Applicazione di adesivi/sigillanti/incollanti ignifughi
Settore edile:Installazione di porte tagliafuoco, pareti tagliafuoco, pannelli tagliafuoco
Settore elettronico ed elettrico:Circuiti stampati, componenti elettronici
Industria automobilistica:Sedili, cruscotti, pannelli delle portiere
Settore aerospaziale:Strumenti aeronautici, strutture di veicoli spaziali
Articoli per la casa:Mobili, pavimenti, carte da parati
Nastro adesivo di trasferimento ignifugo:Eccellente per metalli, schiume e materie plastiche come il polietilene
Funzionamento dei ritardanti di fiamma
I ritardanti di fiamma inibiscono o ritardano la propagazione del fuoco sopprimendo le reazioni chimiche nella fiamma o formando uno strato protettivo sulla superficie di un materiale.
Possono essere miscelati con il materiale di base (ritardanti di fiamma additivi) o legati chimicamente ad esso (ritardanti di fiamma reattivi). I ritardanti di fiamma minerali sono in genere additivi, mentre i composti organici possono essere sia reattivi che additivi.
Progettazione di adesivi ignifughi
Un incendio si articola essenzialmente in quattro fasi:
Iniziazione
Crescita
Stato stazionario e
Decadimento
Confronto delle temperature di degradazione di un tipico adesivo termoindurente
Con coloro che sono stati raggiunti nelle varie fasi di un incendio
Ogni stato ha una corrispondente temperatura di degradazione, come mostrato in figura. Nella progettazione di un adesivo ignifugo, i formulisti devono concentrare i loro sforzi per garantire la resistenza alla temperatura nella fase di incendio appropriata per l'applicazione:
● Nella produzione di componenti elettronici, ad esempio, un adesivo deve sopprimere qualsiasi tendenza del componente elettronico a prendere fuoco - o ad innescare un incendio - in caso di aumento di temperatura dovuto a un guasto.
● Per l'incollaggio di piastrelle o pannelli, gli adesivi devono resistere al distacco sia nella fase di crescita che in quella di regime, anche a diretto contatto con la fiamma.
● Devono inoltre ridurre al minimo le emissioni di gas tossici e fumo. Le strutture portanti rischiano di subire tutte e quattro le fasi dell'incendio.
Ciclo di combustione limitante
Per limitare il ciclo di combustione, uno o più dei processi che contribuiscono all'incendio devono essere eliminati mediante:
● Eliminazione del combustibile volatile, ad esempio tramite raffreddamento
● Produzione di una barriera termica, ad esempio mediante carbonizzazione, eliminando così il combustibile riducendo il trasferimento di calore, oppure
● Interrompere le reazioni a catena nella fiamma, ad esempio aggiungendo opportuni agenti sequestranti di radicali.
Gli additivi ritardanti di fiamma agiscono chimicamente e/o fisicamente nella fase condensata (solida) o nella fase gassosa svolgendo una delle seguenti funzioni:
●Formatori di carbone:Solitamente si tratta di composti del fosforo, che rimuovono la fonte di combustibile carbonioso e forniscono uno strato isolante contro il calore del fuoco. Esistono due meccanismi di formazione del carbone:
Reindirizzamento delle reazioni chimiche coinvolte nella decomposizione a favore di reazioni che producono carbonio piuttosto che CO o CO2 e
Formazione di uno strato superficiale di carbone protettivo
●Assorbitori di calore:Solitamente si tratta di idrati metallici, come il triidrato di alluminio o l'idrossido di magnesio, che dissipano il calore tramite l'evaporazione dell'acqua dalla struttura del ritardante di fiamma.
●Estintori di fiamma:Solitamente si tratta di sistemi alogeni a base di bromo o cloro che interferiscono con le reazioni nella fiamma.
● Sinergizzanti:Solitamente composti di antimonio, che migliorano le prestazioni dell'estintore di fiamma.
Importanza dei ritardanti di fiamma nella protezione antincendio
I ritardanti di fiamma sono una componente importante della protezione antincendio, in quanto riducono non solo il rischio di innesco di un incendio, ma anche quello della sua propagazione. Ciò aumenta il tempo di evacuazione e, di conseguenza, protegge le persone, i beni e l'ambiente.
