اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) یک ترموپلاستیک پرکاربرد است که به دلیل چقرمگی، مقاومت در برابر ضربه و سهولت پردازش شناخته شده است. با این حال، در کاربردهایی که به ایمنی آتش سوزی نیاز دارند - مانند محفظه های الکترونیکی، قطعات داخلی خودرو و مصالح ساختمانی - ABS اغلب با مواد بازدارنده شعله (FR) ترکیب می شود. این افزودنی‌ها، که معمولاً هالوژنه (مثلاً ترکیبات بروم دار) یا بر پایه فسفر{4}} هستند، رفتار سوختن و خواص فیزیکی مواد را به طور قابل توجهی تغییر می‌دهند. تمایز ABS ضد شعله{6} از ABS استاندارد برای کنترل کیفیت، انطباق با مقررات و تضمین ایمنی بسیار مهم است. از ساده ترین و در دسترس ترین آزمایش های میدانی می توان به آزمایش احتراق و آزمایش چگالی اشاره کرد. در زیر یک راهنمای دقیق و عملی برای هر دو روش، از جمله اصول، رویه‌ها، اقدامات احتیاطی ایمنی و تفسیر نتایج ارائه شده است.
1. تست احتراق
آزمایش احتراق مستقیم ترین و پرکاربردترین روش برای غربالگری اولیه تاخیر در شعله است. متکی به مشاهده نحوه واکنش مواد به شعله باز است - تمایل به اشتعال، گسترش شعله، رفتار چکیدنی و قابلیت خاموش کردن خود-.
اصل
بازدارنده های شعله با تداخل در چرخه احتراق کار می کنند. در ABS، FRهای برومه شده هنگام گرم شدن، گاز برومید هیدروژن (HBr) آزاد می کنند که اکسیژن را جابجا می کند و رادیکال های آزاد را در شعله خاموش می کند. این منجر به سوختن کندتر، احتراق پایدار کمتر و اغلب پس از برداشتن منبع اشتعال، خاموش می شود. ABS غیر FR مانند یک پلاستیک هیدروکربنی معمولی عمل می کند - به راحتی مشتعل می شود، با شعله داغ به شدت می سوزد و حتی پس از برداشتن شعله به سوختن ادامه می دهد.
تجهیزات مورد نیاز
مشعل بوتان یا پروپان یا مشعل بونسن آزمایشگاهی
یک کاردک فلزی یا موچین برای نگه داشتن نمونه
یک ساعت یا کرونومتر
یک سطح کار غیر قابل اشتعال (به عنوان مثال، کاشی و سرامیک یا ورق فلز)
یک کپسول آتش نشانی (کلاس B) و سطل شن برای ایمنی
محل تهویه مناسب یا هود بخار (سوختن ABS استایرن و احتمالاً هالیدهای هیدروژن منتشر می کند)
آماده سازی نمونه
یک قطعه کوچک از ورق ABS را برش دهید یا بشکنید - تقریباً 5 میلی متر عرض، 50 میلی متر طول و 2 تا 3 میلی متر ضخامت (ضخامت ورق معمولی). نمونه باید تمیز و خشک باشد. برای ورقه های نازک (<1 mm), fold or stack several layers to achieve a similar thickness.
رویه
در یک منطقه امن راه اندازی کنید: آزمایش را در هود یا در فضای باز انجام دهید. هرگونه مواد قابل اشتعال را از مجاورت خارج کنید.
مشعل را روشن کنید: روی شعله آبی و غیر نورانی (حدود 20 تا 25 میلی متر ارتفاع) تنظیم کنید.
شعله را اعمال کنید: نمونه ABS را با موچین در یک انتها نگه دارید. انتهای مخالف را به مدت 10 ثانیه در شعله قرار دهید (قرار گرفتن در معرض استاندارد). برای حساسیت بیشتر، برخی از پروتکل ها از دو برنامه 5 ثانیه ای استفاده می کنند.
با دقت رعایت کنید: منبع احتراق را بردارید و زمان بندی را شروع کنید. موارد زیر را ثبت کنید:
زمان اشتعال: نمونه با چه سرعتی آتش می گیرد؟ (ABS غیر{0}FR در عرض 1 تا 3 ثانیه مشتعل می شود؛ ABS FR ممکن است بیشتر طول بکشد یا اصلاً مشتعل نشود.)
رنگ و شدت شعله: ABS غیر{0}}FR با شعله زرد روشن و دوده ای می سوزد. FR ABS اغلب شعله زرد آبی-سوسوزن کوچکتر را نشان می دهد.
