فهم المنسوجات المقاومة للهب: آلية مقاومة اللهب وتطبيقاتها

خلاصة: تتناول هذه المقالة بشكل أساسي آلية الاحتراق، وخصائص التصدع الحراري، وأنواع وآليات مثبطات اللهب في المنسوجات المقاومة للهب، بالإضافة إلى طرق إنتاج واختبار الألياف والأقمشة المقاومة للهب. وتغطي جوانب متعددة بدءًا من مبادئ مثبطات اللهب وصولًا إلى عمليات الإنتاج، وحتى معايير الاختبار، وتستشرف اتجاهات التطوير المستقبلية للمنسوجات المقاومة للهب، لا سيما البحث والتطوير في مجال مثبطات اللهب منخفضة السمية والدخان، والأقمشة المقاومة للهب متعددة الوظائف. كما تسرد المقالة بعض المعايير واللوائح ذات الصلة من دول ومناطق متعددة، بالإضافة إلى منتجات وتقنيات مثبطات اللهب التي طورتها شركة BEGOODTEX.

1. خلفية تطوير الأقمشة المقاومة للهب

لطالما كان للنار دورٌ محوريٌ في تشكيل التقدم البشري وتطوير التكنولوجيا عبر التاريخ؛ إلا أنها تُشكّل أيضاً خطراً جسيماً نتيجةً لحرائقها المتكررة. وتشير الجمعية الأوروبية لمثبطات اللهب (FERA) إلى أن أكثر من 5000 شخص يفقدون أرواحهم سنوياً جراء الحرائق في أوروبا، ما يُخلّف آثاراً اجتماعية واقتصادية بالغة. وتتكبّد ألمانيا خسائر تصل إلى 6.5 مليار مارك ألماني بسبب الحرائق، بينما يُمثّل الأثر الاقتصادي للحرائق في الاتحاد الأوروبي 1% من الناتج المحلي الإجمالي للمنطقة. أما في الصين، فيشهد العالم سنوياً ما بين 30000 و40000 حادث حريق، تُسفر عن 2000 إلى 3000 حالة وفاة، وخسائر اقتصادية تتراوح بين 200 و300 مليون يوان، وهي خسائر تتزايد باستمرار.

تعود جذور تقنية مثبطات اللهب إلى ثلاثينيات القرن العشرين، حيث بدأت بمعالجات غير دائمة قبل أن تتطور إلى استخدام مواد مثبطة للهب تدوم لفترة أطول، مثل تلك المستخدمة في الخيام العسكرية خلال الحرب العالمية الثانية. وخلال ستينيات القرن العشرين، وضعت دول مثل أوروبا والولايات المتحدة واليابان إرشادات خاصة باللهب، تلزم بعض المواقع والمنتجات باستخدام مواد مثبطة للهب.

2. أهمية الأقمشة المقاومة للهب

تشير خاصية مقاومة اللهب إلى قدرة المادة على إبطاء أو منع الاحتراق، وهي خاصية متأصلة أو مكتسبة من خلال عمليات المعالجة اللاحقة. وتتمثل آلية عمل المنسوجات المقاومة للهب في منع التفاعلات المتسلسلة أثناء عملية الاحتراق، وذلك عن طريق امتصاص الحرارة، وتغيير نمط التحلل الحراري، وتقليل إنتاج الغازات القابلة للاشتعال، لتحقيق تأثيرات مقاومة اللهب.
أظهرت الأبحاث أن الأقمشة المقاومة للهب تُحسّن السلامة بشكل ملحوظ. فعلى سبيل المثال، بالمقارنة مع الأقمشة غير المعالجة، تُطيل الأقمشة المقاومة للهب مدة الهروب من الحريق من 10 إلى 15 ضعفًا، وتقلل الحرارة والغازات السامة المنبعثة أثناء الاحتراق، وتمنع انبعاث الدخان الكثيف.

3. لوائح تكنولوجيا احتراق الأقمشة المقاومة للهب

في عالم المنسوجات، تُستخدم حاليًا طرقٌ معترف بها دوليًا لاختبار مقاومة اللهب، مثل معيار BS البريطاني، ومعيار DLN الألماني، ومعيار GCSB الكندي، ومعيار FS الأمريكي، ومعيار J1S الياباني، ومعيار ANF الفرنسي، ومعيار SLS السويدي، ومعيار GB الصيني، بالإضافة إلى معايير ISO الدولية. وتعتمد جهاتٌ ومؤسساتٌ مختلفة في دولٍ مثل المراكز الحضرية الكبرى أو ولاياتٍ مثل نيويورك وكاليفورنيا في الولايات المتحدة، فضلًا عن وزاراتٍ مثل وزارة التجارة (DOCFF) ووزارة النقل (DOT) والمنظمات العسكرية، معاييرَ ومنهجياتِ اختبارٍ خاصةٍ بها، تتبعها جهاتٌ وجمعياتٌ مختلفة، مثل الرابطة الوطنية للحماية من الحرائق (NFPA)، ورابطة كيميائيي وصباغي المنسوجات (AATCC)، وجمعية اختبار المواد (ASTM)، وغيرها.