Esistono molti modi per rendere un adesivo ignifugo. Analizziamo nel dettaglio la classificazione dei ritardanti di fiamma.
La richiesta di adesivi ignifughi è in aumento e il loro utilizzo si sta estendendo a diversi settori industriali, tra cui quello aerospaziale, edile, elettronico e dei trasporti pubblici (in particolare i treni).
1: Quindi, uno dei criteri chiave ovvi è essere ignifugo/non combustibile o, meglio ancora, inibire le fiamme – propriamente ignifugo.
2: L'adesivo non deve emettere fumi eccessivi o tossici.
3: L'adesivo deve mantenere la sua integrità strutturale ad alte temperature (avere la migliore resistenza possibile alla temperatura).
4: Il materiale adesivo decomposto non deve contenere sottoprodotti tossici.
Sembra un'impresa ardua sviluppare un adesivo in grado di soddisfare questi requisiti – e in questa fase non sono ancora stati presi in considerazione viscosità, colore, velocità di polimerizzazione e metodo di polimerizzazione preferito, riempimento delle fessure, resistenza, conduttività termica e confezionamento. Ma i chimici addetti allo sviluppo amano le sfide, quindi AVANTI TUTTA!
Le normative ambientali tendono ad essere specifiche per settore e per regione.
È emerso che un ampio gruppo di ritardanti di fiamma studiati presenta un buon profilo ambientale e sanitario. Questi sono:
● Polifosfato di ammonio
● Dietilfosfinato di alluminio
● Idrossido di alluminio
● Idrossido di magnesio
● Melammina polifosfato
● Diidroossafosfafenantrene
● Stannato di zinco
● Idrossido di zinco
Ritardante di fiamma
È possibile sviluppare adesivi con diversi livelli di resistenza al fuoco: qui trovate i dettagli delle classificazioni di Underwriters Laboratory Testing. In qualità di produttori di adesivi, riceviamo richieste principalmente per la classificazione UL94 V-0 e occasionalmente per la HB.
UL94
● HB: combustione lenta su un campione orizzontale. Velocità di combustione <76 mm/min per spessori <3 mm o la combustione si arresta prima di 100 mm
● V-2: (verticale) la combustione si arresta in <30 secondi e le eventuali gocce possono essere infiammate
● V-1: la combustione (verticale) si arresta in <30 secondi e sono consentite gocce (ma devonononbruciare)
● La combustione V-0 (verticale) si arresta in <10 secondi e sono consentite gocce (ma devonononbruciare)
● 5VB (campione di placca verticale): la combustione si arresta in meno di 60 secondi, senza gocciolamenti; il campione potrebbe presentare un foro.
● 5VA come sopra, ma non è consentito sviluppare un foro.
Le ultime due classificazioni si riferirebbero a un pannello incollato piuttosto che a un campione di adesivo.
Il test è piuttosto semplice e non richiede attrezzature sofisticate; ecco una configurazione di test di base:
Eseguire questo test su alcuni adesivi da soli può essere piuttosto complicato, soprattutto per quelli che non polimerizzano correttamente al di fuori di un giunto chiuso. In questo caso, è possibile eseguire il test solo tra substrati incollati. Tuttavia, la colla epossidica e gli adesivi UV possono essere polimerizzati come un campione di prova solido. Quindi, inserire il campione di prova nelle ganasce del supporto a morsetto. Tenere a portata di mano un secchio di sabbia e si consiglia vivamente di eseguire questa operazione sotto aspirazione o in una cappa aspirante. Non far scattare alcun allarme antincendio! Soprattutto quelli collegati direttamente ai servizi di emergenza. Dare fuoco al campione e cronometrare il tempo necessario affinché la fiamma si spenga. Verificare la presenza di eventuali gocce sotto (si spera che si disponga di un vassoio usa e getta; altrimenti, addio al bel piano di lavoro).
I chimici specializzati in adesivi combinano diversi additivi per creare adesivi ignifughi e, a volte, persino in grado di spegnere le fiamme (sebbene questa caratteristica sia oggi più difficile da ottenere, dato che molti produttori richiedono formulazioni prive di alogeni).