ویژگی های دود: ABS غیر{0}}FR دود سیاه و غلیظ تولید می کند. FR ABS ممکن است دود سفید یا خاکستری با بوی تند و اسیدی (به دلیل HBr یا HCl) ایجاد کند.
چکیدن: ABS غیر{0}}FR قطرات شعله ور را ذوب می کند و می چکد که می تواند آتش را گسترش دهد. FR ABS تمایل به تشکیل یک لایه کاراکتر دارد. چکیدن کاهش یافته یا{2}}شعله ور نیست.
بعد از-زمان شعله: اندازه گیری کنید که نمونه چند ثانیه پس از برداشتن مشعل به سوختن ادامه می دهد.یک شاخص کلیدی: If the flame extinguishes within 2–5 seconds after removal, it strongly suggests flame retardants. Non-FR ABS will keep burning until the entire sample is consumed (often >30 ثانیه برای یک قطعه کوچک).
خاموش کردن خود-: آیا شعله خود به خود خاموش می شود؟ FR ABS اغلب خود{0}}خاموش می شود، به خصوص در نمونه عمودی. ABS غیر{2}}FR کاملاً می سوزد.
تکرار کنید: حداقل سه آزمایش بر روی نمونه های مختلف برای سازگاری انجام دهید.
تفسیر
| مشاهده | غیر{0}}ABS مقاوم در برابر شعله | ABS بازدارنده شعله |
|---|---|---|
| زمان اشتعال | < 3 seconds | >5 ثانیه یا بدون احتراق |
| شعله پس از حذف | به سوختن ادامه می دهد > 30 ثانیه | در عرض 2 تا 5 ثانیه خاموش می شود |
| ظاهر شعله | بزرگ، زرد، دوده ای | کوچک،-آبی، دودی |
| چکیدن | شعله ور می چکد | بدون-شعله ور یا بدون چکه |
| رنگ دودی | مشکی | سفید/خاکستری، تیز |
| تشکیل کاراکتر | هیچ کدام | پوسته سیاه روی سطح |
توجه داشته باشید: برخی از ABSهای سطح پایین{0}FR ممکن است رفتار متوسطی نشان دهند. قابل اطمینان ترین علامت این استخود-خاموش شدن در عرض 10 ثانیهبعد از برداشتن شعله همچنین، توجه داشته باشید که برخی از مواد افزودنی مانند تری اکسید آنتیموان (اغلب هم افزایی) می توانند دود سفید ایجاد کنند.
محدودیت ها
تست احتراق مخرب و فقط کیفی است.
نمی تواند نوع خاص یا غلظت FR را شناسایی کند.
پرکننده ها (به عنوان مثال، تالک، الیاف شیشه) نیز ممکن است رفتار سوختن را تغییر دهند و باعث مثبت کاذب شوند.
تهویه بسیار مهم است زیرا FRهای برومه دار می توانند بخارات سمی را آزاد کنند (به عنوان مثال، هیدروژن برومید، دیوکسین ها تحت احتراق ناقص).
2. روش تشخیص چگالی
بازدارنده های شعله معمولاً متراکم تر از رزین ABS هستند. ABS خالص دارای چگالی تقریباً 1.04-1.06 g/cm³ است. FRهای معمولی برومه شده (به عنوان مثال، دکابرومودی فنیل اتر، دکابرومدیفنیل اتان) دارای چگالی در محدوده 2.0 تا 3.0 g/cm³ هستند. FRهای مبتنی بر فسفر (به عنوان مثال، تری فنیل فسفات، TPP) دارای چگالی حدود 1.2-1.3 گرم بر سانتی‌متر مکعب هستند. بنابراین افزودن این مواد افزودنی باعث افزایش چگالی کلی ترکیب می شود. ABS دیرگیر{16}معمولاً چگالی در محدوده ای از خود نشان می دهد1.10-1.20 گرم بر سانتی متر مکعب for medium loading (12–18% FR), and up to 1.30–1.40 g/cm³ for high loading (>25 درصد. این تفاوت در عین کم بودن، با استفاده از روش های شناوری ساده به دقت اندازه گیری می شود.
اصل
اصل ارشمیدس: جسمی که در یک سیال غوطه ور می شود، نیروی شناوری رو به بالا برابر با وزن سیال جابجا شده را تجربه می کند. با اندازه گیری وزن نمونه در هوا و در مایعی با چگالی مشخص (معمولاً آب) می توان چگالی نمونه را محاسبه کرد. از آنجا که ABS غیر FR در آب شناور است (چگالی ~ 1.05 < 1.00؟ صبر کنید - چگالی آب 1.00 گرم بر سانتی متر مکعب است، بنابراین ABS خالص (1.04-1.06) کمی چگال تر از آب است - در واقع غرق می شود، اما بسیار آهسته. بسیاری از مردم به اشتباه فکر می کنند ABS تقریباً خنثی است. مواد با چگالی 1.04 به سختی غرق می شوند، در حالی که FR ABS (1.15) به راحتی با استفاده از یک هیدرومتر یا تعادل ساده قابل تشخیص است.