الولايات المتحدة

منذ عام 1953، سنّت الولايات المتحدة قانون الأقمشة القابلة للاشتعال (FFAP) الذي يُلزم المنسوجات بالامتثال للمتطلبات الفنية المتعلقة بقابلية الاشتعال. وتشمل بعض المعايير ذات الصلة ما يلي:

• NFPA 701: معيار اختبار الحريق للمنسوجات والمواد الفيلمية الذي طورته الرابطة الوطنية للحماية من الحرائق، والذي يختبر بشكل أساسي خصائص احتراق المواد عند تعرضها للهب.
• يركز معيار NFPA 2112 على إرشادات الملابس الواقية من اللهب في البيئات الصناعية مثل قطاع النفط والغاز حيث تعتبر الملابس الواقية ضرورية للحماية من دفعات قصيرة من الحرارة الشديدة المنبعثة من اللهب.
• CFR 1615/1616: تحدد اللوائح الفيدرالية معايير السلامة من الحرائق لملابس نوم الأطفال في أمريكا من خلال تفصيل المواد التي يمكن استخدامها ومدى سرعة انتشار اللهب عليها.

كندا

أقرت كندا لوائح المنتجات الخطرة واللوائح ذات الصلة (مثل ملابس نوم الأطفال، والسجاد، والخيام، وما إلى ذلك)، والتي تُنفذها وزارة الصحة الكندية لضمان استيفاء جميع المنسوجات لمتطلبات مقاومة اللهب. معايير جزئية ذات صلة:

• CAN/ULC-S102: طرق اختبار الحريق لمواد ومكونات البناء، بما في ذلك ديكور المنزل.
• CAN/CGSB 4.2 رقم 27.5: أداء احتراق الفراش.

اليابان

لا تفرض اليابان متطلبات محددة لمقاومة اللهب في منتجات الملابس، لكنها وضعت معايير لمقاومة اللهب في السجاد والستائر في المباني، حيث تشترط أن تستوفي المنسوجات المستخدمة في مواقع محددة معايير الأداء المحددة لمقاومة اللهب وأن تحمل ملصقات "الوقاية من الحريق". على سبيل المثال، ينطبق معيار JIS L 1091 على المنسوجات المنزلية (الستائر، أغطية الأسرة).

أستراليا

تختلف اللوائح الفنية من ولاية إلى أخرى في أستراليا، حيث سنّت ولاية غرب أستراليا قانون التجارة العادلة لعام 1987 ومعايير ملابس السهرة للأطفال لعام 1988؛ ولدى تسمانيا قانون الملابس القابلة للاشتعال لعام 1973 ولوائح الملابس القابلة للاشتعال لعام 2002؛ وسنّت ولاية نيو ساوث ويلز لوائح التجارة العادلة (المتطلبات العامة) لعام 2002. وتنص هذه اللوائح على أن طرق اختبار مقاومة اللهب لملابس السهرة للأطفال (مثل البيجامات وأرواب الحمام وما إلى ذلك) المرقمة من 00 إلى 14 يجب أن تتوافق مع معيار AS/NZS 1249.

المملكة المتحدة

تفرض المملكة المتحدة قوانين تتعلق بسلامة الملابس المسائية المقاومة للهب. في عام ١٩٨٥، دخلت لوائح سلامة الملابس المسائية حيز التنفيذ كبديل للوائح سلامة ملابس النوم النسائية. وفي عام ١٩٨٧، أُدخلت تعديلات لتوسيع نطاق هذه اللوائح لتشمل جميع أنواع الملابس المسائية. ووفقًا لهذه اللوائح، يجب أن تلتزم ملابس الأطفال المسائية، من عمر ٣ أشهر إلى ١٣ عامًا، بالمعيار البريطاني BS5722، وأن تحمل ملصقًا دائمًا يوضح ما إذا كانت مطابقة لمعيار الاحتراق. أما الملابس المسائية المعالجة بمواد كيميائية مقاومة للهب، فيجب أن تحمل ملصقات تحذيرية بشأن تعليمات الغسيل والمنظفات المحددة التي يجب استخدامها لأغراض التنظيف، وفقًا للإرشادات الواردة في المعيار البريطاني BS5651، قبل إجراء أي اختبارات أو تقييمات على خصائصها. قائمة جزئية بالمعايير؛

• يُستخدم معيار BS5815 بشكل أساسي لتقييم مقاومة الأثاث للحريق لضمان أن المواد توفر السلامة في حالة اندلاع حريق.
• BS5852 CRIB 5 هو معيار اختبار يقيم مقاومة الحريق للأثاث ومواد الحشو على مستوى متطلبات السلامة من الحرائق.
• BS5867 TYPE C هو معيار لمقاومة الحريق مصمم خصيصًا للستائر والأقمشة الداخلية الزخرفية؛ يشير تصنيف النوع C إلى أن المادة تُظهر مقاومة للحريق عند تعرضها للهب.
• المصدر 7 من المواصفة البريطانية BS7175: تقييم مقاومة الحريق للفراش، المصدر 7 هو متطلب عالي المستوى للحماية من الحرائق يستخدم عادة للفراش في الأماكن العامة.

