פילמנט דוחה אש — המדריך המלא: מה UL 94 אומר, ולמה “דוחה” אינו “לא נדלק”

כל פלסטיק נשרף. PLA, PETG, ABS, ניילון, פוליקרבונט — כולם פחמימנים, כולם נדלקים, וכולם, ברגע שנדלקו, ממשיכים לבעור ומטפטפים טיפות בוערות על מה שמתחתם. זה לא חיסרון של חומר מסוים אלא תכונה של הקטגוריה, ובדרך כלל זה לא משנה: מחזיק לטלפון אינו נמצא ליד להבה. אבל קופסה לספק כוח, מארז לסוללת ליתיום של רחפן, כיסוי למטען, תושבת לנורה, לוח מחוונים למכונה — כל חלק שיושב ליד משהו שעלול להתחמם, לקצר או להתלקח — הוא סיפור אחר, ובשבילו קיימים פילמנטים דוחי אש. הם אינם "לא נדלקים"; אף פלסטיק אינו כזה. הם נדלקים, ונכבים בעצמם ברגע שמקור האש מוסר, ולא מטפטפים. וזה ההבדל בין תקלה שנגמרת בריח שרוף לבין שריפה.

זה המדריך השנים־עשר בסדרת הפילמנטים, והאחרון מבין שלושת הפילמנטים המיוחדים, אחרי המחוזקים בסיבים ו-ESD. נסביר איך פלסטיק נשרף ומה תוסף דוחה אש עושה כדי לעצור את זה, מה הדירוגים של UL 94 אומרים ולמה V-0 בגיליון אינו V-0 בחלק מודפס, אילו חומרים בסיס קיימים בגרסה דוחה אש, מה מדפיסים בהם, מה זה עושה לבריאות — כולל השאלה על ההלוגנים — ומתי חומר עמיד בחום רגיל מספיק. ההשוואה הכללית בין החומרים הבסיסיים נמצאת במאמר ההשוואה.

איך פלסטיק נשרף — ומה תוסף דוחה אש עושה

בעירה של פלסטיק היא מעגל שמזין את עצמו. חום — מלהבה, מקצר, מרכיב שהתחמם — מפרק את הפולימר לגזים דליקים; הגזים נדלקים באוויר; הלהבה מחממת עוד פלסטיק, שמשחרר עוד גזים, וכך הלאה. בפלסטיקים תרמופלסטיים מצטרפת לזה הטפטוף: החומר נמס, וטיפות בוערות נופלות ומדליקות מה שמתחת. תוסף דוחה אש שובר את המעגל באחד משלושה מקומות. בשלב הגז, תוספים על בסיס הלוגנים — ברום או כלור — משחררים בחום מולקולות שלוכדות את הרדיקלים החופשיים שמקיימים את הלהבה, וחונקות אותה מבפנים. במוצק, תוספים על בסיס זרחן גורמים לפלסטיק ליצור שכבת פחם תופחת על פני השטח, שמבודדת את החומר שמתחתיה מהחום ומהחמצן. ובקירור, תוספים מינרליים כמו הידרוקסיד אלומיניום משחררים מים בחימום, שמקררים ומדללים את הגזים. רוב הפילמנטים דוחי האש המודרניים משתמשים במנגנון השני, ללא הלוגנים — ועל הסיבה בסעיף הבריאות.

התוצאה המעשית: חומר שנדלק כשמצמידים אליו להבה, ונכבה תוך שניות כשמרחיקים אותה. הוא לא ימשיך לבעור מעצמו, ולא ייצר טיפות בוערות — או ייצר כאלה שכבות באוויר. בשריפה אמיתית, עם מקור חום מתמשך, הוא יישרף כמו כל דבר אחר; "דוחה אש" הוא הגנה מפני התלקחות, לא מפני שריפה, ומי שמבין את ההבדל הזה מבין גם מה החומר נותן ומה לא.

UL 94 — מה הדירוגים אומרים

UL 94 הוא התקן שכולם מצטטים, ומאז שפורסם לראשונה ב-1972 בידי Underwriters Laboratories — מעבדת התקינה האמריקאית שנוסדה ב-1894 סביב בטיחות חשמל — הוא הפך למדד המשותף לדליקות של פלסטיק במוצרי חשמל ואלקטרוניקה בכל העולם. הוא אינו מודד "כמה החומר דליק" אלא מבצע בדיקה מוגדרת: דגימה בממדים קבועים, להבה בגובה מוגדר, זמן חשיפה קבוע, ומדידה של מה קורה אחר כך. הדירוגים העיקריים, מהחלש לחזק:

