Brann har alltid vært en av de alvorligste truslene mot det menneskelige samfunn. Ettersom bygninger, transportsystemer, tekstiler, elektriske produkter og polymermaterialer har blitt stadig mer utbredt, har etterspørselen etter forbedret brannytelse fortsatt å vokse.
Det er viktig å skille-flammehemmende materialer fra fullstendig ikke-brennbare materialer. Hensikten med flammehemmende-teknologi er å redusere sannsynligheten for antennelse, bremse spredningen av flammer, begrense varmeutslipp og gi mer tid til evakuering og brannslukking.
Fra leirebeskyttende lag brukt i eldgamle bygninger til moderne oppblærende systemer, nanokompositter og teknologier med lav-røyk, lav-toksisitet, har utviklingen av brannbestandige-materialer vært en lang prosess med kontinuerlig utforskning.
1. Gamle kinesiske brannsikringsmaterialer og bygningsbeskyttelse
Kina begynte å utforske brannvernmetoder på et veldig tidlig stadium.
På det arkeologiske området Dadiwan i Qin'an, Gansu-provinsen, som dateres tilbake omtrent 5000 til 8000 år, plasserte eldgamle byggherrer lag med jord rundt tresøyler i store offentlige bygninger og påførte beskyttende sementholdige materialer på overflaten av trekonstruksjoner. Disse praksisene kan betraktes som tidlige former for arkitektonisk brannvern.
I løpet av vår- og høstperioden hadde folk allerede erkjent at å fjerne mindre strukturer, belegge større bygninger og lage separasjonssoner kunne bidra til å bremse spredningen av brann.
I løpet av våren og høsten og de stridende statene foreslo den kinesiske filosofen Mozi en rekke brannforebyggende og brannslokkingstiltak. Disse inkluderte å belegge byporter og bygninger med gjørme, lage vann-bære verktøy fra hampduk, bruke lærbeholdere for å holde vann og installere vannlagringsanlegg på forsvarstårn.
Disse tiltakene reflekterte en tidlig integrert tilnærming som kombinerte brann-bestandig overflatebehandling, bygningsdesign og brannslokkingsutstyr.
Ved Yuan-dynastiet hadde landbruksforskeren Wang Zhen gitt en relativt systematisk diskusjon om bygningsbrannvern i sitt arbeid.Nong Shu, ellerBok om landbruk. Han skrev:
Ild vokser når den møter ved, slukkes av vann og slutter når den når jorden.
Wang Zhen dokumenterte også et brannsikkert-materiale laget av ingredienser som knust murstein, leire, tungolje, trekullpulver og lime, blandet med klebrig rispasta. Materialet ga overflatedekning, termisk isolasjon og beskyttelse, og kan betraktes som et tidlig kinesisk komposittbelegg for brann-.
Selv om disse historiske praksisene ennå ikke utgjorde et moderne-flammehemmende kjemisk system, har de allerede demonstrert flere viktige prinsipper: isolering av brennbare materialer fra luft, redusering av varmeoverføring, tildekking av brennbare underlag og forhindring av direkte flammeeksponering.
2. Tidlig vestlig utforskning av flamme-hemmende behandling
Registreringer av-flammehemmende behandling i Vesten kan også spores tilbake til antikken.
I følge historiske beretninger fra antikkens Hellas ble tre behandlet med alun-baserte løsninger rundt 450 fvt for å redusere brennbarheten. Romerne forbedret senere prosessen ved å tilsette stoffer som eddik til behandlingsløsningen, noe som bidro til å forbedre holdbarheten og effektiviteten.
I det første århundre fvt hadde flammehemmende metoder allerede blitt brukt i militært forsvar. Alun-baserte løsninger ble angivelig brukt til å behandle trefestninger, mens belegg laget av leire og fiber-forsterkede materialer ble brukt for å beskytte beleiringsutstyr av tre mot brann.
I 1638 foreslo den italienske scenedesigneren og arkitekten Nicola Sabbatini å legge leire og gips til belegg brukt på teatergardiner for å redusere brannfaren. Denne applikasjonen viser hvordan brannfarer i offentlige bygninger bidro til å drive tidlig utvikling av flammehemmende-teknologier.
