ПЭ мен ПВХ арасындағы жалынға төзімділік қасиеттерінің айырмашылығы

Пластмасса өңдеу және өнеркәсіптік қолдану өнеркәсібінде полиэтилен (ПЭ) және поливинилхлорид (ПВХ) орау, құрылыс, ауыл шаруашылығы, электр оқшаулау және өнеркәсіптік төсеу өрістерін қамтитын кең таралған екі жалпы мақсаттағы пластмасса болып табылады. Көптеген сатып алушылар мен өңдеушілер коммерциялық жалынға қарсы заттарды қосу PE материалдарының тұтанғыштығын толығымен жояды және PE модификацияланған ПВХ сияқты жалынға төзімді деңгейге жетуге мүмкіндік береді деп қателеседі. Дегенмен, көптеген беделді материалдардың жану сынақтары және өнеркәсіптік стандартты тексеру PE-нің жалынға төзімді жұмысында түбегейлі жоюға болмайтын ақаулары бар екенін дәлелдейді. Тіпті жоғары дозалы отқа төзімді модификациядан кейін де PE материалдары тұрақты ашық от пен жоғары температура жағдайында үздіксіз жануы мүмкін және олардың жан-жақты жалынға төзімді тұрақтылығы ПВХ-дан әлдеқайда төмен. Бұл мақалада халықаралық жану сынағы деректері, полимер пиролиз механизмінің зерттеулері және өнеркәсіптік стандартты параметрлер біріктірілген, PE және ПВХ арасындағы жалынға төзімділіктегі маңызды алшақтықты ғылыми талдау және PE үшін жалынға төзімді модификациясының шектеулерін нақтылау.

Біріншіден, ПЭ мен ПВХ арасындағы жалынға төзімділік көрсеткіштерінің түбегейлі айырмашылығы олардың молекулалық құрылымына және өзгермейтін физикалық және химиялық мәні болып табылатын табиғи материал қасиеттеріне байланысты. MDPI Fire журналында 2025 жылы жарияланған полимердің жану кинетикалық зерттеулеріне сәйкес, ПВХ молекулалық тізбегінде 56,7% хлор элементтері бар, ол қолмен қоспасыз табиғи галогендік отқа төзімді компонент болып табылады. Керісінше, таза PE толығымен көміртегі мен сутегі элементтерінен тұрады, жалынға төзімді топтар жоқ. Ол отқа төзімділігі өте төмен және бастапқы күйінде өздігінен сөну қабілеті жоқ типтік тез тұтанатын көмірсутекті полимерге жатады.

Оттегінің шекті индексі (LOI), материалдың тұтанғыштығын бағалаудың ең негізгі халықаралық индексі екі материал арасындағы алшақтықты интуитивті түрде көрсете алады. LOI сынағы материалдың жануын қолдау үшін қажетті оттегінің минималды концентрациясын білдіретін ISO 4589-2 стандартына негізделген. LOI мәні неғұрлым жоғары болса, материалды жағу қиынырақ болады. Винил институтының беделді сынақ деректері таза қатты ПВХ LOI мәні 45% – 48% құрайтынын көрсетеді, бұл 28% сыни отқа төзімділік шегінен әлдеқайда асып түседі. Ол тек оттегіге бай ортада тұрақты жануы мүмкін және табиғи ауада өзін-өзі сөндіретін тамаша өнімділікке ие. Керісінше, таза ПЭ LOI мәні бар болғаны 19,0% құрайды, бұл қалыпты ауадағы 21% оттегі концентрациясынан төмен. Бұл таза PE кәдімгі атмосфералық ортада еркін және үздіксіз жанып тұруы мүмкін екенін білдіреді, бұл табиғи отқа төзімділігі жоқ дерлік.

