Résine phénolique est une résine synthétique formée par la polycondensation des phénols et des aldéhydes. Sur la base d'une structure moléculaire de réseau tridimensionnelle, il construit spontanément une barrière ignifuge de la couche carbonisée dense dans des conditions à haute température. Cette barrière coupe la chaîne de réaction de combustion et ralentit la dégradation thermique du matériau à travers les deux effets de la barrière physique et de l'isolation thermique.
Les propriétés ignifuges de la flamme de la résine phénolique sont enracinées dans sa structure moléculaire spéciale. Pendant le processus de synthèse, les monomères phénoliques et aldéhyde subissent une polycondensation pour former une macromolécule de réseau tridimensionnelle avec un cycle de benzène comme squelette rigide et une liaison de pont de méthylène comme nœud de réticulation. Cette structure donne à la résine un degré élevé de stabilité et de résistance à la déformation. Plus important encore, son activité chimique à des températures élevées crée des conditions pour un mécanisme d'auto-protection. Lorsque la résine phénolique rencontre une attaque de flamme, la chaîne de polymère de surface absorbe d'abord la chaleur, l'énergie de liaison chimique de l'anneau de benzène et la liaison du pont de méthylène est excitée et la chaîne moléculaire subit une fissuration thermique et un réarrangement thermiques ordonnés. Contrairement à la décomposition désordonnée de matériaux en polymère ordinaire à des températures élevées, le processus de fissuration thermique de la résine phénolique a une directionnalité significative - les radicaux libres générés en craquant les uns avec les autres, ce qui a fait enrichir les atomes de carbone et à être polymérisés de manière directionnelle.
La formation de la couche carbonisée est le lien central de la résine phénolique pour atteindre un retard de flamme efficace. La couche carbonisée est composée de matériaux carbonés hautement graphitiés et présente une microstructure de type nid d'abeille, ce qui lui donne d'excellentes propriétés de barrière physique. D'une part, le réseau carboné dense forme une barrière physique dure, comme un "pare-feu à l'échelle nanométrique", qui bloque efficacement le chemin de diffusion de l'oxygène dans la résine. Pendant le processus de combustion, l'oxygène est un participant nécessaire à la réaction d'oxydation. Une fois son approvisionnement coupé, la chaîne de réaction de combustion ne peut pas continuer et la propagation du feu est immédiatement supprimée. D'un autre côté, la couche carbonisée elle-même a une conductivité thermique extrêmement faible, ce qui peut réduire considérablement la chaleur transférée de la flamme à la matrice de résine. Des études ont montré que l'effet d'isolation thermique de la couche carbonisée peut réduire le taux d'augmentation de la température de la résine interne de plus de 60%, ralentissant ainsi considérablement le processus de dégradation thermique de la résine et évitant la décomposition rapide du matériau pour produire une grande quantité de gaz combustible pour intensifier le feu.
D'un point de vue thermodynamique, le processus de formation de la couche carbonisée s'accompagne d'une réaction endothermique, ce qui réduit encore la température de la surface du matériau. À des températures élevées, le processus de rupture de la chaîne moléculaire de la résine phénolique, réarrangement et polymérisation en une couche carbonisée nécessite l'absorption d'une grande quantité d'énergie thermique. Ce mécanisme de «consommation de chaleur interne» est comme un système de dissipation de chaleur naturelle, ce qui réduit la température de flamme à la surface du matériau et réduit le transfert de rayonnement de la chaleur vers l'environnement environnant. Dans le même temps, la structure rugueuse à la surface de la couche carbonisée peut disperser une partie du rayonnement thermique, affaiblir davantage l'érosion thermique de la flamme sur le matériau et offrir une double protection pour les performances stables du matériau dans des environnements à haute température extrême.
Dans les scénarios d'application réels, le mécanisme ignifuge de la flamme de la couche carbonisée de la résine phénolique montre une forte applicabilité. Dans le domaine de l'aérospatiale, les composants du moteur d'avion doivent résister à l'impact d'un flux d'air à haute température dépassant 500 ° C. La couche carbonisée formée à la surface des matériaux composites à base de résine phénolique peut non seulement résister à l'ablation à haute température, mais également maintenir une intégrité structurelle pour assurer le fonctionnement normal du moteur; Dans l'industrie du transport ferroviaire, après que le matériau intérieur du train adopte la résine phénolique, lors de la rencontre d'un incendie, la couche carbonisée s'est rapidement formée à la surface peut effectivement empêcher la propagation du feu et acheter un temps précieux pour l'évacuation des passagers. De plus, dans le domaine de la protection contre les incendies, les matériaux en mousse de résine phénolique sont devenus un choix idéal pour l'isolation thermique et la protection contre les incendies des immeubles de grande hauteur en raison des propriétés ignifuges de la flamme de leur couche carbonisée, réduisant efficacement le risque d'incendie.
La résine phénolique construit un système de protection efficace de la flamme à travers le processus de carbonisation auto-organisé de la structure moléculaire du réseau tridimensionnel à haute température. Ce mécanisme ignifuge de la flamme basé sur les caractéristiques propres du matériau ne nécessite pas d'additifs supplémentaires issus de flammes, ce qui garantit non seulement la protection environnementale du matériau, mais fournit également une solution fiable pour la sécurité incendie dans des environnements à haute température et à haut risque.