Resina fenolica è una resina sintetica formata dalla policondensazione di fenoli e aldeidi. Sulla base di una struttura molecolare di rete tridimensionale, costruisce spontaneamente una densa barriera ricostruita di fiamma a strato carbonizzato in condizioni di alta temperatura. Questa barriera interrompe la catena di reazione a combustione e rallenta la degradazione termica del materiale attraverso i doppi effetti della barriera fisica e dell'isolamento termico.
Le proprietà ritardanti di fiamma della resina fenolica sono radicate nella sua speciale struttura molecolare. Durante il processo di sintesi, i monomeri fenolici e aldeide subiscono la policondensazione per formare una macromolecola di rete tridimensionale con un anello di benzene come scheletro rigido e un legame ponte di metilene come nodo di bloccaggio incrociato. Questa struttura offre alla resina un alto grado di stabilità e resistenza alla deformazione. Ancora più importante, la sua attività chimica ad alte temperature crea condizioni per un meccanismo di autoprotezione. Quando la resina fenolica incontra l'attacco di fiamma, la catena polimerica di superficie assorbe prima il calore, l'energia del legame chimico dell'anello di benzene e il legame del ponte di metilene sono eccitati e la catena molecolare subisce una rottura e un riarrangiamento termici ordinati. A differenza della decomposizione disordinata dei normali materiali polimerici ad alte temperature, il processo di cracking termico della resina fenolica ha una direzionalità significativa - i radicali liberi generati dal cracking di cracking reciproco, causando arricchiti e polimerizzati in modo direzionale e infine formando un continuo e denso layer carbonizzato sulla superficie della superficie del materiale.
La formazione dello strato carbonizzato è il collegamento fondamentale per la resina fenolica per ottenere una maggiore ritardo della fiamma. Lo strato carbonizzato è composto da materiali carbonacei altamente grafitizzati e presenta una microstruttura simile a un nido d'ape, che gli conferisce eccellenti proprietà di barriera fisica. Da un lato, la fitta rete carbonacea forma una dura barriera fisica, come un "firewall su nanoscala", che blocca efficacemente il percorso di diffusione dell'ossigeno nella resina. Durante il processo di combustione, l'ossigeno è un partecipante necessario alla reazione di ossidazione. Una volta tagliata la sua fornitura, la catena di reazione a combustione non può continuare e la diffusione del fuoco viene immediatamente soppressa. D'altra parte, lo strato carbonizzato stesso ha una conducibilità termica estremamente bassa, che può ridurre significativamente il calore trasferito dalla fiamma alla matrice di resina. Studi hanno dimostrato che l'effetto di isolamento termico dello strato carbonizzato può ridurre il tasso di aumento della temperatura della resina interna di oltre il 60%, rallentando così notevolmente il processo di degradazione termica della resina ed evitando la rapida decomposizione del materiale per produrre una grande quantità di gas combustibile per intensificare l'incendio.
Da un punto di vista termodinamico, il processo di formazione dello strato carbonizzato è accompagnato da una reazione endotermica, che riduce ulteriormente la temperatura della superficie del materiale. Ad alte temperature, il processo di rottura della catena molecolare della resina fenolica, riorganizzazione e polimerizzazione in uno strato carbonizzato richiede l'assorbimento di una grande quantità di energia termica. Questo meccanismo di "consumo di calore interno" è come un sistema di dissipazione del calore naturale, che riduce la temperatura della fiamma sulla superficie del materiale e riduce il trasferimento di radiazioni di calore nell'ambiente circostante. Allo stesso tempo, la struttura ruvida sulla superficie dello strato carbonizzato può disperdere parte della radiazione termica, indebolendo ulteriormente l'erosione termica della fiamma sul materiale e fornendo una doppia protezione per le prestazioni stabili del materiale in ambienti estremi ad alta temperatura.
Negli scenari di applicazione effettivi, il meccanismo ritardante di fiamma dello strato carbonizzato di resina fenolica mostra una forte applicabilità. Nel campo dell'aerospaziale, i componenti del motore dell'aeromobile devono resistere all'impatto di un flusso d'aria ad alta temperatura superiore a 500 ° C. Lo strato carbonizzato formato sulla superficie dei materiali compositi a base di resina fenolica non può solo resistere all'ablazione ad alta temperatura, ma anche mantenere l'integrità strutturale per garantire il normale funzionamento del motore; Nell'industria del transito ferroviario, dopo che il materiale interno del treno adotta la resina fenolica, quando si incontra un incendio, lo strato carbonizzato rapidamente formato sulla superficie può effettivamente impedire la diffusione dell'incendio e acquistare tempo prezioso per l'evacuazione dei passeggeri. Inoltre, nel campo dell'edificio della protezione antincendio, i materiali di schiuma in resina fenolica sono diventati una scelta ideale per l'isolamento termico e la protezione antincendio degli edifici grattacieli a causa delle proprietà ritardanti della fiamma del loro strato carbonizzato, riducendo efficacemente il rischio di incendio.
La resina fenolica costruisce un efficiente sistema di protezione del ritardo di fiamma attraverso il processo di carbonizzazione auto-organizzato della struttura molecolare della rete tridimensionale ad alta temperatura. Questo meccanismo ritardante di fiamma basato sulle caratteristiche del materiale non richiede ulteriori additivi ritardanti di fiamma, che non solo garantiscono la protezione ambientale del materiale, ma fornisce anche una soluzione affidabile per la sicurezza antincendio in ambienti ad alta temperatura e ad alto rischio. .