4. التحلل الحراري للمنسوجات

يتأثر احتراق الأقمشة بنوعها وبنيتها وتركيبها. ويمكن تصنيفها إلى مجموعات مختلفة، مثل الأقمشة غير القابلة للاشتعال، والمقاومة للحريق، والمثبطة للهب، والقابلة للاشتعال. تتطلب عملية الاحتراق ثلاثة عناصر: مصدر حرارة، وأكسجين، ومواد قابلة للاشتعال. تشتعل الأقمشة بفعل مصادر الحرارة. فعندما تصل درجة حرارة مصدر الحرارة إلى مستوى معين، تبدأ الألياف بالتحلل وإطلاق غازات قابلة للاشتعال تتحد مع الأكسجين وتشتعل. يتضمن احتراق الأقمشة مراحل، منها تسخين المادة أولاً قبل أن تنصهر وتتشقق لتتحلل، ثم تشتعل في النهاية نتيجة الأكسدة.

أنواع الألياف	اسم الألياف	بالقرب من اللهب	في اللهب	اترك اللهب	الشكل المتبقي
ألياف السليلوز	لب الخيزران	لا ينصهر ولا ينكمش	احترق بسرعة	استمر في الاشتعال	كمية صغيرة من اللون الرمادي الداكن الناعم
	ألياف الخيزران	لا ينصهر ولا ينكمش	احترق بسرعة	استمر في الاشتعال	كمية صغيرة من اللون الرمادي الفاتح
	لاصق	لا ينصهر ولا ينكمش	احترق بسرعة	استمر في الاشتعال	كمية صغيرة من اللون الرمادي الفاتح المائل إلى الأبيض
	القطن والكابوك	لا ينصهر ولا ينكمش	احترق بسرعة	استمر في الاشتعال	كمية صغيرة من الرمادي الداكن الناعم
	الكتان	لا ينصهر ولا ينكمش	احترق بسرعة	استمر في الاشتعال	كمية صغيرة من شريط حريري رمادي-أبيض رمادي
ألياف البروتين	ألياف بروتين الصويا	عقد	يوجد دخان أسود في الحريق.	استمر في الاشتعال	أسود ورمادي مقرمش، مع كمية قليلة من القطع الصلبة
	ألياف بروتين الحليب	ذوّبي ولفّي	تجعيد، ذوبان، حرق	يحترق، وأحياناً يدمر نفسه بنفسه	أسود اللون، مقرمش بشكل أساسي،
	ألياف شيل كورد	لا ينصهر ولا ينكمش	أحرقها بسرعة، ولا تذوبها، واحتفظ بالحزمة الدائرية الأصلية.	استمر في الاشتعال	أسود ورمادي، هش
	الصوف والحرير	انقباض أو تجعد	حرق تدريجي	ليس من السهل حرقه	رمادي أسود مقرمش
ألياف صناعية	ألياف البوليستر	انكماش، انصهار	قم بإذابة المكونات أولاً ثم قم بحرقها	هناك الكثير من الدخان الأسود، وهناك سائل منصهر يتساقط	كرة صلبة زجاجية بنية داكنة
				قطرات الذوبان لونها بني داكن.
	ألياف البولي أميد	انكماش، انصهار	قم بإذابة المكونات أولاً ثم قم بحرقها	هناك قطرات ذائبة، وهذه القطرات بنية اللون.	كرة صلبة زجاجية بنية داكنة
	ألياف الأكريليك	انكماش، ذوبان دقيق، احتراق	احتراق الانصهار	هناك شرارات صغيرة متوهجة.	قطع مقرمشة سوداء صلبة
	ألياف كحول البولي فينيل	انكماش، انصهار	يحترق	استمر في الاحتراق	قطع مقرمشة سوداء صلبة
	ألياف البولي بروبيلين	انقباض بطيء	احتراق الانصهار	توجد قطرات ذائبة، وهذه القطرات ذات لون أبيض حليبي.	كرة صلبة صفراء بنية اللون

الألياف السليلوزية

ألياف السليلوز مادة تتغير عند تسخينها، وقد ينتج عنها بقايا صلبة، بالإضافة إلى انبعاث سوائل وغازات قابلة للاشتعال. وتحدد طريقة تحلل الألياف تحت تأثير الحرارة ما إذا كانت ستستمر في الاحتراق أم لا. عند احتراق السليلوز، يمر بنوعين من الاحتراق: أحدهما مصحوب بلهب، والآخر بدون لهب (احتراق بطيء).

