Rășină fenolică este o rășină sintetică formată din policondensarea fenolilor și aldehidelor. Pe baza unei structuri moleculare a rețelei tridimensionale, construiește spontan o barieră densă cu strat carbonizat cu flacără în condiții de temperatură ridicată. Această barieră taie lanțul de reacție de ardere și încetinește degradarea termică a materialului prin efectele duale ale barierei fizice și ale izolației termice.
Proprietățile ignifuge ale rășinii fenolice sunt înrădăcinate în structura sa moleculară specială. În timpul procesului de sinteză, monomerii fenolici și aldehidă suferă policondensare pentru a forma o macromoleculă de rețea tridimensională cu un inel de benzen ca un schelet rigid și o legătură de pod de metilen ca nod reticulant. Această structură oferă rășinii un grad ridicat de stabilitate și rezistență de deformare. Mai important, activitatea sa chimică la temperaturi ridicate creează condiții pentru un mecanism de autoprotecție. Când rășina fenolică întâlnește atacul cu flăcări, lanțul de polimer de suprafață absoarbe mai întâi căldura, energia legăturii chimice a inelului benzenului și legătura podului de metilen este excitată, iar lanțul molecular suferă fisuri termice ordonate și rearanjare. Spre deosebire de descompunerea dezordonată a materialelor polimerice obișnuite la temperaturi ridicate, procesul de fisurare termică a rășinii fenolice are o direcționalitate semnificativă - radicalii liberi generați prin fisurarea reticulării între ele, determinând îmbogățirea atomilor de carbon și polimerizați într -o manieră direcțională și formând în sfârșit un strat carbonizat continuu și dens pe suprafața materialului.
Formarea stratului carbonizat este legătura de bază pentru rășina fenolică pentru a obține o retardanță eficientă a flăcării. Stratul carbonizat este compus din materiale carbonace extrem de grafitizate și prezintă o microstructura asemănătoare cu fagurele, care îi conferă proprietăți excelente de barieră fizică. Pe de o parte, rețeaua carbonace densă formează o barieră fizică dură, precum un „firewall la nano -scală”, care blochează efectiv calea de difuzie a oxigenului în rășină. În timpul procesului de combustie, oxigenul este un participant necesar la reacția de oxidare. Odată ce alimentarea sa este întreruptă, lanțul de reacție la combustie nu poate continua, iar răspândirea focului este suprimată imediat. Pe de altă parte, stratul carbonizat în sine are o conductivitate termică extrem de scăzută, ceea ce poate reduce semnificativ căldura transferată de la flacără la matricea de rășină. Studiile au arătat că efectul de izolare termică a stratului carbonizat poate reduce rata de creștere a temperaturii rășinii interne cu mai mult de 60%, astfel încetinind foarte mult procesul de degradare termică a rășinii și evitând descompunerea rapidă a materialului pentru a produce o cantitate mare de gaz combustibil pentru a intensifica foc.
Din punct de vedere termodinamic, procesul de formare a stratului carbonizat este însoțit de o reacție endotermică, care reduce și mai mult temperatura suprafeței materialului. La temperaturi ridicate, procesul de rupere a lanțului molecular de rășină fenolică, rearanjare și polimerizare într -un strat carbonizat necesită absorbția unei cantități mari de energie termică. Acest mecanism de „consum de căldură internă” este ca un sistem natural de disipare a căldurii, care reduce temperatura flăcării pe suprafața materialului și reduce transferul de radiații de căldură în mediul înconjurător. În același timp, structura aspră de pe suprafața stratului carbonizat poate împrăștia o parte din radiația termică, slăbind în continuare eroziunea termică a flăcării pe material și oferind o protecție dublă pentru performanța stabilă a materialului în medii de temperatură extremă.
În scenariile reale de aplicare, mecanismul ignifug al stratului carbonizat de rășină fenolică arată o aplicabilitate puternică. În domeniul aerospațial, componentele motorului aeronavei trebuie să reziste la impactul fluxului de aer de temperatură ridicată care depășește 500 ° C. Stratul carbonizat format pe suprafața materialelor compozite pe bază de rășină fenolică nu numai că poate rezista ablației la temperaturi ridicate, dar și să mențină integritatea structurală pentru a asigura funcționarea normală a motorului; În industria tranzitului feroviar, după ce materialul interior al trenului adoptă rășină fenolică, atunci când întâlnește un incendiu, stratul carbonizat format rapid pe suprafață poate preveni eficient răspândirea focului și poate cumpăra timp prețios pentru evacuarea pasagerilor. În plus, în domeniul protecției împotriva incendiilor, materialele din spumă fenolică din rășină au devenit o alegere ideală pentru izolarea termică și protecția împotriva incendiilor a clădirilor înalte, datorită proprietăților ignifuge ale stratului lor carbonizat, reducând efectiv riscul de incendiu.
Rășina fenolică construiește un sistem eficient de protecție a retardului cu flacără prin procesul de carbonizare auto-organizată a structurii moleculare a rețelei tridimensionale la temperaturi ridicate. Acest mecanism ignifug de flăcări bazat pe caracteristicile propriilor material nu necesită aditivi suplimentari de ignifug, care nu numai că asigură protecția asupra mediului a materialului, dar oferă și o soluție fiabilă pentru siguranța la incendiu în medii cu risc ridicat.