توسعه مواد مقاوم در برابر حریق برای تجهیزات حفاظت فردی (PPE) با فناوری نانو

افزایش روزافزون مخاطرات شغلی ناشی از تماس مستقیم یا غیرمستقیم با شعله، حرارت و گازهای داغ در صنایع مختلف از جمله نفت، گاز، پتروشیمی، فولاد و نیروهای امدادی، نیاز به توسعه تجهیزات حفاظت فردی (PPE) با عملکرد حرارتی بالا را به مسئله ای حیاتی تبدیل کرده است. یکی از راهکارهای نوین در این زمینه، بهره گیری از فناوری نانو جهت اصلاح ساختار و ریزساختار مواد پایه است تا بتوان علاوه بر ارتقای مقاومت در برابر حریق، ویژگی هایی نظیر استحکام مکانیکی، انعطاف پذیری و سازگاری زیستی را نیز حفظ کرد.در پژوهش حاضر، تاثیر افزودن نانوذرات معدنی نظیر نانوسیلیکا، نانورس (Montmorillonite) و نانواکسیدهای فلزی (Al₂O₃ ، TiO₂) به ماتریس های پلیمری مقاوم حرارت شامل آرامید، پلی بنزایمید (PBI) و پلی ایمید مورد بررسی قرار گرفته است. روش های اختلاط ذوبی (Melt Blending) و الکتروریسی (Electrospinning) برای ایجاد ساختارهای نانوکامپوزیتی یکنواخت به کار گرفته شده اند.به منظور ارزیابی عملکرد حرارتی و فیزیکی نمونه ها، آزمون های مختلفی از جمله تحلیل گرماوزنی (TGA)، تجزیه گرمایی تفاضلی (DSC)، آزمون شاخص اکسیژن محدود (LOI) و مشاهدات میکروسکوپی SEM جهت بررسی پراکندگی نانوذرات و ریزساختار اجرا گردید.نتایج حاصل نشان می دهد افزودن مقدار بهینه ای از نانوذرات (حدود ۳ تا ۵ درصد وزنی) ضمن افزایش دمای تجزیه و کاهش نرخ سوختن، سبب شکل گیری لایه کربنی محافظ در سطح ماده پس از قرارگیری در معرض شعله می گردد؛ به طوری که نمونه های اصلاح شده نسبت به مواد پایه، افزایش حدود ۲۵–۳۵٪ در پایداری حرارتی از خود نشان دادند.این افزایش مقاومت ناشی از تشکیل شبکه نانوساختار با خاصیت سد حرارتی و کاهش نفوذ اکسیژن در ماتریس پلیمری است. در مجموع، نتایج این تحقیق بر قابلیت بالای فناوری نانو در توسعه نسل جدید مواد نسوز سبک و بادوام برای کاربرد در PPE تاکید دارد.

کلیدواژه ها:

فناوری نانو ، مواد مقاوم در برابر حریق ، تجهیزات حفاظت فردی ، نانوکامپوزیت های پلیمری ، نانورس ، آتش پایداری ، پلی بنزایمید ، آرامید