آزمون سیم ملتهب (Glow Wire) و اهمیت آن در ارزیابی کامپاندهای پلی‌آمید و پلی‌پروپیلن نسوز

ایمنی در استفاده از وسایل الکتریکی و الکترونیکی، به‌ویژه در صنعت برق و الکترونیک، صنایع روشنایی و لوازم خانگی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. یکی از عوامل مؤثر بر ایمنی این محصولات، رفتار اشتعال‌پذیری مواد پلیمری و کامپاندهای مهندسی به‌کاررفته در ساخت آن‌هاست. در بسیاری از قطعات الکتریکی از پلیمرهایی نظیر پلی‌آمید (PA) ، پلی‌پروپیلن (PP)، اکریلونیتریل بوتا دی ان استایرن (ABS) و ترکیب پلی کربنات/ اکریلو نیتریل بوتا دی ان استایرن  (PC/ABS) استفاده می‌شود که هر یک بسته به ساختار شیمیایی خود، رفتار متفاوتی در برابر حرارت و آتش‌سوزی نشان می‌دهند. بنابراین، انتخاب مواد با مقاومت حرارتی و اشتعال‌پذیری کنترل‌شده یکی از الزامات اصلی طراحی ایمن است. یکی از مهم‌ترین آزمون هایی که برای ارزیابی این ویژگی انجام می‌شود، تست Glow Wire یا آزمون سیم ملتهب است. در این مقاله شرکت بسپار توسعه دوام شیمی به بررسی آزمون سیم ملتهب در ارزیابی کامپاند های نسوز می پردازد.

مقاومت در برابر آتش به توانایی یک ماده در جلوگیری از گسترش شعله یا ممانعت از سوختن در برابر منبع حرارت اشاره دارد. متداول‌ترین روش برای افزایش این خاصیت در پلیمرها، به‌کارگیری مواد بازدارنده شعله (Flame Retardants) است که با اصلاح ویژگی‌های حرارتی پلیمر، خطر آتش‌سوزی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند.

کامپاند های پلیمری مورد استفاده در وسایل برقی و لوازم خانگی، معمولاً با مواد تقویت‌کننده مانند الیاف طبیعی یا الیاف مصنوعی ترکیب می‌شوند تا کامپاندهایی با خواص مکانیکی و حرارتی بهبود‌یافته تولید کنند. همچنین، برای ارتقای عملکرد این مواد، از افزودنی‌ها (Additives)  استفاده می‌شود تا ویژگی‌هایی نظیر استحکام، سختی، چگالی، شکل‌پذیری و به‌ویژه مقاومت در برابر آتش افزایش یابد.

آزمون سیم ملتهب (Glow Wire) چیست؟

آزمون سیم ملتهب (Glow-Wire Test) یکی از روش‌های اساسی آزمون آتش‌سوزی است که برای شبیه‌سازی وقوع اتصال کوتاه الکتریکی به کار می‌رود. در این آزمون، یک سیم ملتهب نمایانگر قوس الکتریکی ناشی از اتصال کوتاه است که گرمای زیادی تولید می‌کند و ممکن است باعث اشتعال مواد قابل‌احتراق شود. روش سیم ملتهب به‌طور گسترده برای ارزیابی ویژگی‌های اشتعال‌پذیری مواد پلیمری نظیر پلی آمید، پلی پروپیلن و .... که معمولاً در قطعات الکتریکی استفاده می‌شوند، به کار می‌رود. روش‌ها و دستورالعمل‌های مربوط به آزمون سیم ملتهب به طور کامل در استاندارد مجموعه IEC 60695-2 تشریح شده‌اند. استاندارد IEC 60695-2-10 به طور خاص جزئیات مربوط به تجهیزات و رویه‌های کلی مورد استفاده در حین آزمون را بیان می‌کند.

در این آزمون، یک المنت حرارتی تا دمای از پیش تعیین‌شده‌ای بین 650 تا 960 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود. سپس المنت داغ با نیرویی معادل 0.2±1 نیوتون بر سطح قطعه فشرده می‌شود. حداکثر عمق نفوذ مجاز از سطح نمونه برابر ب0.5 ± 7  میلی‌متر است طی مدت‌زمان تماس حدود 30 ثانیه است. المنت حرارتی معمولاً از سیم نیکل-کروم (80/20) با ضخامت تقریبی 4 میلی‌متر ساخته می‌شود که به گونه‌ای خم می‌شود تا نوکی با شعاع 1 سانتی‌متر ایجاد کند. هدف، بررسی این موضوع است که آیا ماده:

آتش می‌گیرد؟

شعله گسترش می‌دهد؟

به‌صورت خودبه‌خود خاموش می‌شود؟

قطرات مذاب مشتعل ایجاد می‌کند؟

 نمونه‌ای از دستگاه سیم داغ در شکل زیر نشان داده شده است.

