بیشتر خریداران “سیلیکون مقاوم در برابر شعله” را همانطور که در برگه کاتالوگ تیک میزنند، مشخص میکنند. آنها فرض میکنند که این یک ماده با یک رفتار ثابت است.
اینطور نیست. مقاومت در برابر شعله نتیجه آزمایشی است که به یک استاندارد خاص، ضخامت نمونه خاص و جهتگیری خاص وابسته است. درجهای که از آزمون سوختگی افقی سربلند بیرون میآید، میتواند از آزمون سوختگی عمودی هم سربلند بیرون بیاید. قطعهای که روی میز خود به خود خاموش میشود، همچنان میتواند از حد مجاز دود یا سمیت ریل عبور کند و در صدور گواهینامه رد شود.
این شکاف به ندرت در نمونهبرداری خود را نشان میدهد. این شکاف ماهها بعد، در زمان تایید یا در طول ممیزی آتشسوزی، زمانی که گزارش آزمایش با استانداردی که کاربرد نهایی واقعاً به آن نیاز دارد، مطابقت ندارد، خود را نشان میدهد. خطر در اینجا، برداشت نادرست از استاندارد است، نه ترکیببندی ضعیف. این صفحه مشخص میکند که سیلیکون در آتشسوزی چه میکند و مرزهای آزمایش در کجا قرار دارند. رفتار در برابر آتش تنها یک بخش از طیف وسیعتر سیلیکون است. خواص مواد, و مانند بقیه، با سیستم درجهبندی و پرکننده تغییر میکند.
خلاصه اجرایی
- لاستیک سیلیکونی استاندارد “غیرقابل اشتعال” نیست. این ماده نسبتاً در برابر آتشسوزی ایمن است: تمایل به خاموش شدن خودکار دارد، به خاکستر سیلیس غیر رسانا (SiO₂) تبدیل میشود و هیچ هالوژنی آزاد نمیکند. — اما گریدهای پایه معمولاً فقط به UL94 HB میرسند، نه V-0.
- رتبهبندی UL94 V-0، نتیجه چگالی دود پایین و انطباق با استانداردهای EN 45545 / NFPA 130 سه آزمایش جداگانه هستند. عبور از یکی به معنای عبور از بقیه نیست. قطعات ریلی و حمل و نقل عمومی اغلب به دلیل دود و سمیت از کار میافتند، نه به دلیل احتراق.
- استاندارد و سطح خطر را مشخص کنید، نه کلمه “ضد حریق”.” درجه، سیستم پرکننده و اینکه آیا به سیلیکون سرامیکی (یکپارچگی مدار) نیاز دارید یا خیر، همگی از گواهینامهای که قطعه باید داشته باشد، پیروی میکنند.
رفتار سیلیکون در آتش
اسکلت سیلیکون، سیلیکون-اکسیژن (Si-O) است، یک پیوند پرانرژی که در محدوده دمایی استاندارد 40- درجه سانتیگراد تا 230 درجه سانتیگراد پایدار میماند. تحت شعله مستقیم، گروههای جانبی آلی (عمدتاً متیل) ابتدا اکسید میشوند و اسکلت به سیلیس آمورف تبدیل میشود.
به همین دلیل است که سیلیکون در آتش، رفتاری متفاوت از ترموپلاستیکها دارد. ذوب نمیشود و نمیچکد. یک لایه عایق خاکستر سیلیس ایجاد میکند که از مواد زیرین محافظت کرده و احتراق بیشتر را کند میکند. بسیاری از گریدهای همه منظوره، پس از حذف منبع شعله، خود به خود خاموش میشوند.
این شاخص اکسیژن محدودکننده (LOI) این نشان دهنده این است. لاستیک سیلیکون معمولاً بسته به میزان پرکننده و افزودنیهای FR، در محدوده 26-39% قرار میگیرد، در حالی که اکسیژن موجود در هوای محیط 21% است.
مقداری بالاتر از 21% به این معنی است که ماده به راحتی در هوای معمولی شعله خود را حفظ نمیکند. گریدهای عمومی در این محدوده پایینتر و گریدهای FR در محدوده بالاتری قرار دارند.
شکاف قضاوت: “خودخاموششونده” با “دارای رتبهبندی ضدشعله” یکسان نیست. خودخاموششونده بودن، رفتار مشاهدهشده را توصیف میکند. رتبهبندی، قبولی در یک آزمایش تعریفشده با ضخامت مشخص است. تیمهایی که این دو را به جای هم در نظر میگیرند، وقتی یک گواهیدهنده درخواست گزارش میکند، گیر میافتند.