يمكن رؤية عملية الانهيار في ثلاث مراحل:

1. يحدث الانهيار الأولي عند درجات حرارة أقل من 370 درجة مئوية

2. يحدث الانهيار الرئيسي بين 370 درجة مئوية و 430 درجة مئوية

3. تحدث مرحلة الانهيار النهائية عند درجة حرارة أعلى من 430 درجة مئوية

في مرحلة التكسير (عند درجات حرارة تتجاوز 430 درجة مئوية)، يتحدد أداء الاحتراق بنواتج التكسير، وتشير نتائج الأبحاث إلى أن تقليل إنتاج العناصر القابلة للاشتعال يمكن أن يقلل بشكل فعال من مخاطر الاحتراق. على سبيل المثال، خلال عمليات التحلل الحراري لألياف القطن، يتم توليد ماtel28 مادة قابلة للاشتعال؛ في المقابل، مع ألياف القطن المعالجة بمثبطات اللهب، تنخفض أنواع وكميات نواتج التحلل الحراري بشكل ملحوظ.

ألياف البوليستر

تتشابه طريقة احتراق ألياف البوليستر مع طريقة احتراق المواد البوليمرية الاصطناعية الأخرى. فعند تعرضها للحرارة، تتحلل ألياف البوليستر، مُطلقةً غازات قابلة للاشتعال تُساعد على انتشار الحريق بسرعة أكبر. ولمنع انتشار الحريق، من المهم تقليل انبعاث هذه الغازات، وذلك بإبطاء التفاعلات التي تحدث في الهواء أثناء التحلل، وامتصاص الحرارة الناتجة عن الحريق، أو الحد من مدة استمرار الحريق عن طريق قطع الأكسجين عن البيئة المحيطة.

استكشف المزيد من التفاصيل حول كيفية تطبيق تقنية مقاومة اللهب في أقمشة البوليسترانقر هنا لمزيد من المعلومات.

5. فهم آليات مثبطات اللهب

آليات مقاومة اللهب في المنسوجات

1. نظرية الانصهار (نظرية تغطية السطح)

تنصهر بعض المواد، مثل البوراكس وحمض البوريك، عند تسخينها، مُشكّلةً طبقة زجاجية تُغطي سطح الألياف، مما يعزل الهواء ويُثبّط الاحتراق. تُعزّز الفوسفيدات عملية التفحم، بينما تتحلل البروميدات مُنتجةً غازات غير قابلة للاشتعال، مما يزيد من عزل الهواء أو يُخفّف تركيز الغازات القابلة للاشتعال، وبالتالي يُنتج تأثيرات مُثبّطة للهب.

2. تأثير امتصاص الحرارة

تعمل مثبطات اللهب على خفض درجة حرارة أسطح البوليمر ومناطق الاحتراق من خلال امتصاص الحرارة أو التجفيف أو تغيير الطور أو التحلل، مما يؤدي إلى إبطاء عملية التحلل الحراري.

3. نظرية الجفاف

تُنتج مثبطات اللهب القائمة على الفوسفور بيروفوسفات عند ملامستها للهب، مما يُحدث تأثيرًا قويًا في تجفيف الألياف ويساعد على تفحمها. ويمكن للغشاء المتفحم المتكون أن يعزل الهواء بفعالية ويقلل من انبعاث الغازات القابلة للاشتعال.

4. مثبط اللهب في الطور المكثف

يتم تحقيق تأثير مثبط اللهب في الطور المكثف عن طريق تأخير أو إيقاف عملية التحلل الحراري للمواد، وتشمل الطرق الشائعة ما يلي:

• تعمل مثبطات اللهب على تأخير أو منع التحلل الحراري للغازات القابلة للاشتعال والجذور الحرة في الحالة الصلبة.
• إن استخدام الحشوات غير العضوية يجعل من الصعب على المادة الوصول إلى درجة حرارة التحلل الحراري من خلال تخزين الحرارة وتوصيلها.
• تتحلل مثبطات اللهب وتمتص الحرارة عند تسخينها، مما يبطئ ارتفاع درجة الحرارة.
• يشكل سطح المواد المقاومة للهب طبقة كربونية مسامية، توفر العزل وحاجز الأكسجين، مما يمنع الغازات القابلة للاشتعال من دخول الحالة الغازية وتعطيل الاحتراق.

5. مثبطات اللهب في الطور الغازي

تعمل مثبطات اللهب في الطور الغازي على قمع تفاعلات الاحتراق في الطور الغازي عن طريق التقاط الجذور الحرة مثل H · و HO · والقضاء عليها، مما يؤدي إلى التحكم الفعال في عملية الاحتراق.

6. جزيئات الغبار أو تأثيرات الجدار

قد تفقد الجذور الحرة نشاطها عند ملامستها لجزيئات الغبار أو جدران الأوعية، مما يقلل من معدل تفاعلات الطور الغازي وبالتالي يمنع الاحتراق.