تجهیزات مورد نیاز
یک ترازوی تحلیلی (دقت 0.001 گرم) یا یک ترازوی دیجیتال خوب (0.01 گرم)
یک لیوان یا ظرف شیشه ای پر از آب مقطر (یا اتانول برای محدوده چگالی بالاتر)
سیم یا نخ ریز (مثلاً نایلون یا مس با قطر 0.1 میلی متر)
یک دماسنج (برای اندازه گیری دمای آب برای تصحیح چگالی)
پایه و گیره برای تعلیق نمونه
اختیاری: بلوک مرجع با چگالی شناخته شده (به عنوان مثال، پلی اتیلن، چگالی ~ 0.92)
آماده سازی نمونه
یک تکه مستطیلی یا نامنظم از ورق ABS را با وزن حداقل 2 تا 5 گرم ببرید. اطمینان حاصل کنید که فضای خالی، حباب یا مواد خارجی چسبیده وجود ندارد. سطح را با الکل تمیز کرده و کاملا خشک کنید.
رویه (روش شناوری)
نمونه را در هوا وزن کنید(W_air). رکورد تا 0.001 گرم
نمونه غوطه ور در آب را وزن کنید(W_water):
نمونه را با استفاده از یک سیم ریز از قلاب تعادل آویزان کنید (یا در صورت استفاده از تعادل بارگیری بالا، یک تکیه گاه زیر آب قرار دهید). اطمینان حاصل کنید که نمونه کاملاً غوطه ور است اما به طرفین یا کف ظرف تماس نداشته باشد.
آب باید در دمای اتاق (20-25 درجه) باشد. دما را ثبت کنید.
صبر کنید تا قرائت تعادل تثبیت شود (هیچ حباب هوا به نمونه نچسبد؛ حباب ها را با یک برس خوب بردارید).
وزن زیر آب را ثبت کنید.
چگالی را محاسبه کنیدبا استفاده از فرمول:
ρsample=WairWair−Wwater×ρwaterρsample=Wair−WwaterWair×ρwater
جایی که ρwaterρwater در 20 درجه 0.9982 g/cm³ است (تقریباً. 1.00 برای استفاده عملی).
روش ساده تر جایگزین: در صورت وجود از ستون گرادیان چگالی استفاده کنید. اما برای استفاده میدانی، الفشناور-آزمایش سینکدر محلول های آبی با چگالی شناخته شده می تواند یک بررسی کیفی سریع باشد.
شناور کیفی-تست سینک (برای غربالگری سریع)
محلول هایی با چگالی های مختلف تهیه کنید:
راه حل A: آب لوله کشی (چگالی ~1.00 گرم بر سانتی متر مکعب)
راه حل Bمحلول کلرید سدیم اشباع (حدود 360 گرم در لیتر، چگالی ~ 1.20 گرم در سانتی متر مکعب)
راه حل C: مخلوط آب و اتانول (مثلاً 70% اتانول ~0.89 گرم بر سانتی‌متر مکعب تولید می‌کند - اگر به پرکننده‌هایی با چگالی کم مشکوک هستید، اما معمولی نیستند مفید است).
رویه:
Drop a small piece of ABS sheet into water. Non-FR ABS (density 1.04–1.06) will sink slowly, often staying just below the surface or settling to the bottom after a few seconds. FR ABS (density >1.10) به سرعت غرق می شود و محکم در قسمت پایین قرار می گیرد.
برای تشخیص بهتر، محلول کلرید سدیم با چگالی 1.10 گرم بر سانتی متر مکعب تهیه کنید (برای تنظیم از هیدرومتر استفاده کنید). نمونه را در این محلول قرار دهید. اگر شناور باشد، چگالی آن است<1.10 – likely non-FR or low-FR. If it sinks, density >1.10 - نشان دهنده وجود FR قابل توجه است.