I 1735 ble det utstedt et britisk patent for behandling av tre og tekstiler ved bruk av alun, boraks og jernsulfat. På slutten av det attende århundre ble forbindelser som ammoniumsulfat også undersøkt som komponenter i flammehemmende formuleringer.
3. Dannelsen av moderne flamme-hemmende vitenskap
Det nittende århundre markerte en viktig overgang fra erfaring-basert brannsikringspraksis til vitenskapelig forskning.
I 1821 fikk den franske kjemikeren JL Gay-Lussac i oppdrag å undersøke metoder for å redusere brennbarheten til teatergardiner. Han fant at ammoniumsalter av svovelsyre, saltsyre og fosforsyre kunne forbedre flammemotstanden til hamp og lin.
Han observerte også at kombinasjoner av ammoniumklorid, fosforsyre og boraks kan forbedre flammehemmende-ytelse ytterligere.
Dette arbeidet blir ansett som et viktig utgangspunkt i den vitenskapelige studien av flammehemmende fibre og formuleringer.- Dets underliggende prinsipp-bruken av fosfor- og nitrogenholdige-forbindelser for å fremme dehydrering og forkulling-forblir relevant for flammehemmende-teknologi i dag.
Rundt 1859 ble forbindelser inkludert ammoniumfosfat, ammoniumklorid, boraks, ammoniumsulfat og stannatsalter ytterligere brukt på tekstilflammehemmende-behandling.
Gjennom impregnering, belegg og dannelse av uorganiske beskyttende lag på fiberoverflater, kan forbrenningsoppførselen til tekstiler forbedres.
I løpet av denne perioden endret flammehemmende forskning seg gradvis fra bruken av individuelle stoffer til komposittformuleringer, kjemiske reaksjoner og overflatebehandlingsteknologier.-
4. Industriell utvikling i det tjuende århundre
Med den raske veksten av plast, syntetisk gummi og syntetiske fibre i det tjuende århundre, ble flammehemmende teknologi en stadig viktigere del av materialindustrien.
Mange polymermaterialer er lette å antennes, brenner raskt og avgir store mengder varme. Som et resultat ble det en stor teknisk utfordring å forbedre brannytelsen.
På begynnelsen av det tjuende århundre gikk klorgummi inn i forsknings- og industrialiseringsstadiet. Rundt 1913 ble stannatsalter og ammoniumsalter brukt til flammehemmende tekstil-behandling.
På 1930-tallet begynte synergistiske systemer basert på klorert parafin og antimonoksid å bli brukt i flammehemmende- materialer. Halogenerte forbindelser bidro til å hemme frie-radikalreaksjoner i flammen, mens antimonoksid forbedret deres effektivitet.
Disse systemene ble mye brukt i mange år i plast, gummi, belegg og tekstiler.
I samme periode begynte uorganiske brannbeskyttende-belegg basert på vannglassbindemidler og mineralfyllstoffer å dukke opp. Forskere utviklet senere belegg som utvidet seg og dannet et beskyttende kulllag under varme, og la grunnlaget for moderne brannbeskyttende-beskyttende belegg.
Under andre verdenskrig akselererte etterspørselen etter militærtelt og lerretsmaterialer med både flammebestandighet og vannbestandighet utviklingen av flammehemmende beleggsystemer basert på klorparafin, antimonoksid og bindemidler ytterligere.
5. Utviklingen av intumescent flammehemmende-systemer
På slutten av 1940-tallet begynte forskere å bruke begrepet "intumescens" for å beskrive ekspansjonen og skumdannelsen som oppstår når visse flammehemmende polymerer utsettes for varme eller brann.
Mellom omtrent 1948 og 1950 ble den grunnleggende strukturen til oppblærende flammehemmende-systemer tydeligere, noe som førte til begrepene en syrekilde, en karbonkilde og en blåsekilde.
· Densyrekildefremmer dehydrering og karbonisering.
· Denkarbonkildedanner rammeverket for det beskyttende forkullet lag.
· Denblåsende kildefrigjør gasser som utvider forkullet til en porøs struktur.
Når materialet utsettes for flamme eller høy temperatur, dekker det svellende laget underlaget og begrenser overføringen av varme, oksygen og brennbare nedbrytningsprodukter. Dette bremser oppvarmingen og forbrenningen av det underliggende materialet.
På 1970-tallet demonstrerte forskere videre at dannelsen av et stabilt forkullet lag under polymerforbrenning kunne forbedre flammehemmende-ytelse betydelig.
