Study on Flame Retardancy and Smoke Suppression of Silicone Rubber Foam Containing Aluminum Hydroxide and Carbon Molecular Sieve
تُظهر هذه الدراسة أن دمج هيدروكسيد الألومنيوم والمناخل الجزيئية الكربونية في رغوة المطاط السيليكوني عبر الخلط الفيزيائي يُنشئ نظاماً تآزرياً يعزز بشكل كبير من مقاومة اللهب وكبح الدخان من خلال تشكيل طبقة حاجز كثيفة من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂) والمتفحم، محققاً تصنيف UL-94 V-0 وانخفاضات جوهرية في انبعاث الحرارة وإنتاج الدخان عند التحميل الأمثل.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
النار قوة لا تلين، لكن المواد التي نبني بها ليس بالضرورة أن تستسلم لها بسهولة. في عالم السلامة من الحرائق، يسعى الباحثون باستمرار لإيجاد طرق لمنع المواد من الاحتراق أو لإبطاء انتشار اللهب والدخان. أحد هذه المواد هو رغوة مطاط السيليكون، وهي مادة خفيفة الوزن ومرنة تُستخدم لسد الفجوات في المباني وحماية الإلكترونيات الدقيقة. وبينما تتعامل هذه المادة مع الحرارة بشكل جيد، إلا أن رغوة مطاط السيليكون النقية يمكن أن تشتعل وتطلق دخاناً كثيفاً وخطيراً. ولإصلاح ذلك، غالباً ما يضيف العلماء مواد تمتص الحرارة أو تخلق حاجزاً واقياً عندما تسخن المادة. ومن المساعدين الشائعين هيدروكسيد الألومنيوم، وهو معدن يطلق بخار الماء عند تسخينه لتبريد الأشياء، والمناخل الجزيئية الكربونية، وهي هياكل كربون مسامية ذات ثقوب صغيرة يمكنها حبس الغازات. وكان التحدي يكمكم في إيجاد الخليط الصحيح من هؤلاء المساعدين لجعل الرغوة آمنة دون جعلها ثقيلة أو هشة.
وضع فريق من الباحثين من جامعة شيان للعلوم والتكنولوجيا ومؤسسات أخرى في الصين خطة لحل هذا اللغز. أرادوا معرفة ما إذا كان دمج هيدروكسيد الألومنيوم مع المناخل الجزيئية الكربونية سيخلق درعاً أفضل ضد الحريق والدخان مما لو استُخدم كل منهما بمفرده. أخذوا رغوة مطاط السيليكون وخلطوا فيها كميات مختلفة من هذين المضافين، فصنعوا سلسلة من العينات الاختبارية. كان هدفهم بسيطاً: إيجاد الوصفة المثالية التي تجعل الرغوة تقاوم الاحتراق، وتمنع تقطرها، وتقلل بشكل كبير من كمية الدخان التي تنتجها عند احتراقها.
اختبر الفريق ابتكاراتهم باستخدام طرق قياسية لقياس مدى مقاومتها للحريق. تحققوا من كمية الأكسجين التي تحتاجها المادة للاستمرار في الاحتراق، وكيفية سلوكها في اختبار اللهب الرأسي، وكمية الحرارة والدخان اللذين تطلقهما في محاكاة حريق محكوم. ووجدوا أن إضافة هيدروكسيد الألومنيوم وحده أو المناخل الجزيئية الكربونية وحدها ساعدت، لكن الاختراق الحقيقي جاء عند مزجهما معاً. احتوت العينة الأفضل أداءً على خمسة أجزاء من هيدروكسيد الألومنيوم وجزءين من المنخل الجزيئي الكربوني لكل مائة جزء من الرغوة. غير هذا المزيج المحدد سلوك المادة بشكل دراماتيكي؛ فقد أصبح من الصعب جداً إشعالها، حيث تطلبت تركيزاً أعلى بك jauh من الأكسجين لتبقى مشتعلة، واجتازت أشد معايير السلامة صرامة للاحتراق الرأسي دون تقطير أي مادة منصهرة.
وعندما أخضعوا هذا المزيج الأمثل لحرارة شديدة، كانت النتائج مذهلة. انخفضت ذروة كمية الحرارة التي أطلقتها المادة بشكل كبير مقارنة بالرغوة النقية، وانخفض إجمالي الحرارة المنبعثة بمرور الوقت بأكثر من النصف. والأكثر إثارة للإعجاب كان التأثير على الدخان؛ فقد انخفض معدل إنتاج الدخان بأكثر من سبعين بالمائة، وانخفض إجمالي كمية الدخان المتولدة بنسبة تقارب أربعة وتسعين بالمائ المائة. ومن الناحية العملية، هذا يعني أنه إذا نشب حريق في غرفة مبطنة بهذه الرغوة المعالجة، فإن اللهب سيكون أضعف، والحرارة ستكون أقل شدة، وسيبقى الهواء أكثر نقاءً لفترة أطول بك، مما يمنح الناس وقتاً أكبر للهروب.
لفهم سبب نجاح هذا المزيج بهذا الشكل الجيد، نظر الباحثون بدقة فيما تبقى بعد احتراق النار. فحصوا "التفحم"، أو القشرة التي تتشكل على أسطح المواد المحترقة. تركت رغوة مطاط السيليكون النقية خلفها طبقة مفككة ومتشققة لا توفر سوى القليل من الحماية. في المقابل، تركت الرغوة التي تحتوي على هيدروكسيد الألومنيوم والمنخل الجزيئي الكربوني خلفها حاجزاً سميكاً وكثيفاً ومتواصلاً. عمل هيدروكسيد الألومنيوم كعامل تبريد، حيث أطلق بخار الماء لتخفيف الغازات القابلة للاشتعال والحرارة، بينما وفر المنخل الجزيئي الكربوني هيكلاً فيزيائياً حافظ على تماسك التفحم. ومعاً، شكلا درعاً محكماً من السيليكا والكربون يحبس الحرارة والدخان بداخله، ويمنعهما من تغذية الحريق أو الهروب إلى الغرفة.
تؤكد هذه الدراسة أن هذا المزيج يخلق دفاعاً مزدوج الطبقات وقوياً. تعمل المضافات معاً لإبطاء التحلل الكيميائي للرغوة وبناء جدار متين ضد الحريق. يقدم هذا النهج طريقة خضراء وفعالة لجعل رغوة مطاط السيليكون أكثر أماناً للاستخدام في المباني والإلكترونيات. ومن خلال إيجاد التوازن الصحيح بين هاتين المادتين الشائعتين، أظهر الباحثون أنه من الممكن إنشاء رغوة لا تقاوم الحريق فحسب، بل تحافظ أيضاً على نقاء الهواء من الدخان السام، معالجة بذلك اثنين من أكبر مخاطر الحريق في وقت واحد.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.