انواع الیاف نساجی و بررسی خواص آتش گیری

تهیه کننده : خشایار مهاجرشجاعی

چکیده

سوختن نتیجهٔ یک فرایند شیمیایی گرمازا میان یک مادهٔ سوختنی و عامل اکسیدکننده‌ است که با تولید گرما و تغییر شیمیایی مواد اولیه همراه می‌شود. آزاد کردن گرما می‌تواند با تولید نور به صورت شعله یا درخشش باشد.

روزانه تعداد کثیری از انسان ها به علت پیشامدهای ناشی از احتراق و آتش جان خود را از دست می دهند. بر اساس آمار ارائه شده از سوی سایت cefic ، روزانه شاهد قربانی شدن حدود ۱۲۰ نفر در دنیا بوده که حدود ۱۰ درصد از این افراد مربوط به ساکنین اروپا می باشد. با توجه به موارد فوق الذکر بررسی دقیق تر خواص آتش گیری الیاف مختلف به کار رفته در منسوجات نساجی لازم و ضروری به نظر میرسد . در این مقاله اقدام به بررسی خواص آتش گیری الیاف مختلف به کار رفته در منسوجات نساجی مانند پنبه ، پشم ، ویسکوز ، لایوسل ، نایلون ، پلی استر ، اکریلیک ، مد اکریلیک ، نومکس و کولار و…. گردیده است .

مقدمه

امروزه آتش سوزی به عنوان عاملی موثر در مرگ و میر انسان ها در اقصی نقاط دنیا به شمار می رود. سالانه تعداد کثیری به علت تبعات ناشی از آتش سوزی جان خود را از دست میدهند. از جمله پیامدهای ناشی از آتش سوزی می توان به ایجاد حرارت بالا ، ایجاد دود های غلیظ و سمی و انتشار سریع آتش به حوزه های مختلف اماکن مسکونی اشاره نمود. بر این اساس استفاده از منسوجات با قابلیت آتش گیری کمتر و یا منسوجات آغشته به مواد ضد آتش می تواند در کاهش آثار و پیامدهای آتش سوزی موثر باشد. در ادامه اقدام به ارائه جزئیاتی در زمینه خواص آتش گیری الیاف مختلف به کار رفته در منسوجات نساجی و استانداردهای مربوط به سنجش خواص آتش گیری الیاف مختلف نساجی گردیده است.

۱- استانداردهای مرتبط با تست آتش گیری

گروه IMI Fire Retardancy به عنوان یکی از شرکت های معتبر بین المللی دارای تجارب فراوان در زمینه سنجش خواص ضد آتش مواد مختلف می باشد. از جمله استاندارد های به کار رفته جهت سنجش خواص ضد آتش می توان به موارد زیر اشاره نمود. (http://www.tami-imi.com/flame-retardancy-testing)

•   ASTM 2863
•   DIN4102
•   California TB117 A and D
•   BS5852 CRIB 5

از جمله شاخص های به کاررفته جهت سنجش خواص و ویژگی های ضد آتش منسوجات می توان به شاخص (Limiting Oxygen Index) LOI اشاره نمود. بر اساس استاندارد های موجود با افزایش در میزان این شاخصLOI ، بر میزان خواص ضد آتش الیاف افزوده می شود . به بیای دیگر ، هرچه الیاف دارای شاخصLOI بیشتری باشند تمایل کمتری به آتش گیری در آنها وجود خواهد داشت.

۱-۲- روش تست خواص آتش گیری و یا ضد آتش

در این روش نمونه منسوج به صورت عمودی در فاصله مشخص از شعله قرار می گیرد . در ادامه نسبت به سنجش مدت زمان لازم جهت اشتعال و مدت زمان پیشروی اشتعال اقدام می گردد . بسته به روند پیشروی آتش براحتی می توان اقدام به مقایسه خواص ضد آتش منسوجات مختلف نساجی نمود. در ادامه اقدام به ارائه جزئیاتی در زمینه خواص ضد آتش انواع مختلف الیاف به کار رفته در تولید منسوجات نساجی گردیده است .

شکل ۱ : نحوه تست ضد آتش

۲- خواص آتش گیری / ضد آتش الیاف به کار رفته در منسوجات نساجی

در این بخش اقدام به بررسی خواص آتش گیری الیاف مختلف به کار رفته در منسوجات نساجی گردیده است.

