تکمیل منسوجات مقاوم در برابر آتش

الیاف مختلف از نظر قابلیت اشتعال با یکدیگر متفاوت هستند. از جمله الیاف بسیار آتش گیر می توان به سلولز اشاره کرد. پارچه های تهیه شده از الیاف طبیعی مانند پنبه و کتان بدون انجام فرآیند تکمیل کندسوز به آسانی و سریع آتش می گیرند.
در صنعت نساجی به منظور بهبود خواص یا ایجاد خصوصیت های جدید در آنها می توان از تکمیل هایی شیمیایی یا فیزیکی استفاده کرد. تکمیل ضد آتش یا کندسوز ، تکمیلی است که مقاومت پارچه را نسبت به اشتعال افزایش می دهد. ترکیبات ضد آتش، به منظور کاهش ایجاد احتراق و یا کاهش نفوذ شعله به درون ماده مورد استفاده قرار می گیرند.
با پیشرفت نانو فناوری، چشم انداز جدیدی در تکمیل شیمیایی منسوجات ایجاد شد؛ که با استفاده از مواد با ابعاد بزرگ تر دستیابی به خصوصیاتی نظیر خودتمیزشوندگی امکان پذیر نبود. استفاده از پوشش های نانومتری بر منسوجات تاثیر نامطلوب بر زیردست و خواص اصلی منسوجات تکمیل شده ندارد. با استفاده از نانو مواد و ساختارهای نانومتری گستره وسیعی از خصوصیات را می توان در منسوجات پوشش داده شده به وجود آورد. این پوشش دهی ها می تواند به منظور ایجاد خصوصیاتی همچون منسوجات کندسوز برای جلوگیری از شعله ور شدن منسوجات باشد.
تکمیل ضد آتش یا کندسوز ، تکمیلی است که مقاومت پارچه را نسبت به اشتعال افزایش می دهد. نمک های آلومینیوم، بور، ازت، برم و یا ترکیبات فسفردار، مواد آلی کلر دار و یا اکسید سایر فلزات از جمله ترکیبات مورد استفاده می باشند. امروزه با پیشرفت فناوری نانو، برخی مواد نانو ساختار نیز در کندسوز کردن منسوجات به کار گرفته می شوند.
الیاف مصنوعی مورد استفاده در صنعت نساجی به طور عمده از پلیمر ها تولید می شوند. پلیمر ها به دلیل دارا بودن ساختار شیمیایی که عمدتاً شامل هیدروژن و کربن است، قابلیت شعله وری دارند. واکنش شعله وری اغلب در اثر شکسته شدن پیوندها در پی افزایش دمای ماده پلیمری، ناشی از یک منبع حرارت داخلی یا خارجی، آغاز می شود. اجزای فرار حاصل از تجزیه پلیمر در هوا منتشر شده و مخلوطی از گازها با قابلیت شعله وری (گازهای سوختنی) ایجاد می نماید. با رسیدن مخلوط گاز به دمای احتراق (دمایی که انرژی فعال‌سازی واکنش شعله وری در آن حاصل می شود) اشتعال صورت گرفته و گرما آزاد می شود.
تکمیل منسوجات کندسوز معمولا به دو روش فیزیکی و شیمیایی انجام می شود. سامانه های کندسوز ، به روش فیزیکی از طریق خنک کردن، ایجاد لایه های محافظ و یا رقیق کردن گازهای سوختنی، و یا به روش شیمیایی با واکنش در فاز گازی یا متراکم، عمل می نمایند. این مواد با هدف افزایش زمان شروع احتراق، بهبود خاصیت احتراق خود به خودی در پلیمر ها و کاهش حرارت آزاد شده در حین احتراق به کار می روند.
در رویکرد فیزیکی تکمیل کند سوز منسوجات، تجزیه گرما گیر برخی از مواد تکمیل کننده منسوجات سبب کاهش دمای سامانه تحت اشتعال به کمتر از دمای احتراق می شود. در این میان می توان به موادی همچون هیدروکسید منیزیم یا تری آلومینای آب پوشی شده اشاره کرد. از طرف دیگر رقیق شدن محیط گازی پیرامون سامانه اشتعال با گازهای بی اثر (نظیر بخار آب، دی اکسید کربن، آمونیاک و غیره) ناشی از تجزیه مواد تکمیل کننده، سبب کاهش احتمال اشتعال و دسترسی اکسیژن به ماده سوختنی می شود.