ושני פרטים בתקן שמשנים הכול למי שמדפיס. הראשון: הדירוג צמוד לעובי. חומר שקיבל V-0 בעובי 3 מ"מ אינו בהכרח V-0 בעובי 1.5, כי דגימה דקה מתחממת מהר יותר וכבה לאט יותר; דף המפרט של כל חומר מציין את העובי שבו נבדק, ומי שמדפיס דופן דקה יותר לא יכול להסתמך על הדירוג. השני, וחשוב ממנו: הדירוג ניתן לחומר בדגימה שנוצקה בהזרקה — לא לחלק מודפס. חלק מודפס הוא חומר עם אוויר בפנים: מילוי חלקי, חללים בין קווים, שכבות שנדבקו חלקית — וכל חלל כזה הוא מקום שבו הבעירה מתנהגת אחרת מאשר בגוש מלא. פילמנט שהחומר שלו מדורג V-0 מייצר חלקים שדוחים אש טוב בהרבה מ-PETG רגיל, וזה אמיתי; אבל "החלק הזה V-0" היא טענה שרק בדיקה של החלק עצמו, בגיאומטריה שלו, יכולה לתמוך בה. אנחנו לא נכתוב על שום גליל שהחלקים ממנו "מאושרים UL 94", כי זה לא נכון, ומי שכותב את זה מוכר משהו שאין לו.

מהמגבר של שנות השבעים למדפסת — היסטוריה קצרה

הצורך בפלסטיק שאינו מפיץ אש נולד יחד עם מכשירי החשמל הביתיים: טלוויזיות, מגברים, מכשירי רדיו וטוסטרים של שנות החמישים והשישים היו קופסאות מבקליט ומעץ שהתחלפו בקופסאות מפוליסטירן ו-ABS, ואלה בערו יפה. UL 94 הגיע ב-1972 כתשובה, ותוספי ההלוגן — ברום בעיקר — הפכו לסטנדרט בשנות השבעים והשמונים, כי הם זולים ויעילים. ואז התברר שחלקם מצטברים בסביבה ובגוף, ושבשריפה אמיתית הם משחררים דיאוקסינים; מסוף שנות התשעים, ובאירופה עם תקנות RoHS ו-REACH משנות האלפיים, חלק גדול מהם נאסר, והתעשייה עברה בהדרגה לתוספים על בסיס זרחן ומינרלים, "ללא הלוגנים". פוליקרבונט דוחה אש, ABS דוחה אש ו-PC/ABS דוחה אש הם היום החומרים של כל ספק כוח, מטען ומארז חשמלי שמסביבכם.

אל הפילמנטים הגיעו התוספים סביב 2016–2019, כשיצרנים הנדסיים הוציאו ABS-FR, PC-FR ו-PETG-FR למי שמדפיס מארזים למוצרי חשמל, ובעקבותיהם גם PLA-FR ו-PA-FR. הם נשארו קטגוריה קטנה: יקרים, בצבעים מוגבלים, ומיועדים למי שיודע למה הוא צריך אותם — לרוב מפתחי מוצר, בתי מלאכה שמייצרים מארזים, וחובבי רחפנים ורכבי RC שמחזיקים סוללות ליתיום, שהן, מבחינת סיכון שריפה, הדבר הכי מסוכן שרוב האנשים מדפיסים סביבו.

איזה בסיס — ומה התוסף עושה לו

כמו בסיבים וב-ESD, התוסף נכנס לפולימר קיים, והפולימר קובע את שאר התכונות. PC-FR ו-PC/ABS-FR הם החומרים התעשייתיים האמיתיים — עמידות בחום של 100–120 מעלות, חוזק גבוה, ודירוג V-0 בעובי סביר — והם דורשים מהמדפסת מה שפוליקרבונט דורש: ראש כל־מתכתי, תא סגור, ייבוש קפדני. ABS-FR קל מהם להדפסה, עדיין דורש תא, ומתאים למארזים שאינם מתחממים מעל 80–90 מעלות. PETG-FR הוא הנגיש ביותר — מדפיס במדפסת פתוחה כמו PETG — ומספיק לכיסויים, למחזיקי סוללות ולמארזים במתח נמוך שאינם מתחממים. PLA-FR קיים, ואנחנו לא מבינים למה: חומר שמתרכך ב-60 מעלות אינו חומר למארז חשמלי, גם אם אינו מטפטף כשהוא בוער.

