Ускоренная процедура оценки пожаробезопасности пластмасс

Многие современные пластмассовые материалы не имеют дополнительной защиты от воздействия пламени. При разработке новых рецептур пластмассовых композиций целью является достижение оптимальной комбинации таких свойств, как нераспространение горения, технологичность и механические характеристики. Учёные из Фраунхоферского института, занимающегося определением долговечности конструкций и надёжности систем (Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF) и Федеральный институт исследования и тестирования материалов (Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung (BAM) продемонстрировали, как эта цель может быть достигнута быстрее.

Результаты этого проекта, таким образом, способствуют повышению безопасности продуктов на рынке. Учёные предлагают ускоренные процедуры для обработки данных и определения огнестойкости материала при пожаре. В результате многочисленных исследований, проводимых в рамках проекта под названием «Быстрая разработка не распространяющего горение термопластичного полиуретана» (Rapid Development of Flame Retarded Thermoplastic Polyurethane), получены очень ценные данные. В частности, эти данные могут быть использованы в сфере среднего бизнеса для оптимизации уже существующих или находящихся в процессе разработки новых не распространяющих горение компаундов. Рост потребления электроэнергии мобильными и цифровыми объектами ежедневного пользования приводит к повышению спроса на специализированные материалы.

Термопластичный полиуретан (TPU) является таким материалом с высокими эксплуатационными свойствами. Рынок этих продуктов уже оценивается суммой 1,5 миллиардов евро, а эксперты предсказывают ежегодный рост на 5,3% в течение периода до 2025 года. Кроме таких замечательных качеств, как способность поглощать вибрацию, гибкость при низких температурах, химическая стабильность и высокий уровень износостойкости и абразивной стойкости, эти типы полимеров также демонстрируют термическую нестабильность и воспламеняемость, что делает разработку не распространяющих горение материалов особенно насущной. В то же время, во время переработки термопластичного полиуретана наблюдается нарастание сдвигового напряжения из-за чувствительности к сдвиговой деформации, что усложняет однородную дисперсию замедлителя горения. Разработка рецептур не распространяющих горение термопластичных полиуретанов является крайне необходимой и высокозатратной.

Для того чтобы поддержать отрасль производства полимерных материалов, учёные из двух немецких институтов объединились для реализации проекта «Быстрая разработка не распространяющего горение термопластичного полиуретана». Этот проект является частью программы Федерального министерства экономики и энергетики «Промышленное продвижение и развитие» (Industrielle Gemeinschaftsförderung und Entwicklung” - IGF). Используя так называемую систему «Комбинаторное компаундирование / скрининг высокой производительности» (Combinatorial Compounding/High Throughput Screening’ (CC/HTS), учёные постарались получить эффективный метод определения характеристик разработанных рецептур не распространяющих горение термопластичных полиуретанов. Разработка компаундов затем была значительно ускорена и при этом стала более экономичной. Были произведены не распространяющие горение компаунды с различными рецептурами на основе трёх базовых термопластичных полиуретанов с различными значениями твёрдости по Шору. Цель заключалась в создании технических условий, в которых были бы определены свойства материала, которые должны быть получены. Основное внимание уделялось механическим параметрам, выбираемым путём добавления антипиренов таким образом, чтобы влияние на механические параметры изменялось бы как можно меньше.

Было проведено тестирование быстрого масс-калориметра в качестве инструмента для быстрого анализа поведения материала при пожаре, все полученные результаты сравнивались во всех подробностях с соответствующими результатами измерения в кон- калориметре. Параллельно проводимое исследование включало пиролиз с использованием термоаналитических методов, таких как термогравиметрический анализ в сочетании с инфракрасной спектрометрией с преобразованием Фурье, анализом газа пиролиза и пиролитической газовой хромотаграфией в сочетании с масс-спектрометрией. Было показано, что быстрый масс-калориметр подходит для оценки достигнутой огнестойкости или любого не распространяющего горение термопластичного полиуретана. Различные типы термопластичного полиуретана демонстрировали всего лишь несколько, но, тем не менее, существенных различий, например, в потере массы отдельных стадий декомпозиции во время пиролиза и в механических свойствах. Однако некоторые оказались удивительно аналогичными в плане поведения во время пожара и нераспространения пламени. Сравнения в пределах материалов одного типа, основанных на одних и тех же принципах действия антипиренов, показали превосходные корреляции. Полученные знания теперь могут быть использованы компаниями при разработке рецептур не распространяющих горение термопластичных полиуретанов. Кроме того, использование не содержащих галогенов антипиренов в рамках реализации этого научно-исследовательского проекта продемонстрировало синергию между различными добавками, обеспечивающими нераспространение горения, это упрощает разработку продуктов на этом быстрорастущем рынке. Помимо данного конкретного проекта оба немецких научно-исследовательских института, будучи партнёрами с всеобъемлющими знаниями и опытом в области не распространяющих горение пластмасс, работают также над другими проблемами, представляющими интерес для данной отрасли.