۱- الیاف پنبه :

پنبه به عنوان نوعی الیاف طبیعی سلولزی دارای کاربرد وسیع در صنایع نساجی می باشند. بر اساس بررسی های صورت گرفته ، در صورت بروز اشتعال ، این نوع الیاف سلولزی به سرعت شعله ور می گردند. پروسه اشتعال این نوع الیاف همراه با شکل گیری دود رقیق ، انتشار بوی کاغذ سوخته، تشکیل خاکستر و خود سوزی بالا همراه می باشد. این نوع الیاف از لحاظ خواص آتش گیری به عنوان موادی پرخطر به احتساب می آیند. میزان محتویات اکسیژن محدود کننده (LOI) این نوع الیاف درمحدوده ۱۶ تا ۱۸ درصد گزارش شده است.

۲- پلی پروپیلن

این نوع الیاف به عنوان نوعی الیاف بشر ساخت ( مصنوعی ) متشکل از واحدهای مونومری تکرار شونده پروپیلن می باشند. پروسه اشتعال این نوع از الیاف عموما همراه با ذوب شدن اجزا و شکل گیری دود های سیاه و غلیظ می باشد. این نوع از الیاف از لحاظ آتش گیری به عنوان الیاف پز خطر به شمار میروند. میزان محتویات اکسیژن محدود کننده (LOI) این نوع الیاف در محدوده ۴/۱۷ تا ۱۸ درصد گزارش شده است.

۳- الیاف اکریلیک :

این نوع الیاف به عنوان نوعی از الیاف بشر ساخت ( مصنوعی) متشکل از واحد های مونومری تکرار شونده اکریلو نیتریل می باشد. پروسه اشتعال این نوع از الیاف عموما همراه با پیشروی سریع ( انتشار سریع) ؛ شکل گیری دود های سیاه غلیظ و سمی و مذاب شدن اجزا می باشد. این نوع از الیاف از لحاظ آتش گیری پس از الیاف سلولزی به عنوان موادی پرخطر به شمار می روند. از جمله روش های بهبود در خواص ضد آتش اکریلیک می توان به کوپلیمریزاسیون اکریلو نیتریل با مونومرهای حاوی هالوژن مانند وینیل کلراید ، وینیل بروماید و وینیلدین کلراید اشاره نمود. میزان محتویات اکسیژن محدود کننده (LOI) این نوع الیاف در حدود ۲/۱۸ درصد گزارش شده است.

۴- الیاف استات :

الیاف استات به عنوان نوعی الیاف سلولزی بازیافتی از استیلاسیون سلولز بدست می آید. این نوع الیاف سلولزی در حالتی مشابه به الیاف پنبه دارای خواص آتش گیری بالا همراه با خود سوزی ، انتشار بوی کاغذ سوخته و در برخی موارد همراه با مذاب شدن اجزا می باشد. در صورت ریزش مذاب بر روی سطوح دیگر ، زدایش این نوع مذاب از روی سطوح بسیار مشکل می باشد. این نوع الیاف از لحاظ خواص آتش گیری پس از پنبه، ویسکوز و لایوسل به عنوان موادی پرخطر به احتساب می آیند. میزان محتویات اکسیژن محدود کننده (LOI) این نوع الیاف در حدود ۷/۱۸ درصد گزارش شده است.

۵- الیاف لایوسل و ویسکوز :

این نوع الیاف سلولزی در حالتی مشابه به الیاف پنبه دارای خواص آتش گیری بالا همراه با خود سوزی ، انتشار بوی کاغذ سوخته ، شکل گیری خاکستر و دود رقیق می باشد. این نوع الیاف از لحاظ خواص آتش گیری پس از الیاف پنبه به عنوان موادی پرخطر به احتساب می آیند. میزان محتویات اکسیژن محدود کننده (LOI) این نوع الیاف در حدود ۷/۱۹ درصد گزارش شده است.

۶- الیاف نایلون ، پلی استر:

این نوع الیاف به عنوان نوعی الیاف مصنوعی به وسیله پروسه ذوب ریس به ترتیب از گرانول پلی اتیلن ترفتالات ، پلی آمید ها تهیه می شوند. پروسه اشتعال در این نوع الیاف همراه با پیشروی آهسته ، مذاب شدن اجزا و شکل گیری دودهای رقیق می باشد. بر اساس جدول زیر ، این نوع الیاف از لحاظ خواص آتش گیری به عنوان موادی با خطر زایی متوسط به شمار میروند. میزان محتویات اکسیژن محدود کننده (LOI) الیاف نایلون و پلی استر به ترتیب معادل با ۱/۲۰ و ۲۱ درصد گزارش شده است.