رتبهبندیهای بازدارنده شعله UL94 (HB تا V-0)
وقتی در مشخصات فنی نوشته شده “V-0”، منظور همان است UL94, که یک نمونه را بر اساس نحوه سوختن آن در یک جهت ثابت و با ضخامت مشخص طبقهبندی میکند.
| رتبهبندی UL94 | جهت گیری | رفتار پاس (ساده شده) |
|---|---|---|
| HB | افقی | سرعت سوختن کم و محدود. پایینترین ردهبندی. |
| وی-۲ | عمودی | خود خاموش شونده در عرض 30 ثانیه؛ قطرات شعلهور مجاز است. |
| وی-۱ | عمودی | خود خاموش شونده در عرض 30 ثانیه؛ بدون چکه شعلهور. |
| وی-۰ | عمودی | ظرف 10 ثانیه خود به خود خاموش میشود؛ بدون چکههای شعلهور. |
| ۵ ولت آمپر / ۵ ولت آمپر | شعله عمودی و بزرگتر | بالاترین سطح؛ معمول برای محفظهها. |
سیلیکون پایه اغلب در HB قرار میگیرد. رسیدن به V-0 معمولاً نیاز به یک درجه FR اختصاصی دارد - پخت پلاتین با یک سیستم پرکننده و سینرژیک تنظیمشده. این درجهبندی به ضخامت بستگی دارد: ترکیبی که V-0 آن در 3.0 میلیمتر تأیید شده باشد، بهطور خودکار V-0 در 1.0 میلیمتر نیست. مشخصاتی که “V-0” بدون ضخامت را نشان میدهد، ناقص است و این رایجترین خطایی است که در نقشههای دریافتی میبینیم.
دو آزمایش مجاور معمولاً با UL94 ارسال میشوند:
شاخص اکسیژن محدودکننده (LOI)
ASTM D2863 / ISO 4589 حداقل غلظت اکسیژن مورد نیاز برای ادامه سوختن مواد را اندازهگیری میکنند. این واضحترین عدد برای مقایسه درجههای FR است، زیرا برخلاف رتبهبندی سوختن، به هندسه قطعه بستگی ندارد.
آزمایش سیم برق (IEC 60695)
برای محفظههای الکتریکی و الکترونیکی, ، IEC 60695-2-12/13 (GWFI / GWIT) از UL94 مهمتر است. این استاندارد، قابلیت اشتعال از سیم داغ را آزمایش میکند - حالت خرابی واقعبینانه برای ... صفحه کلید, ، آببندی رابط، یا محفظه نزدیک جریان خطا، نه شعله باز.
الزامات مربوط به چگالی دود و سمیت
مقاومت در برابر احتراق بخشی است که همه ابتدا آن را آزمایش میکنند. همچنین بخشی است که به ندرت باعث رد شدن میشود. در محیطهای بسته - تونلها، واگنهای قطار، کابینهای هواپیما - ریسک کنترلکننده چیزی است که ماده هنگام سوختن آزاد میکند، نه اینکه آیا آتش میگیرد یا خیر.
این مزیت ساختاری سیلیکون است و ریشه در شیمی احتراق دارد.
| جنبه | لاستیک سیلیکونی استاندارد | پی وی سی |
|---|---|---|
| باقیمانده اصلی | سیلیس آمورف (SiO₂)، خاکستر عایق | زغال کربنی + باقیمانده مذاب |
| گاز اسیدی | هیچکدام - بدون هالوژن | کلرید هیدروژن (HCl)، خورنده |
| دود | چگالی نوری پایین | دود سیاه غلیظ |
| رفتار زیر آتش | چکه نمیکند؛ شکل خود را مانند خاکستر حفظ میکند | نرم میشود و میچکد |
استانداردهای مربوطه در اینجا جدا از UL94 هستند:
- چگالی دود: استانداردهای ASTM E662 (محفظه دود NBS) و ISO 5659-2 دود نوری (Ds) را اندازهگیری میکنند.
- گاز بدون هالوژن / اسید: استاندارد IEC 60754 عدم وجود گازهای هالوژن خورنده را تأیید میکند.
- سمیت: استاندارد EN 45545-2 از شاخص متعارف سمیت (CIT) که از آنالیز گاز به دست میآید، استفاده میکند.
