Có ba thành phần chính tạo ra lửa là nguồn oxy, nhiệt độ và chất nền (gỗ, chất dẻo, polyme compozit…), chỉ cần bất kỳ hai trong ba thành phần trên cũng đủ gây ra đám cháy. Để kiềm chế quá trình cháy, thường dùng chất làm chậm cháy (flame retardant) bảo vệ bề mặt hay đưa vào trong toàn khối của vật liệu kết cấu.
Trong công trình này đã sử dụng các chất chống cháy paraphin clo hóa, oxit antimon (Sb2O3), amino phosphat (AC2) và tris (1,3-dichloro-iso-propyl) phosphat với 7 phần khối
TT Loại vải thủy tinh Chỉ số oxy giới hạn, % Tốc độ cháy, mm/phút UL 94HB, mm/phút 1
Vải thủy tinh thô loại E 300 g/m2 27,60% 25,82 23,67 2 Vải thủy tinh thô loại E 600 g/m2 28,90% 17,32 22,50 3 Mát thủy tinh loại E 300 g/m2 25,00% 13,67 24,75 4 Vải thủy tinh dệt 3D loại 600g/m2 24,60% 14,09 26,32
lượng (PKL) cho vật liệu epoxy E 240 đóng rắn bằng DETA để nâng cao khả năng chậm cháy.
Khi có mặt các chất chống cháy thì chỉ số oxy của vật liệu E 240/DETA/Sb2O3, E 240/DETA/Tris(1,3-dichloro-iso-propyl)phosphat, E 240/DETA/AC2 và vật liệu epoxy E 240/DETA/paraphin clo hóa lần lượt đạt chỉ số oxy là: 27,6%, 22,8%, 24,1% và 21,1% (Hình 3.3). Như vậy trong chỉ số này thì oxyt antimon có tác dụng chống cháy tốt hơn các chất còn lại. Đối với phương pháp đo tốc độ cháy thì vật liệu E 240/DETA/paraphin clo hóa cho tốc độ cháy 11,7 mm/phút, trong khí đó oxyt antimon đạt 17,30 mm/phút.
Còn theo phương pháp xác định tính dễ bốc cháy trên thiết bị UL 94HB, oxyt antimon và paraphin clo hóa lần lượt đạt giá trị là 26,5 mm/phút và 27,9 mm/phút trong khi đó amino phosphat (AC2) và tris (1,3-dichloro-iso-propyl) phosphat cho kết quả 27,8 mm/phút và 29,1 mm/phút.
Căn cứ theo các kết quả đánh giả khả năng chậm cháy trên có thể rút ra nhận xét như sau: oxyt antimon và paraphin clo hóa có tác dụng chống cháy ổn định và hiệu quả hơn những chất chậm cháy khác.
Hình 3.3 Chỉ số oxy giới hạn và tốc độ cháy của các vật liệu epoxy E 240 có mặt các chất chống cháy khác nhau
Paraphin clo hóa làm chậm quá trình cháy cho nhưa epoxy E 240 diễn ra theo cơ chế hóa học trong pha khí. Paraphin clo hóa sinh ra các gốc Cl* trong quá trình phân hủy bởi tác động của nhiệt độ, gốc Cl* sẽ kết hợp với các gốc tự do được coi là tác nhân khơi mào gây ra phản ứng cơ chế chuỗi của quá trình cháy như: HO*, H*. Số lượng các gốc tự do HO* và H* sẽ giảm đi vì vậy mà quá trình cháy diễn ra chậm lại và có thể bị dập tắn nhanh chóng.
Hình 3.4 Đánh giá khả năng chậm cháy theo phương pháp định tính dễ bốc cháy trên thiết bị UL 94HB cho vật liệu nhưa epoxy E 240 có mặt các chất chống cháy khác nhau
Hình 3.4 cho thấy, tốc độ cháy đối với mẫu có oxyt antimon và paraphin clo hóa đạt giá trị thấp hơn hai mẫu còn lại. Cơ chế chống cháy của paraphin clo hóa được giải thích như sau: Các giai đoạn sau mô tả phản ứng xảy ra đối với dẫn xuất halogen RX ([46], [94]). Giải phóng của các gốc halogen ( X * Cl * hoặc Br * ) từ chất chống cháy R-X (X: Cl):
R-X → R * + X * Hình thành các hydro halogen ( HX )
RH + X * → HX + R * Trung hòa các gốc tự giàu năng lượng
HX + H * → H2 + X * HX + OH * → H2O + X *
Oxyt antimon là chất chậm cháy cho polyme epoxy diễn ra theo cơ chế vật lý và cơ chế hóa học trong pha rắn. Sb2O3 thoát ra trên bề mặt vật liệu làm cho lớp tro càng bền nhiệt hơn và làm tăng khả năng ngăn cản tiếp xúc nhiệt (cơ chế chống cháy vật lý trong pha rắn), đồng thời lớp tro đó ngăn cản việc thoát khí (cơ chế hóa học trong pha rắn) [6, 41].
3.1.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất chống cháy đến tính chất cơ học của vật liệu epoxy E 240