Kunststoffverbrennungsprozess und Faktoren, die die Kunststoffverbrennung beeinflussen

Kunststoffverbrennungsprozess und Faktoren, die die Kunststoffverbrennung beeinflussen

Kunststoffe verfügen über hervorragende Eigenschaften und ihr Anwendungsbereich erweitert sich zunehmend. Sie werden insbesondere in großen Mengen in Branchen wie dem Baugewerbe, dem Transportwesen, der Möbelindustrie, der Elektronik- und Elektrogeräteindustrie sowie im täglichen Bedarfssektor eingesetzt. Kunststoffe haben das Leben und die Umwelt der Menschen erleichtert und verschönert, bemerkenswerte wirtschaftliche und soziale Vorteile gebracht und traditionelle Materialien nach und nach ersetzt.

Die überwiegende Mehrheit der häufig verwendeten Kunststoffe ist jedoch an der Luft brennbar oder entflammbar. Beim Verbrennen entsteht eine große Menge Rauch und giftige Gase, die zum Tod von Menschen durch Vergiftung und Erstickung führen und auch die Brandbekämpfung und Rettungseinsätze beeinträchtigen können.

Daher hat die Technologie zur flammhemmenden Modifizierung von Kunststoffen in Ländern auf der ganzen Welt große Aufmerksamkeit erregt. Bevor wir eine flammhemmende Modifizierung durchführen, müssen wir den Verbrennungsprozess von Kunststoffen und die Faktoren verstehen, die die Verbrennung von Kunststoffen beeinflussen.

ICH. Der Verbrennungsprozess von Kunststoffen

Der Verbrennungsprozess von Kunststoffen ist eine sehr intensive und komplexe thermische Oxidationsreaktion, die durch dichten Rauch oder intensive Flammen gekennzeichnet ist. Der allgemeine Prozess der Kunststoffverbrennung kann in fünf grundlegende Phasen unterteilt werden.

Stufe eins: Erwärmung und Temperaturanstieg. Der Grund für die Verbrennung von Kunststoffen liegt in erster Linie in der Temperaturerhöhung unter dem Einfluss einer externen Wärmequelle. Thermoplastische Kunststoffe zeigen in diesem Stadium ein Schmelzen.

Stufe zwei: Thermische Zersetzung. Wenn die Temperatur des Kunststoffs durch Erhitzen auf die Zersetzungstemperatur ansteigt, kommt es zu einer thermischen Zersetzung, wobei brennbare Gase und andere thermische Zersetzungsprodukte entstehen, zu denen hauptsächlich Folgendes gehört:

1. Brennbare Gase wie Methan, Ethan, Propan, Formaldehyd, Aceton, Kohlenmonoxid usw.

2. Nicht brennbare Gase wie Kohlendioxid, Stickstoff usw.

3. Flüssige Produkte, nämlich geschmolzene, abgebaute Polymere und Präpolymere.

4. Feste Produkte wie kohlenstoffhaltige Materialien usw.

5. Rauch bezieht sich auf feste Partikel (z. B. Kohlenstoff), die in der Luft schweben.

Stufe drei: Zündung. Wenn die Konzentration brennbarer Gase, die bei der thermischen Zersetzung von Kunststoffen entstehen, den Zündpunkt erreicht, diese mit Sauerstoff in Kontakt kommen und auf die Zündtemperatur erhitzt werden, kann die Verbrennung von Kunststoffen ausgelöst werden und sich von einem lokalen Bereich auf den gesamten Bereich ausbreiten Material.

Stufe vier: Nachhaltige Verbrennung. Wenn die Nettoverbrennungswärme des Kunststoffs, also die Differenz zwischen der Verbrennungswärme des Kunststoffs und der Wärme, die erforderlich ist, um benachbarte Materialien in den Verbrennungszustand zu erhitzen, gleich oder größer als 0 ist, brennt der Kunststoff weiter sein eigenes.

Stufe fünf: Beendigung der Verbrennung. Wenn die Verbrennung von Kunststoffen so weit fortgeschritten ist, dass die Nettoverbrennungswärme negativ wird, hört der entzündete Kunststoff auf zu brennen, nachdem die Zündquelle entfernt wurde.

II. Die Verbrennungsreaktion von Kunststoffen

Die Verbrennung der thermischen Zersetzungsprodukte von Kunststoffen erfolgt über einen radikalischen Kettenreaktionsmechanismus, der dem thermisch-oxidativen Abbau von Kunststoffen ähnelt und die folgenden vier Schritte umfasst:

1.Ketteninitiierung

2. Kettenausbreitung

3. Kettenverzweigung

4. Kettenabschluss

III. Faktoren, die die Verbrennung von Kunststoffen beeinflussen

Es gibt zahlreiche Faktoren, die die Verbrennung von Kunststoffen beeinflussen, darunter die intrinsischen Verbrennungseigenschaften von Polymeren und die Umgebungsbedingungen der externen Verbrennung.

Wenn die Umgebungsbedingungen der Verbrennung gleich sind, sind die Verbrennungseigenschaften der Polymere die Hauptdeterminanten, zu denen chemische Zusammensetzung und Struktur, spezifische Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, Zersetzungstemperatur, Verbrennungswärme, Flammpunkt und Zündpunkt, Flammentemperatur usw. gehören. Begrenzung des Sauerstoffindex, der Verbrennungsrate usw.