اختلاف نظر در مورد این مورد گران است. یک گرید میتواند آزمایش سوختگی عمودی را به طور کامل پشت سر بگذارد و همچنان از حد دود یا CIT برای یک کاربرد محصور فراتر رود. احتراق بدون هالوژن دقیقاً به همین دلیل است که سیلیکون جایگزین میشود. پی وی سی در کابل کشی و مهر و موم جایی که افراد در هنگام آتشسوزی محبوس میشوند. خریدارانی که فقط بر اساس رتبهبندی سوختگی بهینهسازی میکنند، الزامات دود و سمیت را دیر، پس از قفل شدن رتبهبندی FR، کشف میکنند.
گواهینامه راه آهن و حمل و نقل: EN 45545 و NFPA 130
اینجاست که عبارت “سیلیکون مقاوم در برابر شعله” دیگر یک ادعای مادی نیست و به یک طبقهبندی اجزا تبدیل میشود.
EN 45545-2 (راهآهن اروپا)
EN 45545-2 این استاندارد، یک ماده را به صورت جداگانه تأیید نمیکند. این استاندارد، یک قطعه نهایی را بر اساس سطح خطر - HL1، HL2، HL3 - طبقهبندی میکند که در آن HL3 سختترین است و در محیطهایی مانند عملیات زیرزمینی و تونلی اعمال میشود. الزامات به مجموعه الزامات (اعداد R) گروهبندی میشوند که با نوع محصول و محل قرارگیری آن در وسیله نقلیه، با محدودیتهایی در شاخص اکسیژن، چگالی دود و سمیت، مرتبط هستند.
نتیجه: یک ترکیب سیلیکونی مشابه میتواند یک مجموعه R را برآورده کند و دیگری را خراب کند. یک ماده “دارای” استاندارد EN 45545 نیست؛ قطعه برای سطح خطر و رده محصول اعلامشده ارزیابی میشود. درخواست “سیلیکون EN 45545” بدون مجموعه HL و R معادل درخواست V-0 بدون ضخامت در صنعت راهآهن است.
NFPA 130 (حمل و نقل آمریکای شمالی)
NFPA 130 این استاندارد، حمل و نقل ریلی ثابت و ریل مسافربری را کنترل میکند. این استاندارد به آزمایشهای سطح قطعه - ASTM E162 برای گسترش شعله و ASTM E662 برای چگالی دود - به جای یک رتبهبندی واحد ماده، اشاره دارد. قطعهای که برای خط HL3 اروپا واجد شرایط است، برای یک پروژه آمریکای شمالی همچنان به شواهد NFPA 130 خود نیاز دارد. این گزارشها قابل تعویض نیستند.
سیلیکون سرامیکی و یکپارچگی مدار
یک کلاس تخصصی وجود دارد که ارزش بررسی دارد زیرا اغلب با سیلیکون FR معمولی اشتباه گرفته میشود: سیلیکون سرامیکی (قابل سرامیک شدن) که در کابلکشی مقاوم در برابر آتش استفاده میشود.
این نوع در زیر آتش، کاری بیش از زغال کردن انجام میدهد. سیستم پرکننده آن به یک پوسته سرامیکی منسجم و خودنگهدار تبدیل میشود که پس از سوختن پلیمر، عایقبندی را حفظ میکند. این امر یکپارچگی مدار را حفظ میکند - کابل در طول آتشسوزی به انتقال سیگنال یا برق ادامه میدهد. این همان الزام پشت روشنایی اضطراری، آلارم و مدارهای سیگنالینگ است.
استانداردها دوباره خاص و جداگانه هستند:
| نگرانی | استاندارد | چه چیزی را اندازه گیری می کند |
|---|---|---|
| درجه اشتعال/سوزش | UL94 (IEC 60695-11-10/20) | کلاس خودخاموششوندگی (HB تا V-0) |
| شاخص اکسیژن | ASTM D2863 / ISO 4589 | حداقل O₂ % برای حفظ سوختن (LOI) |
| سیم براق | کمیسیون مستقل انتخابات ۶۰۶۹۵-۲-۱۲/۱۳ | قابلیت اشتعال از سیم داغ (الکترونیک) |
| چگالی دود | ASTM E662 / ISO 5659-2 | دود نوری (Ds) |
| گاز هالوژن / اسید | کمیسیون مستقل انتخابات ۶۰۷۵۴ | تأیید بدون هالوژن |
| راه آهن (اروپا) | EN 45545-2 | طبقهبندی سطح خطر (HL1-HL3) |
| ترانزیت (آمریکای شمالی) | NFPA 130 | پخش شعله + دود برای عبور از مسیر راهنما |
| یکپارچگی مدار | IEC 60331 / BS 6387 | کابل در حین آتش سوزی به کار خود ادامه می دهد |
هنگام سفارش سیلیکون مقاوم در برابر شعله چه مواردی را باید مشخص کنید
“سیلیکون ضد حریق” سفارش ندهید. این عبارت هیچ محدودیتی برای ساختوساز ما با استفاده از آن ایجاد نمیکند و دلیل اصلی رد شدن سفارشها در مراحل پایانی همین است.