تفسیر
| محدوده چگالی (g/cm³) | محتوای احتمالی FR | تفسیر |
|---|---|---|
| 1.03 – 1.06 | هیچ یا بسیار کم (0-5%) | ABS استاندارد |
| 1.07 – 1.10 | FR پایین (5-10%) | احتمالا FR است، اما ممکن است حاوی پرکننده های دیگری نیز باشد |
| 1.11 – 1.18 | FR متوسط (12-18%) | ABS استاندارد V-0 یا V-2 معمولی |
| 1.19 – 1.30 | High FR (>20%) | بارگذاری سنگین FR، اغلب با تری اکسید آنتیموان |
| >1.30 | محتوای پرکننده بسیار بالا | ممکن است بسیار FR یا حاوی مواد معدنی متراکم باشد |
دقت: اختلاف چگالی 0.03 g/cm³ با تعادل خوب قابل اندازه گیری است. با این حال، عواملی مانند تخلخل نمونه، آلودگی سطح یا تغییرات دما می توانند باعث خطا شوند. همیشه یک نمونه کنترل از ABS شناخته شده را اجرا کنید.
محدودیت ها
چگالی به تنهایی قطعی نیست. برخی از ABS غیر{0}FR ممکن است حاوی پرکننده‌های سنگین باشند (مثلاً سولفات باریم برای خاموش‌کردن صدا) که چگالی بالایی بدون تاخیر در شعله می‌دهند.
در مقابل، برخی از سیستم‌های پیشرفته FR (مثلاً تشدیدکننده یا فسفر ارگانیک با چگالی کم) ممکن است چگالی را به میزان قابل توجهی افزایش ندهند.
برای ورقه های نازک (<1 mm), the buoyancy force is small, requiring a high-precision balance.
ترکیب هر دو روش برای شناسایی قابل اعتماد
هیچ یک از این آزمون ها به خودی خود کامل نیستند، اما با هم شواهد قوی ارائه می دهند. گردش کار پیشنهادی:
آزمایش احتراق را انجام دهیداول - سریع است و به طور مستقیم به تاخیر در شعله می پردازد. اگر خود نمونه ظرف 5 ثانیه خاموش شود و دود اسیدی سفید تولید کند، تقریباً به طور قطع FR ABS است.
اگر نتیجه احتراق مبهم باشد (e.g., burns but slower than normal), measure the density. A density >1.10 گرم بر سانتی متر مکعب از حضور FR پشتیبانی می کند.
اگر چگالی زیاد باشد اما احتراق طبیعی است(به شدت می سوزد)، مشکوک به غیر{0}}ABS FR با پرکننده های سنگین - با درخواست برگه اطلاعات مواد یا انجام آزمایش شیمیایی (به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل حرارتی یا FTIR در آزمایشگاه) بررسی کنید.
سناریوی مثبت کاذب: Some ABS alloys (e.g., ABS/PVC blends) are inherently flame retardant due to PVC, but they also have higher density (>1.15) و خود-خاموش می شود. این هنوز رفتار FR است، البته نه لزوماً از افزودنی‌های FR اضافه شده.
اقدامات احتیاطی ایمنی
دودهای سمی: با احتراق FR ABS هیدروژن برومید آزاد می شود که برای ریه ها خورنده و تحریک کننده است. همیشه از هود بخور استفاده کنید یا از ماسک تنفسی با کارتریج های گاز اسید استفاده کنید.
خطر آتش سوزی: یک کپسول آتش نشانی را در نزدیکی خود نگه دارید. ABS مذاب می تواند مواد دیگر را چکه کند و مشتعل کند.
قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی: هنگام تهیه محلول های نمکی برای آزمایش تراکم از تماس با چشم و پوست خودداری کنید. فوراً ریزش ها را بشویید.
دفع: از سوزاندن مقادیر زیاد ABS خودداری کنید. نمونه های آزمایش شده را به عنوان زباله های پلاستیکی جامد دور بریزید.
نتیجه گیری
شناسایی بازدارنده های شعله در ورق های ABS با ابزار ساده و مشاهده دقیق امکان پذیر است. آزمایش احتراق شواهد مستقیمی از رفتار آتش نشان می دهد - خاموش کردن خود و دود سفید شاخص های کلیدی هستند. آزمایش چگالی یک اندازه گیری فیزیکی مکمل را ارائه می دهد، زیرا بیشتر افزودنی های FR چگالی را بالاتر از 1.10 گرم بر سانتی متر مکعب افزایش می دهند. برای بازرسی های میدانی یا تضمین کیفیت، انجام هر دو آزمایش به صورت متوالی در کمتر از 15 دقیقه پاسخ قابل اعتمادی به دست می دهد. با این حال، برای تأیید مطلق، نمونه‌ها را برای آزمایش شاخص اکسیژن (LOI) یا آنالیز عنصری (مثلاً XRF برای برم) به آزمایشگاه تأیید شده ارسال کنید. به یاد داشته باشید که هنگام کار با مواد پلاستیکی در حال سوختن، ایمنی باید در اولویت قرار گیرد.