7. تأثير القطرات

عند تسخين الألياف البلاستيكية الحرارية، تنصهر، مما يقلل من مساحة سطحها الملامسة للهواء، وقد يؤدي ذلك إلى انفصال قطرات من اللهب، وبالتالي إبطاء معدل الاحتراق. ولتحسين مقاومة اللهب، تتضافر آليات مختلفة عادةً من خلال تفاعلات تآزرية لتعزيز الأداء العام لمقاومة اللهب.

مبادئ مثبطات اللهب المختلفة

توجد أنواع مختلفة من مثبطات اللهب، تُقسم أساسًا إلى مثبطات اللهب الهالوجينية، ومثبطات اللهب الفوسفاتية، ومثبطات اللهب غير العضوية، ومثبطات اللهب المتمددة. وتختلف آلية عمل مثبطات اللهب باختلاف نوع مثبط اللهب.

1. آلية تثبيط اللهب بواسطة مثبطات اللهب الهالوجينية

عند تسخينها، تتحلل مثبطات اللهب الهالوجينية وتنتج غازات غير قابلة للاشتعال، وفي معظم الحالات هاليد الهيدروجين الذي يصل إلى سطح المادة مغطياً إياها بطبقة عازلة تحجب الأكسجين عن تفاعل الاحتراق. يتحد كل من هاليدات الهيدروجين والجذور الحرة لتكوين جذور الكلور أو البروم منخفضة النشاط، مما يقلل من معدل الاحتراق.

2. آلية تثبيط اللهب للفوسفات غير العضوي

تعمل مثبطات اللهب الفوسفورية بآلية التجفيف والتفحيم. تستطيع الفوسفات تكوين أجسام زجاجية متعددة الفوسفات عند درجات حرارة عالية، تُغلف المادة وتمنع وصول الأكسجين إلى سطحها وبالتالي تمنع الاحتراق. كما يمكن للأزواج الأيونية أن تُحسّن من فعالية مثبطات اللهب عند دمجها مع فوسفات وكلوريدات المعادن.

3. آلية عمل مثبطات اللهب من نوع إستر الفوسفات

تعمل مثبطات اللهب من نوع إستر الفوسفات على تقليل قابلية المواد للاشتعال عن طريق تكوين أحماض الفوسفوريك والميتافوسفوريك غير المتطايرة التي تحفز عملية التجفيف، بالإضافة إلى طبقة عازلة من الكربون للحماية.

4. التأثير التآزري لثلاثي أكسيد الأنتيمون ومثبطات اللهب الهالوجينية

يمكن أن تعمل مثبطات اللهب من نوع ثالث أكسيد الأنتيمون والهالوجين معًا لامتصاص الحرارة، واستهلاك الجذور الحرة التي تتشكل أثناء احتراق الراتنج، وتقليل درجة حرارة السطح أو معدل إطلاق الغازات القابلة للاشتعال في مرحلة فصل الحريق من جانب واحد، وتحسين التأثير التآزري في اتجاه آخر.

5. آلية تثبيط اللهب لمثبطات اللهب الفوسفورية النيتروجينية

يُساهم مثبط اللهب الفوسفوري/النيتروجيني في تكوين طبقة من الرغوة المتفحمة عن طريق التمدد، وتتمثل خصائص هذه الطبقة في العزل الحراري، ومنع تسرب الأكسجين والدخان، وفصل القطرات المنصهرة. تعمل طبقة الكربون الرغوية، باعتبارها مادة مسامية تُنتجها رغوة البولي يوريثان الصلبة، على عزل مصدر الاشتعال ومنعه من الاشتعال، مما يُبطئ الاحتراق بطبيعته، وبالتالي التغلب على هذه المشكلة.

6. مسارات إنتاج الأقمشة المقاومة للهب

هناك نهجان أساسيان لجعل الألياف والمنسوجات مقاومة للهب: تعديل الألياف نفسها لمقاومة دائمة للهب، أو استخدام مواد تشطيب مقاومة للهب على سطح المادة. بالنسبة لألياف مثل القطن والكتان، تُستخدم طرق ما بعد التشطيب لمقاومة اللهب، إما عن طريق الترسيب بالامتصاص أو الربط الكيميائي لتثبيت المادة المقاومة للهب على النسيج أو الخيوط، مما يضمن خصائص مقاومة اللهب. أما الألياف الاصطناعية مثل البوليستر والأكريليك، فيمكن دمج مواد مقاومة للهب فيها أثناء الغزل، ثم تعديلها من خلال البلمرة المشتركة أو المزج لتعزيز خصائصها المقاومة للهب. بدلاً من ذلك، يمكن تحقيق مقاومة اللهب في الألياف من خلال معالجات ما بعد التشطيب لزيادة مقاومتها للحريق. بالمقارنة مع الطرق الأخرى، يُعد تطبيق المواد المقاومة للهب بعد التصنيع أبسط، ويتطلب استثمارًا أقل، ويحقق نتائج أسرع، مما يجعله خيارًا أكثر جدوى لإطلاق خطوط إنتاج جديدة. يمكن لتقنيات ما بعد المعالجة أن تؤثر على قوة الأقمشة ومظهرها، بالإضافة إلى تأثيرها على خصائصها المقاومة للهب، مقارنةً بتعديل نسيج الحرير غير المعالج.