در روش های شیمیایی تکمیل کندسوز، رهایش رادیکال های آزاد (کلر یا بور) می تواند منجر به توقف فرایند احتراق در فاز گازی شود. این رادیکال ها قادر به واکنش با رادیکال های آزاد فعال (هیدروژن و هیدروکسی) و ایجاد ترکیبات با واکنش پذیری کمتر و یا ترکیبات بی اثر می باشند. اصلاح فرایند احتراق سبب کاهش واکنش های گرمازا شده و کاهش دمای سامانه را در پی خواهد داشت. در فاز متراکم، واکنش های شیمیایی می توانند منجر به تسریع گسیختگی زنجیرهای پلیمری و در پی آن خروج قطرات پلیمری ایجاد شده از محدوده شعله شوند و یا با ایجاد خاکستر بر سطح پلیمر به عنوان عایق فیزیکی میان فاز گازی و فاز متراکم عمل نمایند.
از افزودنی های مورد استفاده در کندسوز کردن منسوجات می توان به هرگونه ماده معدنی اشاره کرد که بتواند فرآورده های آتش زا کاهش دهد، هدایت حرارتی و سایر خواص ترمو فیزیکی مواد تولید شده در واکنش سوختن را اصلاح کند و در گرانروی مواد تولید شدهتغییر ایجاد کند. از جمله این مواد می توان به هیدروکسید های فلزی، هیدروکسی کربنات ها، بورات ها، ترکیبات هالوژن دار، ترکیبات فسفردار، ترکیبات نیتروژن دار و ترکیبات سیلیکون دار اشاره کرد.  از نانو موادی که در تکمیل کندسوز منسوجات استفاده می شوند می توان به ترکیبات نانورس، نانو لوله های کربنی، نانو ذرات سیلیکونی، نانو ذرات اکسید فلز، دی اکسید تیتانیوم، اکسید آهن و نانو ذرات هیدروکسید فلزی اشاره کرد. استفاده از نانو ذرات، زمانی که به خوبی در ساختار پلیمر دیسپرس شده باشند، می تواند سبب بهبود خواص حرارتی، مکانیکی و مقاومت در برابر آتش شود. مقدار مصرفی از نانو مواد در کاربردهای تکمیلی به مراتب کمتر از موادی با ابعاد میکرو است و این ویژگی ناشی از بیشتر بودن سطح مخصوص مواد نانو ساختار و سطح تماس بیشتر آن ها با پلیمر است. در حقیقت عملکرد هر کدام از این نانو ذرات بر اساس شکل و ساختار شیمیایی در ایجاد خاصیت کند سوزی متفاوت است. به طور کلی مواد نانو ساختار به کار رفته در این تکمیل در سه دسته کلی قرار می گیرند:
– مواد لایه ای؛ نظیر نانو رس (مانند مونت موریلونیت) که به عنوان نانو مواد دو بعدی شناخته می شوند.
– ساختارهای نانو لیفی؛ نظیر نانو لوله های کربن و سِپیولیت (نوعی رس معدنی – منیزیوم سیلیکات) که به عنوان نانو مواد یک بعدی شناخته می شوند.
– ساختارهای نانو ذره ای؛ نظیر نانو ذرات کروی سیلیکا که به عنوان مواد صفر بعدی شناخته می شوند

روش های ارزیابی شعله وری منسوجات

به طور کلی میزان شعله وری پلیمرها از طریق قابلیت آتش پذیری، روند توزیع شعله و میزان حرارت آزاد شده ارزیابی می شود. روش های متفاوتی برای این ارزیابی وجود دارد که رایج ترین روش ها در ادامه بیان شده است.

-شاخص محدود کننده اکسیژن: این شاخص عبارتست از حداقل غلظت اکسیژن در مخلوط اکسیژن/نیتروژن که بتواند به مدت ۳ دقیقه و یا طولی برابر با ۵ سانتیمتر از نمونه را شعله ور نماید.
-اندازه گیری طول سوختگی: در این روش منسوج بر روی قاب نگه داری نمونه قرار داده می شود و به مدت ۱۲ ثانیه در معرض شعله قرار داده می شود.