Көптеген кәсіпорындар аммоний полифосфаты (APP), магний гидроксиді және алюминий гидроксиді сияқты бейорганикалық және органикалық отқа төзімді заттарды қосу арқылы PE тұтанғыштық ақауларын толтыруға тырысады. Дегенмен, эксперименталды деректер жалынға төзімді заттар ПЭ жану жылдамдығын және жылу бөлінуін сәл ғана төмендете алатынын дәлелдейді, бірақ PE жанбайтын немесе тұрақты отқа төзімді әсерлерге қол жеткізе алмайды, ал модификацияланған ПЭ тұрақты ашық өрт жағдайында әлі де қатты жануы мүмкін. Қытай Материалтану және Технология журналының 2025 жылғы зерттеу деректеріне сәйкес, PE 25% жоғары тиімді композициялық жалынға қарсы зат қосылған кезде де (өнеркәсіптік өңдеу технологиясы рұқсат етілген ең жоғары пропорция) оның LOI мәнін тек 28,5%-30,2% дейін арттыруға болады. Қысқа мерзімді UL-94 тік жану сынағында ол бастапқы жалынға төзімді стандартқа жеткенімен, сыртқы жалын 30 секундтан астам уақытқа созылғаннан кейін, модификацияланған ПЭ үздіксіз балқыту, тамшылау және жайылған жанумен бірге толығымен тұтанады. Салыстырмалы түрде алғанда, қарапайым модификацияланбаған ПВХ өрт көзінен шыққаннан кейін 2 секунд ішінде тамшы жану құбылысынсыз өздігінен сөнеді.

Жалынға төзімді заттардың PE-нің жалынға төзімділігін толығымен жақсарта алмауының негізгі себебі екі материалдың әртүрлі пиролиз және отқа төзімді механизмдерінде жатыр. TG-FTIR-GC/MS полимер пиролизінің кинетикасы бойынша біріктірілген сынақ зерттеулеріне сәйкес, ПВХ қыздырылған кезде хлорсутек (HCl) газын ыдырату және шығару үшін ішкі хлор элементтеріне сүйенеді. HCl оттегін оқшаулай алады, белсенді жанудың бос радикалдарын ұстай алады және жану тізбегі реакциясын түбегейлі тоқтата алады. Сонымен қатар, ПВХ пиролиз кезінде бетінде тығыз және тұрақты көміртекті қабат түзеді, ол жылу беруді блоктай алады және ішкі материалдардың ыдырауы мен күйіп кетуіне жол бермейді.

Дегенмен, модификацияланған ПЭ-нің жалынға төзімді механизмі толығымен пассивті. ПЭ-ге қосылған жалынға төзімді зат тек жанудың үстірт сатысында жылуды сіңіру және оттегіні оқшаулау рөлін атқарады. Үздіксіз жоғары температура 350 ℃-ден жоғары болған кезде, PE молекулалық тізбегі кездейсоқ үзілуге ​​ұшырайды және жалынға қарсы құрал жоғары температурада ыдырау мен жоғалудан кейін тез істен шығады. Сонымен қатар, PE жану кезінде балқыған тамшылардың көп мөлшерін шығарады. Бұл жоғары температурадағы балқытылған тамшылар жалынды жайып қана қоймайды, сонымен қатар қалған материалдардың термиялық ыдырауын жеделдетіп, жанудың қатал циклін қалыптастырады. Беткі қабат көміртекті қабат түзсе де, ол борпылдақ және нәзік, ұзақ уақыт бойы жоғары температурада пісіруге және жалын эрозиясына төтеп бере алмайды, бұл модификацияланған PE ұзақ отқа төзімділікке қол жеткізе алмайтын негізгі себебі болып табылады.