برای ارائه نمرهای که واقعاً گواهینامه را تأیید کند، به موارد زیر نیاز داریم:
- استاندارد هدف و برای ریل، سطح خطر و مجموعه R (برای مثال، EN 45545-2 HL2، R22) یا مرجع NFPA 130.
- ضخامت نمونهای که رتبهبندی باید در آن حفظ شود، زیرا نتایج UL94 و LOI با ضخامت تغییر میکنند.
- اینکه آیا یکپارچگی مدار مورد نیاز است یا خیر - این موضوع، FR معمولی را در مقابل سیلیکون سرامیکی تعیین میکند، و آنها خانوادههای مختلفی از مواد با هزینههای متفاوت هستند.
- هرگونه محدودیت چگالی دود و سمیت برای محیط بسته.
- نهاد یا آزمایشگاه گواهیدهنده، زیرا گزارش، نه نام مرکب، چیزی است که مشتری شما ممیزی میکند.
دو شرط مرزی برای برنامهریزی. گریدهای FR و سرامیکسازی هزینه مواد بالاتر و زمان آزمایش طولانیتری نسبت به ... دارند. سیلیکون همه منظوره, و بارگذاری پرکننده سنگینتر که LOI را نیز افزایش میدهد سختی را افزایش داده و ازدیاد طول را کاهش میدهد - بنابراین الزام FR میتواند بیسروصدا رفتار مکانیکی یک آببند یا صفحهکلید را تغییر دهد. اگر قطعه هم یک جزء دارای رتبه اشتعالپذیری و هم یک عنصر آببندی دقیق است، مشخصات مکانیکی را در کنار استاندارد آتش برای ما ارسال کنید تا بتوانیم قبل از ابزارکاری، تأیید کنیم که هر دو در یک ترکیب قابل دستیابی هستند.
آنچه در مرحله بعد از شما میخواهیم: استاندارد کنترل، ضخامت نامی و اینکه آیا کاربرد مورد نظر ضمیمه شده است یا خیر. با این سه مورد، میتوانیم به شما بگوییم که کدام خانواده گرید اعمال میشود و هزینه و زمان تحویل در کجا با هم متفاوت است.
سوالات متداول
آیا میتوان سیلیکون را سوزاند؟
بله، سیلیکون زیر شعله مستقیم و پایدار میسوزد - اما مانند یک پلاستیک معمولی رفتار نمیکند. به جای ذوب شدن و چکه کردن، گروههای جانبی آلی اکسید میشوند و اسکلت سیلیکون-اکسیژن به خاکستر عایق سیلیس آمورف (SiO₂) تبدیل میشود. آن لایه خاکستر، ماده زیرین را محافظت میکند و احتراق بیشتر را کند میکند، به همین دلیل است که بسیاری از گریدها پس از حذف منبع شعله، خود به خود خاموش میشوند.
آیا سیلیکون قابل اشتعال است؟
سیلیکون نسبتاً در برابر آتش مقاوم است و واقعاً "غیرقابل اشتعال" نیست. شاخص اکسیژن محدودکننده (LOI) آن معمولاً در محدوده 26-39% قرار دارد، در حالی که اکسیژن موجود در هوای محیط 21% است، بنابراین در شرایط عادی به راحتی شعله خود را حفظ نمیکند. با این حال، گریدهای پایه معمولاً فقط به UL94 HB میرسند - رسیدن به رتبهبندی خودخاموششوندگی V-0 نیاز به گرید اختصاصی مقاوم در برابر شعله دارد.
تفاوت بین خودخاموششونده و مقاوم در برابر شعله چیست؟
“خودخاموششوندگی” رفتار مشاهدهشده را توصیف میکند: ماده پس از حذف شعله، سوختن را متوقف میکند. “ردهبندی” یک تاییدیه مستند در برابر یک آزمایش تعریفشده (مانند UL94 V-0) در ضخامت و جهتگیری خاص است. این دو قابل تعویض نیستند - یک گواهیدهنده گزارش آزمایش را درخواست میکند، نه رفتار مشاهدهشده را.