• GWIT (Glow Wire Ignition Temperature): حداقل دمایی که در آن ماده قابلیت اشتعال پیدا می‌کند.
• GWFI (Glow Wire Flammability Index): بالاترین دمایی که در آن ماده پس از تماس با سیم داغ، بدون گسترش شعله خاموش می‌شود.

در کاربردهای صنعتی، مقدار GWFI معمولاً برای تعیین قابلیت خاموش شدن شعله به کار می‌رود و در مقایسه با  GWIT، اهمیت بیشتری در ارزیابی ایمنی کلی قطعات دارد. در مقابل، GWIT به مهندسان کمک می‌کند تا دمای بحرانی آغاز اشتعال را شناسایی کنند و بر اساس آن، مواد و افزودنی‌های مناسب را انتخاب نمایند.

تفسیر نتایج آزمون سیم ملتهب

نتایج حاصل از آزمون سیم ملتهب اطلاعات ارزشمندی در خصوص رفتار حرارتی و مقاومت اشتعالی مواد پلیمری ارائه می‌دهد. به طور مثال  اگر ماده‌ای در دمایی مانند850°C:

• دچار اشتعال نشود، یا

• شعله ایجادشده طی کمتر از30  ثانیه خاموش شود،

در آن دما دارای مقاومت مطلوب در برابر حرارت و شعله محسوب می‌شود.

این موضوع برای قطعاتی که نزدیک یا در تماس با منابع جریان برق، مقاومت‌ها و درایورها هستند، بسیار حیاتی است.

نقش افزودنی‌های بازدارنده شعله  به کامپاند های پلیمری در بهبود نتایج آزمون سیم ملتهب

مواد بازدارنده شعله به عنوان یکی از مؤثرترین راهکارها برای بهبود شاخص‌های GWFI و GWIT شناخته می‌شوند. این افزودنی‌ها می‌توانند با مکانیسم‌های مختلفی چون جلوگیری از تشکیل رادیکال‌های آزاد، ایجاد لایه‌ی کربنی محافظ، یا کاهش انتقال حرارت، فرایند سوختن را مهار کنند.

رایج‌ترین انواع بازدارنده‌های شعله مورد استفاده در کامپاندهای مهندسی عبارتند از:

• ترکیبات هالوژنه (در حال حاضر به دلیل مسائل زیست‌محیطی کمتر استفاده می‌شوند)
• تاخیرانداز های فسفر‌دار
• بازدارنده های معدنی نظیر هیدروکسید آلومینیوم (ATH) و هیدروکسید منیزیم (MDH
• سیستم‌های هیبریدی فسفر-نیتروژن که در پلیمرهای مهندسی جدیدتر مورد توجه قرار گرفته‌اند

انتخاب نوع و مقدار مناسب بازدارنده شعله به نوع پلیمر، ضخامت قطعه و نیازهای استاندارد الزامی محصول وابسته است.

عملکرد کامپاد های پلیمری شرکت بسپار توسعه دوام شیمی

• در شرکت بسپار توسعه دوام شیمی، کامپاندهای پلی‌آمید، پلی‌پروپیلن و PC/ABS ضد شعله به‌طور مستمر مطابق استاندارد IEC مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. نتایج آزمون‌ها برای مشتریان قابل ارائه است.
• نمونه‌هایی از قطعاتی که با کامپاندهای نسوز این شرکت تولید و آزموده شده‌اند:
• بدنه لامپ و هالوژن
• براکت‌های روشنایی
• قطعات الکتریکی صنعتی
• درایورها
• قطعات الکترونیکی خانگی و صنعتی

ویدیوی زیر تست کامپاند PC-ABS-FR بسپار توسعه دوام شیمی را در مقایسه با کامپاند معمولی PC-ABS نشان می‌دهد. همان‌طور که دیده می‌شود، کامپاند با فرمولاسیون مهندسی خود خاموش شوندگی عملکرد بسیار بهتری داشته و پس از قرار گرفتن در معرض شعله، به‌سرعت خاموش می‌شود .

جمع‌بندی