۷- الیاف پشم :

الیاف پشم به عنوان نوعی الیاف طبیعی دارای کاربرد وسیع در صنایع نساجی به خصوص صنایع فاستونی می باشد. پروسه سوختن این نوع از الیاف عموما همراه با بوی پشم و یا پر سوخته ، سرعت انتشار پائین و تشکیل خاکستر می باشد. بر اساس گزارشات موجود ، این نوع الیاف ممکن است دارای تمایل بالا نسبت به اطفا حریق باشد. این نوع از الیاف از لحاظ خواص آتش گیری به عنوان الیاف کم خطر به شمار می روند. میزان محتویات اکسیژن محدود کننده (LOI) این نوع الیاف درحدود ۲۵ درصد گزارش شده است.

۸- الیاف مد اکریلیک :

این نوع از الیاف به عنوان نوعی الیاف مصنوعی ( بشر ساخت) متشکل از کمتر از ۸۵ درصد پلی اکریلو نیتریل می باشند. پروسه احتراق این نوع الیاف همراه با انتشار آرام و مذاب شدن اجزا می باشد. این نوع از الیاف از لحاظ آتش گیری به عنوان موادی بی خطر بشمار میروند. از جمله عوامل موثر در تمایل پائین این نوع الیاف به آتش گیری می توان به شکل گیری یکسری رادیکال های کلر اشاره نمود. الیاف مداکریلیک متشکل از کوپلیمرهای اکریلو نیتریل – وینیل کلراید می باشند. میزان محتویات اکسیژن محدود کننده (LOI) این نوع الیاف در حدود ۲۷ درصد گزارش شده است.

۹- آرامید ها :

این نوع از الیاف ( شامل نومکس و کولار ) به عنوان نوعی پلی آمید دارای ساختار حلقوی به شمار می روند . این نوع از الیاف دارای خواص ضد آتش ، عایق حرارتی ، استحکام بالا می باشند. از این نوع الیاف عموما در ساخت بدنه هواپیماها ، کلاههای ایمنی ، البسه آتش نشانان و کاربردهای نظامی استفاده می شود. میزان محتویات اکسیژن محدود کننده (LOI) این نوع الیاف در محدود ۶۳ درصد گزارش شده است.

نتیجه گیری کلی

براساس نتایج بررسی های صورت گرفته در زمینه خواص آتش گیری الیاف مختلف به کار رفته در منسوجات نساجی ، الیاف سلولزی مانند پنبه و الیاف مصنوعی مانند پلی پروپیلن و اکریلیک دارای بیشترین تمایل به آتش گیری و الیاف مد اکریلیک و نومکس دارای کمترین تمایل به آتش گیری می باشند.

با توجه به وسعت عملکردی الیاف اکریلیک ، پلی استر، پلی پروپیلن و پشم در صنایع فرش ماشینی ، میزان آتش گیری فرش ماشینی بر اساس مقادیر شاخص محدودیت اکسیژن سنجیده می شود.

با توجه به مقادیر شاخص محدودیت اکسیژن الیاف پلی پروپیلن دارای بیشترین تمایل به آتش گیری و الیاف پشم دارای کمترین تمایل به آتش گیری می باشند.

مراجع مورد استفاده

۱ synthetic fibers, Machines and equipment manufacture, properties,Fourne ,۱۹۹۸
۲ Structure formation in polymeric fibers, David R.salem, 2000
۳World Health Organisation (WHO),2011. Burn Prevention Success Stories Lessons Learned online. Accessed Sept.20 2011 : http://whqlibdoc.who.int/publications/2011/9789241501187_eng.pdf .
۴ The Geneva Association (International Association for the Study of Insurance Economics), World Fire Statistics Bulletin n°۲۶ October 2010 Fire Deaths for 2007.
۵ World Fire Statistics Center of Fire Statistics of CTIF Report No.10 2006Source: http://ec.europa.eu/consumers/cons_safe/presentations/21-02/ctif.pdf
۶ ”Fire Loss in the United States during 2009”, M.J. Karter, NFPA (National Fire Protection Association), 2010 http://www.nfpa.org
۷ UK Office of the Deputy Prime Minister “Fire Statistics Monitor 2010-2011” http://www.communities.gov.uk/documents/statistics/pdf/1929558.pdf
۸ ‘International Fire Statistics and the Potential Benefits of Fire Counter-Measures’ University of Surrey Polymer Research Centre Report, May 2005Source:

————————————————————————————