מה שהתוסף לוקח: בכל הבסיסים, דוחה אש חלש מעט מהחומר הרגיל — 10–20 אחוז פחות חסינות למכה, מעט פחות הידבקות בין שכבות — ואטום ומוגבל בצבע, לרוב שחור, לבן או אפור, כי התוסף במינון של 10–20 אחוז מכסה כל פיגמנט. הוא גם צמיג מעט יותר בהדפסה, וכמה מהתוספים המינרליים שוחקים פייה, אם כי פחות מסיבים.

ומה שלא כתוב על הגליל, ושווה לשאול לפניו: באיזה עובי נבדק הדירוג. V-0 ב-3 מ"מ הוא הנפוץ, V-0 ב-1.5 נדיר ויקר יותר, ו-V-0 ב-0.8 כמעט אינו קיים בפילמנט. מארז מודפס טיפוסי, עם דופן של 1.2–2 מ"מ, נמצא בדיוק מתחת לעובי הבדיקה של רוב החומרים — ולכן העצה על דפנות של ארבעה קווים ומעלה, שמביאה את הדופן ל-1.6–2.4 מ"מ, אינה עניין של חוזק אלא של להתקרב לעובי שבו הדירוג בכלל תקף. דופן דקה מפילמנט V-0 היא דופן שאיש לא בדק.

מעבר ל-UL 94 — חוט הלהט, ומה תקנים אחרים דורשים

UL 94 אינו התקן היחיד, ולמי שמייצר מוצר חשמלי שנמכר בישראל או באירופה כדאי להכיר עוד אחד: בדיקת חוט הלהט (glow-wire) לפי סדרת IEC 60695, שמכון התקנים הישראלי מאמץ כמו את רוב תקני IEC. במקום להבה, לוחצים אל הפלסטיק חוט מתכת מלובן ב-550 עד 960 מעלות — סימולציה של מגע או של חיבור חשמלי שהתחמם יתר על המידה — ובודקים אם החומר נדלק, ואם כן, האם הוא נכבה תוך 30 שניות. תקני מוצרי חשמל ביתיים דורשים לרוב שחלקים שנוגעים בחיבורים נושאי זרם יעמדו ב-750 או ב-850 מעלות, ולחלקים שאינם נוגעים — 650. חומר יכול להיות V-0 ב-UL 94 ולהיכשל בחוט להט, ולהפך, כי הבדיקות מדמות תרחישים שונים: ניצוץ מול חיבור לוהט. מי שמתכנן מארז לספק כוח או למטען שיימכר — ולא רק ישמש אותו — צריך את שני המספרים בדף המפרט.

ולמי שאינו מוכר, ומדפיס לעצמו: הבדיקות האלה מסבירות בכל זאת איפה הסיכון. חוט להט ב-750 מעלות הוא בערך מה שקורה בחיבור בורג שהתרופף ומוליך זרם דרך נקודת מגע קטנה — תרחיש שכיח יותר מניצוץ, ושמתפתח לאט, בלי שאף אחד רואה. פלסטיק רגיל שנוגע בחיבור כזה נמס, נדלק, ומטפטף על מה שמתחת; דוחה אש מתפחם במקום, ונשאר במקומו. זו הסיבה שהתוסף חשוב יותר דווקא בחלק המשעמם — הבסיס שהמחבר יושב עליו — מאשר במכסה החיצוני.

מה מדפיסים בדוחה אש — ומה לא

הרשימה קצרה ומוגדרת, וכל פריט בה נוגע במשהו שעלול להתחמם או להתלקח: מארזים לספקי כוח, למטענים ולממירים — הקטגוריה הראשונה, ובמיוחד כל דבר שמתחבר לרשת; קופסאות ומחזיקים לסוללות ליתיום — רחפנים, רכבי RC, כלי עבודה, פרויקטים ניידים — שם התוסף אינו מונע שריפה של הסוללה עצמה, אבל מונע מהמארז להיות הדלק שמפיץ אותה; גופי תאורה ותושבות לנורות, במיוחד LED בהספק גבוה ודרייברים; מארזים ללוחות בקרה, ממסרים ומגעים במכונות; כיסויים לחיווט ולמחברים; וחלקים לרכב בתא הנוסעים, שם תקנות דורשות דליקות נמוכה. וכמובן, כל חלק שמישהו יבדוק אותו מול תקן — במוצר שנמכר — צריך חומר עם דף מפרט שמצוין בו הדירוג והעובי, ובדיקה של החלק בסוף.

ומה לא: כל השאר. מארז למכשיר שמופעל מסוללת AA, כיסוי לחיישן, מחזיק — לאלה אין צורך בדוחה אש, והחומר הרגיל חזק יותר וזול יותר. ובמיוחד: דוחה אש אינו תחליף לתכנון נכון. מארז לספק כוח מ-PETG-FR עם פתחי אוורור מספיקים בטוח יותר ממארז PC-FR סגור שמבשל את הרכיבים. התוסף הוא שכבת ההגנה האחרונה, לא הראשונה.