مسارات إنتاج الألياف المقاومة للهب

تكتسب الألياف المقاومة للهب خصائص مقاومة اللهب عن طريق إضافة مثبطات اللهب مباشرةً أثناء عملية إنتاج الألياف. وتشمل الطرق الرئيسية البلمرة المشتركة، والمزج، والبلمرة المشتركة بالتطعيم، وامتصاص مثبطات اللهب، وهَلْجَنَة سطح الألياف، والتشطيب اللاحق.

1. البوليمر المشتركإضافة مركبات تحتوي على عناصر مثبطة للهب (كالفوسفور والهالوجين والكبريت وغيرها) كمونومرات مشتركة في سلاسل البوليمر لتحسين مقاومة الألياف للهب. تتميز هذه الطريقة بمقاومة طويلة الأمد للألياف للهب، إلا أن ارتفاع درجة حرارة البلمرة قد يتسبب في تفاعلات جانبية ويؤثر سلبًا على أداء البوليمر.
2. طريقة المزجتتضمن هذه الطريقة إضافة مثبطات اللهب أثناء عملية الانصهار (مزيج الألياف في الحالة المنصهرة). ويتطلب ذلك أن تتمتع مثبطات اللهب بثبات حراري، وتوافق مع البوليمر، وأداء لا يؤثر سلبًا على الألياف. لذا، فهي تحتاج إلى مثبطات لهب تتحمل درجات الحرارة العالية وتتوافق مع البوليمرات دون التأثير على أداء الألياف.
3. التطعيم المشترك للبلمرةتُطعّم مركبات الفوسفور والهالوجين على السلاسل الجزيئية للألياف باستخدام طرق كيميائية أو إشعاع عالي الطاقة لتحسين مقاومتها للاشتعال [9-12]. التطعيم البوليمري: تُطعّم مركبات الفوسفور والهالوجين على السلاسل الجزيئية للألياف باستخدام طرق كيميائية أو إشعاع عالي الطاقة لتعزيز مقاومتها للاشتعال.
4. طريقة امتصاص مثبطات اللهب: امتصاص مثبطات اللهب على الألياف، وهو أمر بسيط ولكنه أقل فعالية.
5. معالجة سطح الألياف بالهالوجين: من خلال المعالجة بالكلورة الناتجة عن الإشعاع، يكتسب سطح الألياف خاصية مقاومة اللهب.
6. طريقة ما بعد التشطيبيُنصح بوضع مادة مثبطة للهب بالتساوي على سطح الألياف أو الأقمشة. هذه الطريقة بسيطة وسهلة التطبيق، لكن تأثيرها في تثبيط اللهب ليس طويل الأمد، وقد يؤثر على ملمس القماش ولونه.

مسارات إنتاج الأقمشة المقاومة للهب

تُصنع الأقمشة المقاومة للهب عادةً من خلال معالجة سطح القماش بعد التصنيع، وتطبيق طرق تشطيب مختلفة لجعل الألياف مقاومة للهب. تشمل طرق التشطيب الشائعة المقاومة للهب: التبطين والخبز، والصباغة بالاستنزاف، والطلاء، والرش، وغيرها.

1. طريقة الخبز بالغمس واللفالطريقة الأكثر شيوعًا للتشطيب المقاوم للهب هي نقع المواد المقاومة للهب، ثم تجفيفها وخبزها. يمكن استخدام نفس حوض التشطيب المستخدم في طرق التشطيب الأخرى (مثل التشطيب الناعم)
2. طريقة الصباغة الشاملةتُنقع الأقمشة في محلول مثبط للهب ثم تُجفف. هذه الطريقة مناسبة للألياف الاصطناعية المقاومة للماء، وعادةً ما تُصبغ في نفس الحمام. إلا أن هذه الطريقة ذات فعالية ضعيفة في مقاومة اللهب.
3. طريقة الطلاءيتم خلط مثبطات اللهب مع عوامل الربط المتشابك أو المواد اللاصقة وتطبيقها على الأقمشة. تشمل طرق الطلاء الشائعة الطلاء بالكشط، والطلاء بالصب، والطلاء بالدرفلة.
4. Sطريقة الصلاة:يُستخدم هذا الجهاز في معالجة الأقمشة الثقيلة، وهو غير مناسب لمعدات التشطيب العامة. يتم رش مواد مقاومة للهب يدويًا أو آليًا. نوع الرش: مناسب للأقمشة الثقيلة التي لا تناسب معدات التشطيب التقليدية. تتم عملية التشطيب المقاوم للهب بالرش يدويًا أو آليًا.