Gli additivi per adesivi resistenti al fuoco includono:
● Composti organici carbonizzanti che contribuiscono a ridurre il calore e il fumo e a proteggere il materiale sottostante da ulteriori bruciature.
● Assorbitori di calore: si tratta di normali idrati metallici che contribuiscono a conferire all'adesivo ottime proprietà termiche (spesso, gli adesivi ignifughi vengono scelti per applicazioni di incollaggio di dissipatori di calore dove è richiesta la massima conduttività termica).
Si tratta di un delicato equilibrio, poiché questi additivi possono interferire con altre proprietà adesive come resistenza, reologia, velocità di indurimento, flessibilità, ecc.
Esiste una differenza tra adesivi resistenti al fuoco e adesivi ignifughi?
Sì! Esiste. Entrambi i termini sono stati usati in modo intercambiabile nell'articolo, ma probabilmente è meglio fare chiarezza.
Adesivi ignifughi
Spesso si tratta di prodotti come adesivi e sigillanti inorganici. Non bruciano e resistono a temperature estreme. Le applicazioni di questi prodotti includono altiforni, forni, ecc. Non impediscono la combustione di un assemblaggio, ma svolgono egregiamente il compito di tenere insieme tutte le parti in fiamme.
adesivi ignifughi
Questi strumenti aiutano a spegnere le fiamme e a rallentare la propagazione dell'incendio.
Molti settori industriali ricercano questo tipo di adesivi
● Elettronica– per l'incapsulamento e l'incapsulamento di componenti elettronici, l'incollaggio di dissipatori di calore, circuiti stampati ecc. Un cortocircuito elettronico può facilmente provocare un incendio. Ma i PCB contengono composti ignifughi: è spesso importante che anche gli adesivi possiedano queste proprietà.
● Costruzione– I rivestimenti e le pavimentazioni (soprattutto nelle aree pubbliche) spesso devono essere ignifughi e fissati con un adesivo ignifugo.
● Trasporto pubblico- Carrozze ferroviarie, interni di autobus, tram ecc. Le applicazioni degli adesivi ignifughi includono l'incollaggio di pannelli compositi, pavimenti e altri elementi e accessori. Gli adesivi non solo contribuiscono a fermare la propagazione del fuoco, ma forniscono anche un giunto esteticamente gradevole senza la necessità di elementi di fissaggio meccanici antiestetici (e rumorosi).
● Aeromobili– come già accennato, i materiali degli interni della cabina sono soggetti a rigide normative. Devono essere ignifughi e non devono riempire la cabina di fumo nero in caso di incendio.
Norme e metodi di prova per i ritardanti di fiamma
Le norme relative alle prove di resistenza al fuoco hanno lo scopo di determinare le prestazioni di un materiale in termini di fiamma, fumo e tossicità (FST). Diversi test sono stati ampiamente utilizzati per determinare la resistenza dei materiali a queste condizioni.
Test selezionati per i ritardanti di fiamma
| Resistenza alla combustione | |
| ASTM D635 | “Velocità di combustione delle materie plastiche” |
| ASTM E162 | “Infiammabilità dei materiali plastici” |
| UL 94 | “Infiammabilità dei materiali plastici” |
| ISO 5657 | “Infiammabilità dei prodotti da costruzione” |
| BS 6853 | “Propagazione della fiamma” |
| FAR 25.853 | “Standard di aeronavigabilità – Interni dei compartimenti” |
| NF T 51-071 | “Indice di ossigeno” |
| NF C 20-455 | "Test del filo incandescente" |
| DIN 53438 | “Propagazione della fiamma” |
| Resistenza alle alte temperature | |
| BS 476 Parte n. 7 | “Propagazione superficiale della fiamma – Materiali da costruzione” |
| DIN 4172 | “Comportamento al fuoco dei materiali da costruzione” |
| ASTM E648 | “Rivestimenti per pavimenti – Pannelli radianti” |
| Tossicità | |
| SMP 800C | “Test di tossicità” |
| BS 6853 | “Emissioni di fumo” |
| NF X 70-100 | “Test di tossicità” |
| ATS 1000.01 | “Densità del fumo” |
| Generazione di fumo | |
| BS 6401 | “Densità ottica specifica del fumo” |
| BS 6853 | “Emissioni di fumo” |
| NES 711 | “Indice di emissione di fumo dei prodotti della combustione” |
| ASTM D2843 | “Densità del fumo derivante dalla combustione della plastica” |
| ISO CD5659 | “Densità ottica specifica – Generazione di fumo” |
| ATS 1000.01 | “Densità del fumo” |
| DIN 54837 | “Generazione di fumo” |
Test di resistenza alla combustione
Nella maggior parte dei test che misurano la resistenza alla combustione, gli adesivi idonei sono quelli che non continuano a bruciare per un periodo significativo dopo la rimozione della fonte di ignizione. In questi test, il campione di adesivo polimerizzato può essere sottoposto a combustione indipendentemente da qualsiasi substrato (l'adesivo viene testato come pellicola libera).