ועוד הבחנה שחוסכת גליל: יש הבדל בין חלק שנמצא ליד חום לבין חלק שנמצא ליד מקור התלקחות. כיסוי לגוף חימום, תושבת ליד מנוע, מחזיק לנורת הלוגן — אלה מקומות חמים, והשאלה שם היא עמידות בחום: פוליקרבונט או ASA. מארז לספק כוח, קופסה לסוללה, בסיס למחבר נושא זרם — אלה מקומות שבהם משהו יכול להידלק, גם אם רוב הזמן הם קרירים, והשאלה שם היא דליקות: דוחה אש. שני הדברים לא תמיד באים יחד — סוללת LiPo בטמפרטורת החדר היא מקור התלקחות בלי חום — ולכן "החלק מתחמם" אינו סיבה לדוחה אש, ו"החלק קריר" אינה סיבה לוותר עליו.

בריאות — ההלוגנים, והדפסה

השאלה הראשונה שכדאי לשאול על כל פילמנט דוחה אש היא "עם הלוגנים או בלי", וזו שאלה לדף המפרט. תוספים מבוססי ברום וכלור יעילים, אבל בבעירה הם משחררים גזים חומציים ורעילים — חומצה הידרוברומית, ובתנאים מסוימים דיאוקסינים — וחלקם מוגבלים בתקנות אירופיות. תוספים ללא הלוגנים, על בסיס זרחן ומינרלים, בטוחים בהרבה בבעירה ובהדפסה, וכיום הם הרוב בפילמנטים מהיצרנים המוכרים. אם דף המפרט אינו אומר, שואלים; ואם אין תשובה, מניחים שיש.

בהדפסה עצמה, פילמנט דוחה אש ללא הלוגנים משחרר את מה שהפולימר הבסיסי משחרר — נמוך ב-PETG, גבוה ב-ABS וב-PC — בתנאי שנשארים בטווח הטמפרטורה: חלק מהתוספים מתחילים להתפרק ב-20–30 מעלות מעל טמפרטורת ההדפסה המומלצת, ומשחררים אז ריח חריף ותרכובות שלא רוצים לנשום. זו סיבה נוספת לא "לחמם עוד קצת" כשמשהו לא עובד. ובעיבוד — שיוף וקדיחה — אבק של תוסף מינרלי או זרחני אינו רעיל במיוחד, אבל גם לא נעים; רטוב ובמסכה, כמו תמיד עם חומר מלא. ולמזון, כמו תמיד: לא.

שלוש עובדות שלא ידעתם על דוחי אש

UL 94 מודד עם להבה של מצית — לא עם שריפה. הלהבה בבדיקה האנכית היא בגובה 20 מ"מ, בערך כמו של מצית ביתי, למשך עשר שניות, פעמיים. V-0 פירושו שהדגימה כבתה תוך עשר שניות בשני הפעמים ולא הדליקה צמר גפן שמתחתיה. זה מבחן של התלקחות מקצר או מניצוץ, לא של שריפת בית — וזה בדיוק התרחיש שרוב המארזים המודפסים פוגשים.

המילוי משנה את הבדיקה. חלק במילוי 20 אחוז הוא ברובו אוויר, ואוויר בתוך פלסטיק הוא ארובה קטנה: הוא מזין בעירה מבפנים ומאפשר לה להתפשט היכן שגוש מלא היה נכבה. חלק דוחה אש שנועד לעמוד באש מודפס בדפנות עבות — 4 קווים ומעלה — ובמילוי גבוה, או מלא, בדיוק הפוך מהאינטואיציה של "פחות חומר".

הצבע הלבן של ספקי הכוח אינו מקרה. רוב המארזים של מטענים וספקים ביתיים לבנים או אפורים בהירים, וזה בין השאר בגלל התוסף: דוחי אש מינרליים וזרחניים לבנבנים, ופיגמנט חייב להתגבר עליהם. שחור אפשרי עם פחמן; צבעים רוויים כמעט לא. מארז מודפס בגוון בהיר גם מראה חריכה מוקדם — סימן שמשהו התחמם — לפני שהוא נדלק, וזו סיבה טובה לבחור בו גם כשהשחור נראה טוב יותר.