طرق معالجة الأقمشة المختلفة المصنوعة من الألياف بمادة مقاومة للهب

1. بوليسترينالبوليستر مادة قابلة للاشتعال، تُعالج بطريقة مقاومة للهب من خلال البلمرة المشتركة، والمزج، والغزل المركب، والتشطيب اللاحق. تتميز طريقة البلمرة المشتركة بمقاومة فائقة للهب، لكنها مكلفة؛ بينما تتميز طريقة المزج بالبساطة والاقتصادية، إلا أن تأثيرها في مقاومة اللهب أقل فعالية مقارنةً بطريقة البلمرة المشتركة، وذلك لافتقارها إلى التأثير التآزري بين مادة مقاومة اللهب والبوليمر.
2. ألياف النتريل المكلورةتُصنع الألياف المقاومة للهب من خلال عملية البلمرة المشتركة باستخدام طريقة المزج (البوليمر المشترك). تُحضّر ألياف جيدة مقاومة للهب من خلال بلمرة المونومرات المحتوية على الكلور (مثل كلوريد الفينيليدين مع الأكريلونيتريل). وكما هو الحال في بلمرة المونومرات المكلورة مثل كلوريد الفينيليدين مع الأكريلونيتريل، تُدمج خصائص مقاومة للهب أفضل في الألياف.
3. قماش قطنيبما أن هذا النسيج قابل للاشتعال بسهولة، فمن الضروري معالجته بطبقة نهائية مقاومة للهب. يوجد نوعان من هذه الطبقة: طبقة غير فعالة (مثل الفوسفات وكلوريد الأمونيوم)، وطبقة فعالة (مثل كلوريد رباعي هيدروكسي ميثيل الفوسفات). لذا، يُنصح بإضافة طبقة نهائية مقاومة للهب.
4. نسيج الصوفيتمتع الصوف بطبيعته بمقاومة عالية نسبياً للهب، ولكن عند الحاجة إلى أداء أعلى في مقاومة اللهب، يلزم إجراء معالجة نهائية مقاومة للهب. تعتمد التقنيات التقليدية على استخدام مركبات التيتانيوم أو الزركونيوم أو الأحماض الهيدروكسية، سواء كانت مركبات منفردة أو مركبة، لزيادة مقاومة اللهب دون تغيير ملمس الصوف تقريباً. تشمل المعالجات النهائية الشائعة للصوف طين التيتانيوم والزركونيوم أو الأحماض الهيدروكسية التي تُشكل مركبات مع الألياف، مما يُعزز مستوى مقاومة اللهب دون تغيير ملمس الصوف.
5. أقمشة القنبالسليلوز (بوليمر كربوهيدراتي يشكل الجزء الأكبر من ألياف القنب) مادة شديدة الاشتعال وسريعة الاشتعال. في الوقت نفسه، تتميز ألياف القنب بأدنى درجة حرارة للتشقق، لذا من الضروري معالجتها بمثبطات اللهب الفوسفورية للحصول على تأثير مثبط للهب عن طريق رفع درجة حرارة التفحيم وتقليل انبعاث الغازات القابلة للاشتعال. أقمشة القنب: ألياف القنب القابلة للغزل على النسيج قابلة للاشتعال بسهولة وتتكسر بسبب انخفاض درجة حرارة التشقق، لذا تُستخدم مثبطات اللهب الفوسفورية بشكل شائع لتعزيز عملية التفحيم وإطلاق الرماد لتقليل اللهب والغازات القابلة للاشتعال، وبالتالي تحقيق تأثير مثبط للهب.
6. قماش النايلونتُعدّ معالجة أقمشة النايلون بمواد مقاومة للهب أكثر تعقيدًا من معالجة أقمشة القطن، وتُفضّل المواد الكبريتية المقاومة للهب، مثل الثيوريا وثيوسيانات الأمونيوم، لما لها من تأثير قوي في مقاومة اللهب على النايلون.
7. قماش مخلوط من البوليستر والقطنتُعدّ معالجة الأقمشة المخلوطة من البوليستر والقطن بمواد مثبطة للهب أكثر صعوبة، ويعود ذلك إلى اختلاف خصائص الألياف. فكل نوع يحتاج إلى معالجة مختلفة بمواد مثبطة للهب، بالإضافة إلى مواد تكميلية معززة. وعادةً ما تكون هذه المعالجة ضرورية لكل مكون على حدة، مع إمكانية استخدام مواد مثبطة للهب ذات تأثير تآزري.

7. طرق اختبار الأقمشة المقاومة للهب

طريقة مؤشر الأكسجين المحدود (LOI)

تُحدد هذه التقنية الحد الأدنى لتركيز الأكسجين اللازم لاشتعال الأقمشة في مزيج من غازي الأكسجين والنيتروجين. وتشير قيمة LO1 الأعلى إلى خصائص مقاومة اللهب. ورغم أهمية هذا النهج، إلا أنه لا يُستخدم على نطاق واسع في ممارسات التصنيع اليومية لأغراض البحث.

