής του καπνού-.
· βελτίωση της δομής του άνθρακα και της θερμικής σταθερότητας με νανοϋλικά.
7. Οι κανονισμοί και τα πρότυπα οδηγούν σε βελτιώσεις στην πυρασφάλεια
Στο δεύτερο μισό του εικοστού αιώνα, τα πλαστικά, το συνθετικό καουτσούκ και οι συνθετικές ίνες χρησιμοποιούνται ευρέως σε κτίρια, μεταφορές, έπιπλα, ηλεκτρικά προϊόντα και καταναλωτικά αγαθά.
Ταυτόχρονα, οι κίνδυνοι πυρκαγιάς που συνδέονται με τα πολυμερή υλικά έλαβαν αυξανόμενη προσοχή.
Από τη δεκαετία του 1960 και μετά, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ευρώπη και άλλες περιοχές εισήγαγαν σταδιακά τις βιομηχανικές απαιτήσεις, τα πρότυπα προϊόντων και τους κανονισμούς ασφαλείας σχετικά με την ευφλεκτότητα των υλικών.
Επομένως, η βελτίωση της αντοχής στη φλόγα εξελίχθηκε από μια εθελοντική ενέργεια των κατασκευαστών σε υποχρεωτική απαίτηση πρόσβασης στην αγορά-για ορισμένα προϊόντα.
Σήμερα, οι απαιτήσεις για-επιβραδυντικό φλόγας και{1}}αντίσταση στη φωτιά ισχύουν για ένα ευρύ φάσμα βιομηχανιών, συμπεριλαμβανομένων:
· Οικοδομικά και κατασκευαστικά υλικά.
· υφάσματα?
· Έπιπλα και στρώματα.
· αυτοκίνητα και σιδηροδρομικές μεταφορές.
· αεροδιαστημική
· καλώδια και καλώδια.
· Ηλεκτρικός και ηλεκτρονικός εξοπλισμός.
· νέα-συστήματα μπαταριών ενέργειας.
Διαφορετικές εφαρμογές απαιτούν διαφορετικά επίπεδα και τύπους απόδοσης πυρκαγιάς.
Εκτός από την αντίσταση στην ανάφλεξη, τα υλικά μπορεί να χρειαστεί να αξιολογηθούν για εξάπλωση φλόγας, απελευθέρωση θερμότητας, παραγωγή καπνού, τοξικότητα, φλεγόμενα σταγονίδια, ακεραιότητα κυκλώματος, αντοχή στη φωτιά και μακροπρόθεσμη αντοχή.
8. Η πρακτική αξία των επιβραδυντικών υλικών- της φλόγας
Ο σκοπός της τεχνολογίας επιβραδυντικού φλόγας{{0} δεν είναι να εγγυηθεί ότι ένα υλικό δεν θα καεί ποτέ υπό οποιεσδήποτε συνθήκες.
Η αξία του έγκειται στον έλεγχο της συμπεριφοράς της καύσης και στη μείωση της πιθανότητας να ξεκινήσει, να εξαπλωθεί ή να γίνει πιο σοβαρή μια πυρκαγιά.
Ένας αποτελεσματικός-επιβραδυντικός σχεδιασμός φλόγας μπορεί να καθυστερήσει την ανάφλεξη και την εξάπλωση της φλόγας, να μειώσει τον ρυθμό έκλυσης θερμότητας-, να περιορίσει την απώλεια υλικού και να παρέχει περισσότερο χρόνο για εκκένωση, πυρόσβεση και προστασία ιδιοκτησίας.
Καθώς οι απαιτήσεις πυρασφάλειας{0}}συνεχίζουν να αναπτύσσονται, οι σύγχρονες τεχνολογίες επιβραδυντικής φλόγας{{1} δίνουν μεγαλύτερη έμφαση στην εξισορρόπηση της απόδοσης της φωτιάς με την καταστολή καπνού, τη χαμηλή τοξικότητα, την περιβαλλοντική συμβατότητα, την ανθεκτικότητα και τις μηχανικές ιδιότητες.
Επομένως, η απόδοση επιβραδυντικού φλόγας-πρέπει να επαληθεύεται μέσω τυποποιημένων δοκιμών αντί να κρίνεται αποκλειστικά από το όνομα υλικού, τη χημική σύνθεση ή τη δήλωση προμηθευτή.
