Truyền nhiệt cho nhiên liệu
Hiểu rõ được cơ chế hoạt động của tất cả các chất chống cháy, là phần rất quan trọng để có thể hiểu được sự duy trì sự sống của một ngọn lửa tốt nhất được, mô tả qua hình “Tam giác ngọn lửa” (hình 1.18). Một nguồn nhiệt ban đầu được bắt nguồn từ một lần đánh lửa, hơn nữa chúng đòi hỏi lượng nhiên liệu và lượng oxy trong không khí phải được duy trì liên tục và phải được tăng lên trong quá trình chính [41, 91].
Hình 1.19 Sự nhiêt phân và quá trình phân hủy của polyme ([41])
Polyme được cung cấp nhiên liệu dưới tác dụng của nhiệt độ, đồng thời xảy ra liên tục các quá trình của nhiệt phân và sự phân hủy sản phẩm (hình 1.19). Không khí môi trường xung quanh cung cấp lượng oxy cần thiết để tiếp tục phân hủy và tạo thành các gốc tự do, chúng làm lan truyền sự đốt cháy từ những đoạn mạch polyme xuất hiện trong pha khí.
Truyền nhiệt cho không khí
Pha trộn nhiên liệu và không khí
Hình 1.18 Cơ chế cháy theo tam giác ngọn lửa [41, 91]
Không khí Nhiên
liệu
Từng giai đoạn trong sơ đồ của quá trình nhiệt phân và quá trình phân hủy được thể hiện qua hình 1.19.
Polyme được tiếp xúc với một nguồn nhiệt vừa đủ, một quá trình được gọi là nhiệt phân bắt đầu khi chúng giải phóng các chất bay hơi dễ cháy. Những chất dễ bay hơi sau đó trộn với không khí (chứa oxy) và trải qua quá trình bắt lửa khi nhiệt độ đủ cao.
Do đó có ba bước liên quan đến toàn bộ quá trình đốt: sưởi ấm, phân hủy nhiệt hoặc nhiệt phân và đánh lửa [19]. Nếu nhiệt độ đốt cháy đủ để duy trì quá trình nhiệt phân và bắt lửa tiếp theo, polyme cháy một cách tự nhiên ngay cả sau khi việc loại bỏ các nguồn nhiệt bên ngoài. Vì vậy, một chu kỳ đốt tự duy trì được thành lập, trong đó đã được chứng minh bằng sơ đồ hình 1.20.
Nhiệt phân là một quá trình thu nhiệt như phân ly của liên kết hóa học, luôn luôn đòi hỏi năng lượng. Trong khi đó, trong quá trình bắt lửa, các sản phẩm dễ cháy nhiệt phân phản ứng với oxy, luôn luôn là một quá trình tỏa nhiệt và cung cấp một cơ chế phản hồi nhiệt cho quá trình cháy (sơ đồ hình 1.20).
Hình 1.20 Sơ đồ biểu diễn quá trình đốt cháy polyme [19]
Đánh lửa bắt đầu khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ bắt lửa đặc trưng của các chất dễ bay hơi và phụ thuộc vào các yếu tố, như sự có mặt của oxy, tính ổn định hóa học của các chất dễ bay hơi và nhiệt độ. Trong một chu kỳ đốt tự duy trì, nhiệt được sản sinh bằng quá trình đánh lửa lan truyền, quá trình nhiệt phân dọc theo bề mặt polyme mới và duy trì việc cung cấp nhiên liệu cho ngọn lửa. Điều này, dẫn đến sự lây lan của ngọn lửa trên toàn thể bề mặt polyme. Sơ đồ hiển thị ngọn lửa lan rộng trên bề mặt được đưa ra trong hình 1.21, gọi là 'khuếch tán ngọn lửa "(oxy được khuếch tán vào ngọn lửa để duy trì nó) lây lan rộng trên bề mặt polyme phân hủy. Nhiệt độ đốt cháy là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ của ngọn lửa lây lan. Các tính dễ cháy của một polyme được xác định bởi một số yếu tố như thế, năng lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ mà tại đó quá trình nhiệt phân và khí hóa tự phát của các sản phẩm phân hủy có thể xảy ra, số lượng và tính chất của các sản phẩm nhiệt phân và cặn đốt, .v.v. Khi chất chậm cháy được kết hợp vào polyme, nó thực hiện các hoạt động ức chế ngọn lửa thông qua các cơ chế khác nhau như cơ chế hóa học và cơ chế vật lý và thông qua các hiệu ứng vật lý [19, 46]
Trong quá trình nhiệt phân polyme tạo ra thành phần hoạt động phản ứng với oxy trong không khí tạo ra gốc OH*, H*. Chúng lan truyền ngọn lửa trên bề mặt polyme. Trong cơ chế pha khí, các sản phẩm phân hủy của chất chậm cháy tương tác hóa học với các gốc tự do và gây ức chế ngọn lửa. Trong quá trình đốt cháy, nguyên tử halogen và hydro halogenua được tạo thành. Các nguyên tử halogen tự do, nếu tạo ra, phản ứng với các sản phẩm quá trình nhiệt phân và tạo thành hydro halogenua. Những hydro halogenua là những chất ức chế ngọn lửa thực sự, chúng cắt đứt sự lan truyền ngọn lửa nhờ ức chế những loại gốc, như OH*, và các gốc tự do H*trong H2-O2 [19]. Trong giai đoạn ngưng tụ, các chất chậm cháy trực tiếp phản ứng với polyme ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của quá trình nhiệt phân về sau. Tương tác như vậy thường xảy ra thông qua sự mất nước không oxy hóa của các polyme dẫn đến giảm lượng oxy của nó và cuối cùng dẫn đến sự hình thành lớp than cacbon. Điều này không chỉ làm giảm sự hình thành của CO và CO2, mà kết quả chúng tạo thành một lớp ngăn chặn chống lại sự lan truyền ngọn lửa và dẫn nhiệt. Phốt pho có chứa chất làm chậm cháy thường tác động thông qua cơ chế này. Chất chậm cháy ức chế ngọn lửa chỉ thông qua các hiệu ứng vật lý chứ không qua hóa học với các polyme hoặc các sản phẩm của quá trình nhiệt phân. Chúng bị phân hủy ở nhiệt độ của quá trình nhiệt phân các polyme và chuyền tải tác dụng ức chế ngọn lửa cả trong pha khí và trong giai đoạn ngưng tụ. Sự phân hủy thu nhiệt của những chất chậm cháy hoạt động như một chất tản nhiệt gây ra hiệu ứng làm mát xung quanh và các sản phẩm phân hủy khí không hoạt động tạo ra hiệu ứng pha loãng trong pha khí hạ thấp nồng độ hiệu quả của các chất dễ bay hơi dễ cháy
trong vùng ngọn lửa. Chất chậm cháy phản ứng thông qua cơ chế này bao gồm các hydroxit kim loại khác nhau, borat, talc, .v.v. [19].