اگر تا به حال با مواد کامپوزیت کار کرده باشید - آن ترکیبات پویا از پلیمرها، الیاف و پرکننده‌ها که برای همه چیز از فضای داخلی هواپیما گرفته تا پانل‌های بدنه خودرو طراحی شده‌اند - احتمالاً در مورد یک سوال مهم فکر کرده‌اید: آیا یک تستر استاندارد پخش شعله می‌تواند واقعاً عملکرد آتش را ارزیابی کند؟ من به عنوان تامین کننده تجهیزات تست آتش، حداقل هفته ای یک بار و به دلایل خوب این سوال را مطرح می کنم. کامپوزیت ها مانند مواد همگن مانند فولاد یا پلاستیک خالص نیستند. ساختارهای لایه ای، ترکیبات مخلوط و خواص فیزیکی منحصر به فرد آنها به این معنی است که رفتار آتش آنها بسیار پیچیده تر است. برای دادن پاسخ مستقیم به شما، ما باید کاری کنیم که تستر پخش شعله چه کاری انجام می دهد، مواد کامپوزیت چگونه با نمونه های آزمایشی سنتی متفاوت است و چرا رویکرد تیم ما در طراحی ابزارهای آزمایش تفاوت را ایجاد می کند.
بیایید با اصول اولیه شروع کنیم: یک تستر پخش شعله برای اندازه گیری سرعت حرکت شعله در سطح یک ماده در مواجهه با منبع حرارت استاندارد طراحی شده است. برای دهه‌ها، این ماشین‌ها برای مواد ساده و یکنواخت کالیبره می‌شدند، مانند چوب جامد، فوم اثاثه یا لوازم داخلی پلاستیکی تک لایه. اما کامپوزیت ها بازی را تغییر دادند. به عنوان مثال پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) را در نظر بگیرید. الیاف کربن آن بسیار رسانا هستند، بنابراین هنگامی که شعله ای برخورد می کند، گرما می تواند به صورت جانبی در الیاف بسیار سریعتر از ماتریس پلیمری پخش شود. این رفتاری است که یک تستر استاندارد پخش شعله، که اغلب از یک منبع گرمای مسطح و یکنواخت استفاده می کند، اگر انتقال حرارت جهت دار را در نظر نگیرد، ممکن است آن را از دست بدهد.
من را اشتباه نگیرید - آزمایش کننده های گسترش شعلهمی تواندبرای کامپوزیت ها کار می کنند، اما تنها در صورتی که برای انطباق با ساختار منحصر به فرد مواد طراحی شده باشند. یک ماشین یک‌اندازه نتایج گمراه‌کننده‌ای خواهد داشت، به همین دلیل است که بسیاری از تولیدکنندگان قطعات کامپوزیتی که از داده‌های آزمایشی معیوب ناامید شده‌اند، با ما تماس گرفته‌اند. آنها آزمایشی را روی یک تستر پخش شعله عمومی انجام می‌دهند، عددی را دریافت می‌کنند که با عملکرد آتش در دنیای واقعی مطابقت ندارد، و در نهایت کل خط تولید خود را بی‌ضروره دوباره کار می‌کنند.
بیایید در مورد اینکه چرا تسترهای استاندارد برای کامپوزیت ها کوتاهی می کنند، مشخص کنیم. تصور کنید یک ماده کامپوزیت در پانل های داخلی لوکوموتیو استفاده می شود. مقررات ایمنی آتش نشانی لوکوموتیو به اندازه گیری دقیق گسترش شعله نیاز دارد و کامپوزیت ها در اینجا اغلب با یک هسته ضد حریق و یک لایه بیرونی تزئینی لایه بندی می شوند. اگر این تست را روی یک تستر پخش شعله استاندارد آزمایش کنید، که فقط گرما را به سطح بیرونی اعمال می کند، ممکن است متوجه نشوید که لایه هسته هنگام گرم شدن، بخارات سمی آزاد می کند، یا اینکه شعله بین لایه ها از طریق لایه لایه شدن حرکت می کند. به همین دلیل است که تیم ما طیف وسیعی از ابزارهای تخصصی، از جمله تست کننده احتراق مواد لوکوموتیو را توسعه داده است، که به صراحت برای آزمایش مواد حمل و نقل لایه ای دقیقاً مانند این کالیبره شده است. این دستگاه گرمای کنترل‌شده را از جهات مختلف اعمال می‌کند و هم پخش شعله سطحی و هم تخریب لایه داخلی را می‌گیرد – کاری که یک تستر استاندارد پخش شعله نمی‌تواند انجام دهد.