Den beskyttende effekten av røye ble derfor en viktig del av teorien om kondensert-fase flammehemmende-.
I 1989 publiserte G. Camino og andre forskere systematiske studier av intumescent flammehemmende-systemer, som bidro til å fremme både deres teoretiske forståelse og praktiske anvendelse.
6. Skiftet mot høy-komposittsystemer
Etter 1950-tallet begynte reaktive flammehemmende-monomerer og flammehemmende-harpikser å dukke opp.
I motsetning til additive flammehemmere, kan reaktive flammehemmere innlemmes kjemisk i den molekylære strukturen til en polymer. Dette kan forbedre holdbarheten og redusere migreringen eller tapet av flammehemmende-komponenter under bruk.
Fra 1960-tallet og utover kom ulike aromatiske halogenerte flammehemmere i kommersiell bruk, og flammehemmende materialer gikk gradvis over i stor-industriproduksjon.
På 1980-tallet åpnet utviklingen av nanokomposittmaterialer en ny retning for forskning på flammehemmende-.
Noen nanomaterialer kan forbedre termisk stabilitet, fremme dannelsen av beskyttende lag og redusere varme-frigjøring og masse-tap ved relativt lave belastningsnivåer.
Moderne flammehemmende-materialer er vanligvis ikke lenger avhengig av ett enkelt tilsetningsstoff. I stedet kombinerer de flere mekanismer, inkludert:
· hemme forbrenningskjedereaksjoner i gassfasen;
· fremme forkulling i den kondenserte fasen;
· redusere varmeoverføring gjennom isolerende lag;
· begrense bevegelsen av oksygen og brennbare gasser med uorganiske barrierer;
· redusere røyk gjennom-røykdempende systemer;
· forbedre forkullingsstruktur og termisk stabilitet med nanomaterialer.
7. Forskrifter og standarder driver forbedringer innen brannsikkerhet
I andre halvdel av det tjuende århundre ble plast, syntetisk gummi og syntetiske fibre mye brukt i bygninger, transport, møbler, elektriske produkter og forbruksvarer.
Samtidig fikk brannrisikoen knyttet til polymermaterialer økende oppmerksomhet.
Fra 1960-tallet og fremover har USA, Europa og andre regioner gradvis innført industrikrav, produktstandarder og sikkerhetsforskrifter knyttet til brennbarhet av materialer.
Forbedring av flammemotstanden utviklet seg derfor fra en frivillig handling fra produsenter til et obligatorisk markeds{0}}tilgangskrav for visse produkter.
I dag gjelder krav til flamme-og brannhemmende-motstandskrav for et bredt spekter av bransjer, inkludert:
· bygge- og konstruksjonsmaterialer;
· tekstiler;
· møbler og madrasser;
· biler og jernbanetransport;
· romfart;
· ledninger og kabler;
· elektrisk og elektronisk utstyr;
· nye-energibatterisystemer.
Ulike bruksområder krever ulike nivåer og typer brannytelse.
I tillegg til motstand mot antennelse, kan det hende at materialer må vurderes for flammespredning, varmeutslipp, røykproduksjon, toksisitet, flammende dråper, kretsintegritet, brannmotstand og langtidsholdbarhet.
8. Den praktiske verdien av flammehemmende-materialer
Hensikten med-flammehemmende teknologi er ikke å garantere at et materiale aldri vil brenne under noen forhold.
Dens verdi ligger i å kontrollere forbrenningsatferd og redusere sannsynligheten for at en brann starter, sprer seg eller blir mer alvorlig.
Et effektivt-flammehemmende design kan forsinke tenning og flammespredning, redusere varme{1}}frigjøringshastigheten, begrense materialtap og gi mer tid til evakuering, brannslukking og beskyttelse av eiendom.
Ettersom brann-sikkerhetskravene fortsetter å utvikle seg, legger moderne flammehemmende-teknologier større vekt på å balansere brannytelse med røykdemping, lav toksisitet, miljøkompatibilitet, holdbarhet og mekaniske egenskaper.
Flammehemmende-ytelse må derfor verifiseres gjennom standardisert testing i stedet for utelukkende bedømt ut fra et materialnavn, kjemisk sammensetning eller leverandørerklæring.