סוללת ליתיום היא הסיבה האמיתית. רוב מי שקונה פילמנט דוחה אש לשימוש ביתי קונה אותו בגלל דבר אחד: סוללת LiPo של רחפן או של רכב RC, שבכשל תרמי מגיעה לאלפי מעלות ומדליקה כל מה שסביבה. מארז דוחה אש לא יעצור את הסוללה — שום דבר לא יעצור אותה — אבל הוא לא יהפוך לדלק נוסף, וזה ההבדל בין נזק לסוללה לבין נזק לחדר.

הגדרות מומלצות — נקודת התחלה

ההגדרות הן של החומר הבסיסי — PETG, ABS או PC, כל אחד במדריך שלו — עם ההתאמות שבטבלה. המקור לכל אלה הוא דף המפרט של היצרן הספציפי, שבפילמנט דוחה אש חשוב יותר מבכל חומר אחר בסדרה, כי הוא מציין את הדירוג, את העובי שבו נבדק, ואת סוג התוסף; UL 94 עצמו מגדיר את שיטת הבדיקה, מדריך הפילמנטים דוחי האש של MatterHackers סוקר את הקטגוריה, ומדריך החומרים של Simplify3D מכסה את הבסיסים.

עשה ואל תעשה

עשו:

• קראו את דף המפרט לפני הקנייה: דירוג, עובי הבדיקה, וסוג התוסף. גליל בלי שלושת אלה אינו דוחה אש — הוא סיפור.
• הדפיסו דפנות עבות ומילוי גבוה. אוויר בתוך החלק מזין בעירה; החומר עוצר אותה רק כשהוא רציף.
• תכננו אוורור למארז. תוסף דוחה אש הוא ההגנה האחרונה; מארז שלא מבשל את הרכיבים הוא הראשונה.
• בדקו דגימה מודפסת — עם מצית, בחוץ, מעל ריצוף — לפני שסומכים על החלק. לא כתקן, כאבחון: אם היא ממשיכה לבעור, משהו בהדפסה או בגליל לא בסדר.

אל תעשו:

• אל תכתבו "V-0" על חלק מודפס שנמכר. הדירוג ניתן לחומר בדגימה יצוקה, לא לחלק שלכם — אלא אם בדקתם אותו.
• אל תחממו מעל ההמלצה. חלק מהתוספים מתפרקים 20–30 מעלות מעליה ומשחררים מה שלא רוצים לנשום.
• אל תניחו ש"דוחה אש" פירושו "לא נשרף". בשריפה מתמשכת הוא נשרף. הוא רק לא מתחיל אותה ולא מפיץ אותה.
• אל תדפיסו ב-PLA-FR מארז חשמלי. 60 מעלות ומתרכך — עוד לפני שמישהו בדק את הדליקות.

מתי חומר עמיד בחום רגיל מספיק

לא כל חלק שיושב ליד חום צריך דוחה אש, וההבחנה חוסכת גליל יקר. לחלקים שמתחממים אבל אינם ליד מקור התלקחות — כיסוי לדרייבר של LED, תושבת ליד גוף חימום, מחזיק לרכיב שמתחמם בעבודה רגילה — פוליקרבונט רגיל בדפנות עבות הוא בחירה טובה: הוא מתלקח בקושי, מחזיק חום גבוה, ואינו מטפטף בקלות כמו PLA או PETG. לחלק שבאמת צריך דירוג — מארז לסוללת ליתיום, מוצר שנמכר, בסיס למחבר נושא זרם — אין תחליף לחומר עם דף מפרט שמצוין בו הדירוג, העובי שבו נבדק וסוג התוסף, ולבדיקה של החלק בסוף.

מהחנות — רלוונטי לכתבה

סלילי הדפסה / פילמפילמנט למדפסת תלת מימד – PC (Polycarbonate) – מבית SUNLU129 ₪

← בחזרה למרכז הידעלקטגוריית הדפסת תלת מימד

שאלות נפוצות על פילמנט דוחה אש

פילמנט דוחה אש הוא חומר לשאלה אחת — "מה קורה אם החלק הזה נחשף לניצוץ או לקצר" — והתשובה שהוא נותן היא "נכבה, ולא מטפטף": לא פחות, ולא יותר. דף מפרט, דפנות עבות, מילוי מלא, ובלי לכתוב על החלק דירוג שלא נבדק עליו. המדריך האחרון בסדרה: שרף שטיף במים — החומר היחיד בסדרה שאינו פילמנט, למה הוא נשטף במים במקום באלכוהול, ומה "שטיף" לא אומר על בטיחות.

אסף צבארי — בעלים של מייקר דיפו. רואה חשבון ומנהל כספים לשעבר שהפך תחביב של שנים לעיסוק מלא, ועוסק בעצמו בהזמנות, בפניות ובמציאת הפתרונות ללקוחות החנות.