یکی دیگر از کاربردهای رایج کامپوزیت، نوارهای چسب مورد استفاده در مجموعه های هوافضا است. این نوارها نازک هستند، اغلب چند لایه با چسب حساس به فشار و پارچه تقویت‌کننده، و رفتار آنها در برابر آتش بسیار متفاوت از نوارهای جامد است. یک آزمایش استاندارد شعله عمودی ممکن است فقط نحوه سوختن نوار بیرونی را اندازه‌گیری کند، اما نه اینکه چگونه لایه چسب چکه می‌کند یا شعله را در طول سطح پخش می‌کند. این همان جایی است که تست‌کننده اشتعال‌پذیری عمودی نوار چسب وارد می‌شود: برای نگهداری نمونه‌های نازک و انعطاف‌پذیر تحت کشش کنترل‌شده، شبیه‌سازی نحوه نصب این نوارها در هواپیما و قطار طراحی شده است، بنابراین داده‌های پخش شعله برای موارد استفاده واقعی دقیق است.
اما این فقط در مورد سازگاری با شکل نیست - کامپوزیت ها اغلب قبل از آتش گرفتن تحت تجزیه حرارتی قرار می گیرند و این تجزیه می تواند گازهای قابل اشتعال آزاد کند که باعث گسترش شعله می شود. یک تستر استاندارد پخش شعله ممکن است طول شعله سطحی را اندازه گیری کند، اما نه سرعت انتشار این گازها را. به همین دلیل است که ما ابزارهای پخش شعله خود را با سیستم هایی مانند سیستم های تجزیه کوره لوله ای جفت می کنیم. اینها در تنظیمات آزمایشی ما ادغام شده اند تا نمونه های کامپوزیتی را در یک محیط کنترل شده با اکسیژن گرم کنند، ترکیب دقیق و حجم گازهای آزاد شده را اندازه گیری کنند، و به شما امکان می دهند این داده ها را با سرعت گسترش شعله مرتبط کنید. برای کامپوزیت ها، این پیوند بین تجزیه حرارتی و گسترش شعله غیرقابل مذاکره است و یک تستر پخش شعله اولیه نمی تواند آن را ضبط کند.
من این بازی را با مشتری که پشتی صندلی کامپوزیت برای هواپیماهای تجاری می سازد، دیده ام. آنها از یک تستر استاندارد پخش شعله استفاده می کردند که به آنها شاخص گسترش شعله (FSI) 25 را می داد، درست در محدوده قانونی. اما هنگامی که آنها نمونه خود را روی دستگاه تست اشتعال پذیری صندلی هواپیما ما - که برای هندسه منحصر به فرد اجزای صندلی هواپیما ساخته شده بود - آزمایش کردند، دریافتند که FSI واقعی 42 بود که گواهینامه آنها را رد می کرد. اختلاف؟ آزمایش‌کننده استاندارد یک نمونه پای صاف 1×1 را آزمایش کرد، اما پشتی صندلی‌های واقعی دارای لبه‌های منحنی، فوم لایه‌ای و پانل‌های کامپوزیت هستند که به شعله اجازه می‌دهد تا در گوشه‌ها سریعتر پخش شود. دستگاه ما دقیقاً همین هندسه را تکرار می کند، بنابراین داده ها با آنچه در یک آتش سوزی واقعی هواپیما اتفاق می افتد مطابقت دارد.
بنابراین، برای بازگشت به سوال اصلی: بله، یک تستر پخش شعله می‌تواند مواد کامپوزیتی را آزمایش کند - اما فقط در صورتی که یک واحد عمومی نباشد. کامپوزیت ها ذاتا متغیر هستند، بنابراین هر ابزار آزمایشی باید ساختار لایه ای، انتقال حرارت جهت دار، تجزیه حرارتی و هندسه نصب در دنیای واقعی را در نظر بگیرد. به همین دلیل است که تامین‌کنندگان نمی‌توانند به سادگی از هیچ دستگاه شعله‌سنج خارج از قفسه استفاده کنند. آنها به تجهیزات متناسب با کاربرد کامپوزیت خاص نیاز دارند، خواه پانل های لوکوموتیو، صندلی های هواپیما، یا نوارهای چسب.
