Эксплуатационная характеристика пластика, ограничивающая его применение для ряда задач, – горючесть. А одна из характеристик огнестойкости, а значит пожаробезопасности полимерных материалов, это – кислородный индекс. КИ отражает минимальные показатели содержания кислорода, при которых возможно поддержание горения материала.
Горючесть выражается в способности материала к возгоранию, поддержанию и распространению горения. Этот процесс зависит от разных величин: температуры возгорания, температуры самовоспламенения, скорости выгорания, скорости распространения огня, интенсивности тепловыделения, токсичности. На этот процесс также влияют такие факторы, как состав атмосферы, плотность воздуха, кислородный индекс. Итак, горение – это комплексная характеристика, которая значительно препятствует широкому внедрению пластиков в разные сегменты отраслей промышленности.
Норма содержания кислорода в атмосфере составляет приблизительно 20-21 объемных %, а кислородный индекс материала, который может гореть в воздухе, ниже 21%.
Например, кислородный индекс хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ) составляет 60%. Если концентрация кислорода в атмосфере – 21%, для горения ХПВХ потребуется дополнительная подача 39% кислорода. Поэтому этот термопласт обладает способностями к самозатуханию.
Другой пример: широко распространенный полиэтилен обладает кислородным индексом 17,4%. При таких показателях КИ горение термопласта после возгорания продолжается. Кроме этого, создается опасность возникновения горящих капель из-за плавления пластика, что может привести к возникновению дополнительных очагов возгорания.
Так, показатели кислородного индекса используются для контроля горючести и снижения пожарной опасности при разработке полимерных композиций.
Высокими кислородными индексами обладают пластики, армированные негорючими волокнами, такими как стекловолокно, базальтовое волокно, другие.
Также для снижения пожарной опасности в синтетические полимеры вводятся антипирены. Эти огнезащитные добавки затрудняют воспламенение и снижают скорость распространения огня. Ниже представлены показатели КИ некоторых полимеров:
Политетрафторэтилен (Ф-4) – 95,0%
Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) – 60,0%
Поливинилхлорид (ПВХ) – 49,0%
Полиамид (капролон) – 29,0%
Акрилонитрил-бутадиен-стирол – 18,0%
Полиэтилен (ПЭ) – 17,4%
Полистирол (ПС) – 17,4%
Полиметилметакрилат (ПММА) – 17,3%
Пластик считается огнестойким, если его КИ близок к 100%, и легкогорючим, если КИ меньше 21%.
На фото изображены лопатки конвейера для фармацевтической промышленности, изготовленные посредством технологии точения на токарном станке. Одним из требований заказчика была огнестойкость материала, поэтому для производства лопаток использовали политетрафторэтилен (фторопласт-4).
На фото изображены комплектующие мембранного насоса для нефтегазовой промышленности, изготовленные посредством токарной обработки. В техническом задании заказчика были обозначены обязательные характеристики материала деталей, необходимые для эффективной эксплуатации оборудования. Среди них химическая устойчивость, широкий диапазон рабочей температуры, низкий коэффициент трения, огнестойкость. Шары изготовили из фторопласта-4 – этот полимер отвечает всем требованиям.