• Chemische Zusammensetzung und Struktur

Bei der Verbrennung von Polymeren handelt es sich im Wesentlichen um die Verbrennung brennbarer Gase, die durch die thermische Zersetzung von Polymeren beim Erhitzen entstehen. Daher weisen Polymere mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und Struktur aufgrund des unterschiedlichen Gehalts an brennbaren Gasen in ihren thermischen Zersetzungsprodukten unterschiedliche Verbrennungseigenschaften auf.

Offensichtlich neigen Polymere mit einem höheren Gehalt an brennbaren Gasen in ihren thermischen Zersetzungsprodukten eher dazu, zu brennen.

• Spezifische Wärmekapazität

Die spezifische Wärmekapazität bezieht sich auf die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur von 1 Gramm einer Substanz um 1 °C zu erhöhen (oder zu senken). Unter gleichen Bedingungen benötigen Polymermaterialien mit einer höheren spezifischen Wärmekapazität während der Aufheizphase des Verbrennungsprozesses mehr Wärme und sind daher schwieriger zu entzünden. Dieses Konzept wird im Zusammenhang mit der Polymerverbrennung weiter erläutert, bei der Materialien mit einer höheren spezifischen Wärmekapazität mehr Wärme absorbieren, wenn ihre Temperatur erhöht wird, was den Zündprozess aufgrund der größeren benötigten Energiemenge schwieriger machen kann.

• Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit, auch Wärmeleitfähigkeit oder Wärmekoeffizient genannt, ist eine physikalische Größe, die die Fähigkeit eines Materials angibt, Wärme zu leiten. Unter den gleichen Bedingungen erwärmen sich Polymermaterialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit während der Aufheizphase des Verbrennungsprozesses langsamer und sind daher schwerer zu entzünden. Dies liegt daran, dass Materialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit die Wärme effektiver ableiten können und daher mehr Energie benötigen, um den Zündpunkt zu erreichen.

• Zersetzungstemperatur

Da es sich bei der Polymerverbrennung im Wesentlichen um die Verbrennung brennbarer Gase handelt, die durch die thermische Zersetzung des Polymers beim Erhitzen entstehen, sind Polymere mit niedrigeren thermischen Zersetzungstemperaturen im Allgemeinen leichter zu verbrennen.

• Verbrennungswärme

Die Verbrennungswärme ist ein wichtiger Faktor für die Aufrechterhaltung der Verbrennung und die Verzögerung der Entzündung. Die Verbrennung der meisten Polymere ist eine exotherme Reaktion.

• Flammpunkt und Selbstentzündungspunkt

Der Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur, bei der sich eine offene Flamme entzünden kann, während der Selbstentzündungspunkt die niedrigste Temperatur ist, bei der eine Selbstentzündung ohne offene Flamme stattfinden kann.

• Flammentemperatur

Wie die Verbrennungswärme ist auch die Flammentemperatur ein wichtiger Faktor für die Aufrechterhaltung der Verbrennung und die Verzögerung der Entzündung. Die Flammentemperaturen der meisten Polymere sind viel höher als bei Streichhölzern und Zigaretten, nämlich bis zu etwa 2000 °C.

• Begrenzender Sauerstoffindex

Der minimale Volumenanteil an Sauerstoff im Gasgemisch, der die Verbrennung eines Polymers unterstützt, wird als limitierender Sauerstoffindex (LOI) des Polymers oder kurz Sauerstoffindex (OI) bezeichnet.

Der Sauerstoffindex ist ein wichtiger Indikator dafür, ob ein Polymermaterial brennt oder nicht. Da der Volumenanteil von Sauerstoff in der Luft 20,9 % beträgt, können Polymere mit einem Sauerstoffindex von weniger als 21 % im Allgemeinen an der Luft gezündet werden.

• Brenngeschwindigkeit

Die Verbrennungsgeschwindigkeit beeinflusst die Entstehung und Ausbreitung eines Feuers. Verschiedene Polymermaterialien verbrennen nicht mit der gleichen Geschwindigkeit und weisen daher während der Verbrennung eine schnelle oder langsame Ausbreitungsgeschwindigkeit auf.

Bei einem tatsächlichen Brand wird die Brenngeschwindigkeit eines Materials durch die Störung und Diffusion externer Gase, Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung beeinflusst.

IV. Abschluss

Mit einem tiefen Verständnis des Verbrennungsprozesses von Kunststoffen und der Faktoren, die die Verbrennung von Kunststoffen beeinflussen, hat die YINSU Flame Retardant Company eine Reihe umweltfreundlicher Flammschutzmittel für verschiedene Kunststoffe entwickelt, da Wissenschaft und Technologie weiter voranschreiten und das Bewusstsein der Menschen für den Umweltschutz weiter wächst wachsen. Diese Flammschutzmittel verbessern nicht nur die Feuerbeständigkeit von Kunststoffen und tragen zum Brandschutz bei, sondern sind auch umweltfreundlich und können die Anforderungen an Brandschutz und nachhaltige Entwicklung verschiedener Branchen erfüllen. YINSU wird weiterhin den neuesten Forschungsergebnissen und Anwendungstrends von Kunststoffmaterialien Aufmerksamkeit schenken und zur Förderung einer umweltfreundlichen und nachhaltigen Entwicklung der Kunststoffindustrie beitragen.