Жылу шығарудың шыңы (pHRR) және жалпы жылу бөлінуі (THR) сияқты негізгі жану өнімділігі көрсеткіштеріне қатысты отқа төзімді ПЭ мен ПВХ арасындағы алшақтық өте айқын. Стандартталған конусты калориметрлік сынақтарға сәйкес, қарапайым ПВХ-ның pHRR мәні небәрі 185 кВт/м², ал 5 минут ішінде THR - 22 МДж/м². Керісінше, жоғары дозалы отқа төзімді модификацияланған PE-нің pHRR көрсеткіші 287 кВт/м², ал THR 57 МДж/м² жетеді, бұл ПВХ-дан екі есе көп. Бұл деректер модификацияланған PE жану кезінде әлі де үлкен жылу бөлетінін, жалынның күшті таралу қабілетіне ие екенін және құрылыс, электр және жоғары температуралық өнеркәсіптік сценарийлердің жоғары стандартты өртке қарсы талаптарын қанағаттандыра алмайтынын толық дәлелдейді.

Өнеркәсіптік қолдану және қауіпсіздік стандарттары тұрғысынан екі материал арасындағы жалынға төзімділік айырмашылығы да нақты анықталған. GB/T 2408-2021 пластикалық жану өнімділігін бағалау стандарты мен ЕО EN 13501-1 өрт рейтинг стандартына сәйкес модификацияланбаған ПВХ В1 төмен тұтанғыш және өзін-өзі сөндіретін дәрежеге тұрақты түрде жете алады, бұл ғимараттың ішкі әрлеуі және электр корпусы сияқты өртке сезімтал сценарийлер үшін жарамды. Дегенмен, тіпті отқа төзімді модификацияланған PE тек UL-94 сынағы бойынша V-1 деңгейіне жете алады және B1 дәрежелі сертификаттаудан өту қиын. Ұзақ мерзімді жоғары температура және ашық өрт орталарында модификацияланған PE сөзсіз жанып кетеді және оның 2025 жылғы құрылыс материалдарының қауіпсіздігін бақылау статистикасының статистикасына сәйкес практикалық инженерлік қолданбаларда оның жалынға төзімді істен шығу деңгейі 89% құрайды.

Сондай-ақ, PE-ге жалынға қарсы заттардың шамадан тыс қосылуы қосымша өнімділік ақауларына әкелетінін атап өткен жөн. Жалынға төзімділік мөлшері 20%-дан асқанда, ПЭ-нің созылу беріктігі мен қаттылығы 30%-40%-ға төмендейді, материал сынғыш және оңай жарылып кетеді, ауа-райына төзімділік пен қызмет ету мерзімі айтарлықтай қысқарады. Керісінше, ПВХ-ның өзіне тән отқа төзімді қасиеттері сыртқы қоспаларға тәуелді емес, сондықтан ол тамаша жалынға төзімділікті қамтамасыз ете отырып, тұрақты механикалық қасиеттерді сақтай алады. Бұл сондай-ақ отқа төзімді ПЭ жоғары өрт қауіпсіздігі өнеркәсіптік сценарийлерінде ПВХ-ны ешқашан алмастыра алмайтынын түсіндіреді.

Қорытындылай келе, ПВХ-ның PE-ге қарағанда жалынға төзімді артықшылығы - өңдеу модификациясының шартты артықшылығы емес, тән құрылымдық артықшылығы. PE таза көмірсутекті молекулалық құрылымы оның маңызды тұтанғыштық ақауын анықтайды. Жалынға қарсы заттың қандай түрі немесе дозасы қосылғанына қарамастан, ол жану дәрежесін сәл ғана жеңілдетеді, бірақ жануды толығымен басуға және өзін-өзі сөндірудің тұрақты көрсеткіштеріне қол жеткізе алмайды. Өнеркәсіптік таңдауда ПВХ әлі де жоғары жалынға төзімділік талаптары үшін таңдаулы материал болып табылады, ал PE (соның ішінде жалынға төзімді модификацияланған PE) тек төмен өрт қаупі бар сценарийлерде қолданылуы мүмкін. Жалынға қарсы заттар PE-нің тұтанғыштық мәселесін толығымен шеше алатынына көзсіз сену инженерлік қауіпсіздік қауіптеріне және сәйкес келмейтін өнім сапасына оңай әкеледі.