طريقة الحرق العمودي

يُقيّم مدى فعالية خصائص مقاومة اللهب من خلال فحص كيفية احتراق الأقمشة والمدة التي تستغرقها للاشتعال ومدى الضرر الناجم في ظل ظروف لهب معينة. يُستخدم هذا النهج بشكل شائع لاختبار مجموعة من الأقمشة المقاومة للحريق، وهو شائع بشكل خاص في المعايير الصينية حيث يلعب دورًا مهمًا.

طريقة الحرق بزاوية 45 درجة

قم بتقييم مدى مقاومة النسيج للهب عن طريق قياس المدة التي يحترق فيها وحجم منطقة التلف عند وضعه بزاوية 45 درجة.

طريقة الحرق السطحي

لنختبر مقاومة الأقمشة للحريق عن طريق قياس كيفية انتشار اللهب على سطح مستو ومدة انتشاره.

8. اتجاهات تطوير الأقمشة المقاومة للهب

الوضع الحالي للمنسوجات المقاومة للهب على مستوى العالم

شهدت السنوات القليلة الماضية تطورات ملحوظة في تكنولوجيا مثبطات اللهب المستخدمة في المنسوجات على مستوى العالم. وقد عملت العديد من المؤسسات البحثية والشركات على تطوير مواد وأساليب لتحسين مقاومة اللهب، مثل الخلطات المركزة لمثبطات اللهب المصنوعة من البولي بروبيلين، والحلول المركبة التي تجمع بين خصائص مقاومة اللهب ومقاومة الكهرباء الساكنة. ويركز مشروع البحث بشكل أساسي على تطوير ألياف عالية الأداء مقاومة للهب، واستكشاف استخداماتها، مع التركيز بشكل خاص على الألياف ذات الخصائص العالية في مقاومة اللهب، واستخدامها في الأقمشة المخلوطة. وتتراوح قيمة مؤشر الأكسجين لهذه الألياف بين 45 و50.

وقد طورت دول عديدة مجموعة من مثبطات اللهب، تتميز بخصائص استثنائية في مقاومة الحريق. فعلى سبيل المثال، طورت شركة BEGOODTEX منتج Aquafyreguad™، وهو عبارة عن مجموعة من مثبطات اللهب المصممة لأنواع مختلفة من الألياف الطبيعية والاصطناعية.

تطوير تيريندز أوف Fعاجِز رetardant تيالمنفيون

1. تعزيز تطوير الألياف المقاومة للهب

تعاني الألياف المقاومة للهب من انخفاض الإنتاج والاستخدام، ولذا ينبغي تطوير المزيد من الألياف المقاومة للهب عالية الأداء ومتعددة الوظائف في المستقبل، نظرًا لإمكانية استخدامها في قطاعات متخصصة كالقطاع العسكري ومكافحة الحرائق. ونظرًا لانخفاض إنتاجية الألياف المقاومة للهب ونطاق استخدامها، فإنه من الضروري في المستقبل بذل جهود بحثية وإنتاجية مكثفة في هذا المجال، لا سيما فيما يتعلق بالألياف المقاومة للهب عالية الأداء وعالية الوظائف، والتي لا تزال تقنياتها محدودة، بما في ذلك تلك المستخدمة في المجال العسكري ومكافحة الحرائق.

2. بحث متعدد الوظائف

حالياً، تقتصر وظيفة معظم المنسوجات المقاومة للهب على مقاومة اللهب فقط. وقد أعلنت شركة BEGOODTEX الصينية عن ذلك أقمشة متعددة الوظائف مقاومة للهب، مثل: مثبط اللهب ومضاد للبكتيريا (FRANtiBact ™)، مثبط اللهب ومقاوم للماء (FRANTiAqua ™)، مثبط اللهب GRS (GRSFRTex ™)، مثبط اللهب ومقاوم للأشعة فوق البنفسجية (FRANTIUV ™)، ومثبط اللهب ومانع الضوء (AntiLightFR ™)، مثبط اللهب ومضاد للكهرباء الساكنة (FRStaticGuard ™)، مثبط اللهب وذو درجة طبية (FRMediGuard ™).

3. البحث والتطوير لمثبطات اللهب منخفضة السمية ومنخفضة الدخان

يتجه التوجه المستقبلي نحو تطوير مواد مثبطة للهب ذات سمية منخفضة، ودخان قليل، وخالية من التلوث. وقد أطلقت شركة BEGOODTEX مؤخرًا أليافًا طبيعية صديقة للبيئة، مثل ألياف القطن والفيسكوز المقاومة للهب بنسبة 100%، وهي ألياف صديقة للبيئة، قابلة للتحلل الحيوي، وخالية من الفورمالديهايد والمواد الكيميائية، وغير مهيجة، ولا تسبب الحساسية.