Sebbene questo approccio non simuli la realtà pratica, fornisce comunque dati utili sulla relativa resistenza dell'adesivo alla combustione.
È possibile testare anche strutture campione con sia l'adesivo che il substrato. Questi risultati potrebbero essere più rappresentativi delle prestazioni dell'adesivo in un incendio reale, poiché il contributo fornito dal substrato potrebbe essere sia positivo che negativo.
Test di combustione verticale UL-94
Fornisce una valutazione preliminare dell'infiammabilità relativa e del gocciolamento dei polimeri utilizzati in apparecchiature elettriche, dispositivi elettronici, elettrodomestici e altre applicazioni. Prende in considerazione caratteristiche di utilizzo finale quali accensione, velocità di combustione, propagazione della fiamma, apporto di combustibile, intensità di combustione e prodotti della combustione.
Procedura e allestimento - In questo test, un campione di pellicola o substrato rivestito viene montato verticalmente in un ambiente privo di correnti d'aria. Un bruciatore viene posizionato sotto il campione per 10 secondi e si cronometra la durata della fiamma. Si annota qualsiasi goccia che incendi un batuffolo di cotone chirurgico posto a 30 cm (12 pollici) sotto il campione.
Il test presenta diverse classificazioni:
94 V-0: Nessun campione presenta combustione con fiamma per più di 10 secondi dopo l'accensione. I campioni non bruciano fino al morsetto di fissaggio, non gocciolano e incendiano il cotone, né presentano combustione incandescente persistente per 30 secondi dopo la rimozione della fiamma di prova.
94 V-1: Nessun campione deve presentare combustione con fiamma per oltre 30 secondi dopo ogni accensione. I campioni non devono bruciare fino al morsetto di fissaggio, gocciolare e incendiare il cotone, né avere una persistenza di calore superiore a 60 secondi.
94 V-2: Questo prevede gli stessi criteri di V-1, tranne per il fatto che ai campioni viene permesso di gocciolare e incendiare il cotone sottostante.
Altre strategie per misurare la resistenza alla combustione
Un altro metodo per misurare la resistenza alla combustione di un materiale consiste nel misurare l'indice limite di ossigeno (LOI). Il LOI è la concentrazione minima di ossigeno, espressa in percentuale volumetrica della miscela di ossigeno e azoto, che permette la combustione con fiamma di un materiale inizialmente a temperatura ambiente.
La resistenza di un adesivo alle alte temperature in caso di incendio richiede una considerazione particolare, oltre agli effetti di fiamma, fumo e tossicità. Spesso il substrato protegge l'adesivo dal fuoco. Tuttavia, se l'adesivo si allenta o si degrada a causa della temperatura del fuoco, il giunto può cedere, causando la separazione del substrato dall'adesivo. In tal caso, l'adesivo stesso viene esposto insieme al substrato secondario. Queste superfici esposte possono quindi contribuire ulteriormente alla propagazione dell'incendio.
La camera di densità del fumo NIST (ASTM D2843, BS 6401) è ampiamente utilizzata in tutti i settori industriali per la determinazione del fumo generato da materiali solidi e assemblaggi montati in posizione verticale all'interno di una camera chiusa. La densità del fumo viene misurata otticamente.
Quando un adesivo viene interposto tra due substrati, la resistenza al fuoco e la conduttività termica dei substrati controllano la decomposizione e l'emissione di fumo dell'adesivo.
Nei test di densità del fumo, gli adesivi possono essere testati da soli come rivestimento libero per simulare le condizioni peggiori.
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