آیا سوختن سیلیکون باعث آزاد شدن گازهای سمی یا خورنده میشود؟
سیلیکون استاندارد عاری از هالوژن است، بنابراین گازهای اسیدی خورنده مانند کلرید هیدروژن (HCl) تولید شده توسط PVC را آزاد نمیکند. همچنین با چگالی دود نوری کم میسوزد و خاکستر سیلیس غیر رسانا از خود به جا میگذارد. با این وجود، کاربردهای محصور (راهآهن، حمل و نقل، هواپیما) هنوز چگالی دود (ASTM E662 / ISO 5659-2) و سمیت (EN 45545-2 CIT) را به طور جداگانه آزمایش میکنند - یک درجه میتواند آزمایش سوختگی را پشت سر بگذارد و همچنان از حد دود یا سمیت فراتر رود.
رتبهبندی UL94 V-0 برای سیلیکون در واقع به چه معناست؟
UL94 V-0 به این معنی است که نمونه در ضخامت مشخص شده، در جهت عمودی و بدون هیچ قطره شعلهوری، ظرف 10 ثانیه خود به خود خاموش میشود. این رتبهبندی به ضخامت بستگی دارد: ترکیبی که در ضخامت 3.0 میلیمتر دارای گواهی V-0 باشد، به طور خودکار در ضخامت 1.0 میلیمتر دارای گواهی V-0 نیست. مشخصاتی که “V-0” بدون ضخامت را نشان میدهد، ناقص است.
آیا سیلیکون مقاوم در برابر شعله برای قطعات راه آهن یا حمل و نقل عمومی کافی است؟
نه به خودی خود. استاندارد EN 45545-2 (راهآهن اروپا) یک قطعه نهایی را بر اساس سطح خطر (HL1-HL3) و مجموعه الزامات طبقهبندی میکند، در حالی که NFPA 130 (حمل و نقل آمریکای شمالی) به آزمایشهای سطح قطعه مانند ASTM E162 و ASTM E662 اشاره دارد. یک ماده “دارای” استاندارد EN 45545 نیست - قطعه برای یک سطح خطر و دسته محصول مشخص ارزیابی میشود و گزارشهای اروپایی و آمریکای شمالی قابل تعویض نیستند.
سیلیکون سرامیکی (قابل سرامیک شدن) چیست؟
این یک گرید تخصصی است که در کابلهای مقاوم در برابر آتش استفاده میشود. سیستم پرکننده آن در زیر آتش به یک پوسته سرامیکی منسجم و خودنگهدار تبدیل میشود که پس از سوختن پلیمر، عایقبندی را حفظ میکند و یکپارچگی مدار را حفظ میکند (طبق IEC 60331 / BS 6387). این الزام، الزامات مدارهای روشنایی اضطراری، هشدار و سیگنالینگ است و خانوادهای متفاوت - و پرهزینهتر - از مواد سیلیکون FR معمولی است.
مراجع و استانداردها
- استاندارد UL 94 — اشتعالپذیری مواد پلاستیکی برای قطعات در دستگاهها و لوازم خانگی (آزمایشگاههای بیمهگر؛ هماهنگ با IEC 60695-11-10). مرجع
- شاخص اکسیژن محدودکننده (LOI) - حداقل غلظت اکسیژن برای حفظ احتراق، طبق ASTM D2863 / ISO 4589 اندازهگیری شده است. مرجع
- کمیسیون مستقل انتخابات ۶۰۶۹۵-۲-۱۲:۲۰۲۱ — روش آزمون شاخص اشتعالپذیری سیمهای شبتاب (GWFI) برای مواد (IEC). مرجع
- ایزو ۵۶۵۹-۲:۲۰۱۷ — تولید دود: تعیین چگالی نوری با استفاده از آزمایش تک محفظهای (ISO). مرجع
- EN 45545-2:2020 - کاربردهای راهآهن: الزامات رفتار مواد و قطعات در برابر آتش (CEN). مرجع
- NFPA 130 — استاندارد سیستمهای حمل و نقل ریلی و مسافربری با ریلهای ثابت (NFPA). مرجع
- کمیسیون مستقل انتخابات ۶۰۳۳۱-۱:۲۰۱۸ - آزمایش سلامت مدار کابلها در برابر آتش و شوک مکانیکی (IEC). مرجع