حالا بیایید در مورد نحوه انتخاب ابزار مناسب برای مواد کامپوزیت خود صحبت کنیم. ابتدا از خود بپرسید: این کامپوزیت قرار است در چه مواردی استفاده شود؟ اگر برای حمل و نقل (هوایی، ریلی، جاده ای) است، آزمایش شما باید با مقررات سختگیرانه ای مطابقت داشته باشد که نیاز به آزمایش در شکل واقعی قطعه دارد. این بدان معناست که شما ممکن است به چیزی مانند دستگاه تست مشعل الکتریکی نیاز داشته باشید که از منبع شعله باز کالیبره شده برای حمل و نقل استانداردهای صنعت استفاده می کند، به جای منبع گرمای تابشی که احتراق واقعی را تکرار نمی کند. دوم، به دنبال آزمایش‌کننده‌ای باشید که به شما امکان می‌دهد پارامترهایی مانند شدت گرما، سطح اکسیژن و جهت‌گیری نمونه را تنظیم کنید - این موارد برای آزمایش کامپوزیت‌هایی که در زوایای مختلف رفتار متفاوتی دارند، حیاتی هستند. سوم، اطمینان حاصل کنید که تجهیزات می توانند نه تنها از گسترش شعله سطحی، بلکه اثرات ثانویه مانند لایه لایه شدن، انتشار گاز و تراکم دود را نیز ثبت کنند - که همه اینها بر نحوه گسترش آتش در یک فضای بسته مانند کابین قطار یا بدنه هواپیما تأثیر می گذارد.
من با مشتریانی کار کرده‌ام که فکر می‌کردند می‌توانند با استفاده از یک تستر استاندارد پخش شعله برای کامپوزیت‌ها در هزینه‌شان صرفه‌جویی کنند، فقط باید هر دسته از قطعات را دوباره در آزمایشگاه شخص ثالث آزمایش کنند. این منجر به هزینه، زمان، هزینه و تاخیر در عرضه محصولاتشان به بازار می شود. سرمایه گذاری بر روی یک تستر مخصوص پخش شعله که برای کامپوزیت ها طراحی شده است هزینه ای یکباره است که شما را از این سردردها نجات می دهد.
اگر شما یک تولیدکننده کامپوزیت هستید که سعی می‌کند محصولات خود را تأیید کند، یا آزمایش‌کننده‌ای هستید که به دنبال ارتقای تجهیزات خود برای مواد پیچیده هستید، شریک مناسب می‌تواند تفاوت را ایجاد کند. ما سال‌ها صرف پالایش ابزارهای خود برای مقابله با چالش‌های منحصربه‌فرد کامپوزیت‌ها، از اجزای لوکوموتیو گرفته تا فضای داخلی هواپیما شده‌ایم، و اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم داده‌های دقیق و قابل اعتمادی را که الزامات مقررات را برآورده می‌کند، دریافت کنید. چه نیاز به آزمایش یک دسته کوچک از نمونه های کامپوزیت نمونه اولیه داشته باشید یا برای تولید کامل آن را افزایش دهید، تیم ما می تواند شما را به تجهیزات مناسب برای نیازهای خاص خود راهنمایی کند.
آیا برای یافتن راه حل مناسب برای تست شعله برای مواد کامپوزیت خود آماده اید؟ ما اینجا هستیم تا در هر مرحله به شما کمک کنیم.
مراجع
- ASTM E84، روش تست استاندارد برای ویژگی های سوزاندن سطحی مصالح ساختمانی.
- ISO 5658-2، واکنش به آزمایش های آتش - گسترش شعله - قسمت 2: گسترش جانبی بر روی نمونه های عمودی و شیبدار کوچک.
- NFPA 130، استاندارد برای سیستم های حمل و نقل راهنما ثابت و راه آهن مسافری.
- FAR 25.853، حفاظت در برابر آتش: مواد، قطعات و اجزاء.
- استاندارد اروپایی EN 45545، کاربردهای راه آهن - حفاظت در برابر آتش در وسایل نقلیه راه آهن.