CC BY
11
УДК 614.849+628.58
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СОВРЕМЕННЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ЗАЩИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ
Е.В. Аносова
доцент кафедры пожарной безопасности, кандидат технических наук, Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск
E-mail: evgenia.anosowaQyandex.ru
И.В. Треушков
начальник кафедры инженерной
защиты населения и территорий
Академия гражданской защиты МЧС России
Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки,
мкр. Новогорск
E-mail: i.treushkovQamchs.ru
С.М. Ляшенко
заведующий кафедрой пожарной безопасности,
кандидат военных наук, доцент
Академия гражданской защиты МЧС России
Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки,
мкр. Новогорск
E-mail: s.liashenkoQamchs.ru
Аннотация. С использованием современных методов физико-химических исследований изучено поведение образцов отделочных материалов при термическом воздействии на них. Полученные данные позволяют рекомендовать использование данных образцов для отделки защитных сооружений с целью снижения воздействия потока теплового излучения на конструкционные элементы.
Ключевые слова: защитные сооружения, интумесцентные покрытия, термическая устойчивость, дифференциально-сканирующая калориметрия.
Цитирование: Аносова Е.В., Треушков И.В., Ляшенко С.М. Исследование термических свойств современных лакокрасочных покрытий, используемых для защитных сооружений гражданской обороны // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2021. № 1 (48). С. - .
На основании Соглашения «О научно-техническом сотрудничестве» между Академией гражданской защиты МЧС России (далее — Академия) и научно-промышленным объединением «СТРИМ» (далее — НПО «СТРИМ») в течение ряда лет проводятся исследования новых строительных материалов, которые могут найти свое практическое применение при выполнении задач по обеспечению населения коллективными средствами защиты и обеспечения пожарной безопасности [1, 2].
Высокая степень актуальности темы исследования обоснована возрастающим интересом к вопросам увеличения фонда защитных сооружений гражданской обороны (далее — ЗС ГО), соответствующего требованиям нормативных документов [3]. Решение такого рода задачи заблаговременно может быть достигнуто двумя путями: приспособлением жилых зданий и подземного пространства городов под защитные сооружения и вос-
становлением защитных свойств существующих сооружений.
В 2019 году в Академии успешно прошла защита кандидатской диссертации, в которой были рассмотрены вопросы обоснования рационального выбора жилых зданий и комплектов защитных экранов для защиты населения от поражающих факторов при применении обычных средств поражения. Ряд статей, подготовленных в рамках этого диссертационного исследования, опубликован в научном журнале [4, 5].
Дальнейшее развитие исследований требует изучения свойств новых конструкционных материалов, использующихся в жилых зданиях и подземном пространстве городов под защитные сооружения. Причём новые материалы могут быть применены не только в таком типе защитных сооружений гражданской обороны как укрытие, но и в блок-модулях полной заводской готовности, разработанных в рамках научно-исследовательских
и опытно-конструкторских работ Всероссийского научно-исследовательского института по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России, в которых необходимо обеспечить пассивную защиту от теплового воздействия элементов существующих ЗС ГО: защитно-герметических дверей, оголовок, конструктивных частей технических и технологических систем.
Перспективным направлением в области повышения защитных свойств ЗС ГО является применение новых отделочных материалов, в частности, интумесцентных покрытий для защиты ограждающих конструкций, технических и технологических систем ЗС ГО в условиях возможных массовых пожаров.
Огнезащитные свойства этих покрытий заключаются в сильном расширении, по сравнению с первоначальным объемом, материалов в результате термического воздействия на них. Образовавшийся толстый слой закоксованно-го продукта является негорючим, что позволяет прекратить горение и предотвратить деформации ограждающих конструкций, разрушение технических и технологических систем ЗС ГО. Таким образом обеспечивается защита от теплового воздействия при пожарах и чрезвычайных ситуациях (далее — ЧС) различного характера (природные пожары, военные действия), уменьшается прогрев, а также удовлетворяются требования к ЗС ГО при эксплуатации в мирное и военное время.
Создание и использование на практике интумесцентных покрытий подразумевает оценку их теплофизических и пожароопасных свойств, в частности, поведение при термическом воздействии, термическую устойчивость и самовоспламеняемость.
Современные отделочные материалы, использующиеся в строительстве, представляют собой, как правило, полимерные материалы различных классов. Методы испытаний на пожарную опасность полимерных материалов в Российской Федерации и за рубежом описаны в нормативно-технических документах [4-7].
Уровень термической стойкости полиме-
ров может быть оценен согласно ГОСТ 55134-2012 (ИСО 11357-1:2009) «Пластмассы. Дифференциальная сканирующая калориметрия» (1 и 2 части), где подробно описан способ применения современного физико-химического метода анализа _ дифференциальн0_сканирующей калориметрии (далее — ДСК). Данный метод анализа популярен для оценки полимерных материалов. С его помощью, используя один прибор для небольших по массе исследуемых образцов, можно определить изменение массы образца при нагревании, т.е. термогравиметрический показатель (далее — ТГ), а также определить характер процессов, происходящих в результате теплового воздействия: они могут происходить с поглощением и выделением тепла т.е. сопровождаться эндо- и экзотермическими эффектами. Эти эффекты отражаются на кривой теплового потока (далее кривая ДСК).
На кафедре (пожарной безопасности) командно-инженерного факультета Академии были проведены испытания двух образцов, окрашенных водоэмульсионной краской и краской, имеющей двухкомпонентный состав, представленных НПО «СТРИМ» в рамках Соглашения о сотрудничестве. Данные образцы, согласно описанию изготовителя, должны обладать пожарозащитными свойствами. Было сделано предположение об их интумес-центности, как наиболее современном способе повышения пожарозащитных свойств лакокрасочных изделий.
Материалы испытывались с использованием термоанализатора NETZSCH STA 449F3F 1044-М. Был проведен анализ ДСК образцов краски, нанесенной на металлическую пластину (соскоб). Держатели образцов - цилиндрические корундовые тигли с крышечкой, атмосфера - воздух.
Масса навески водоэмульсионной краски составляла 18,1 мг, скорость нагрева 10 градусов Цельсия в минуту. Образец был нагрет до температуры 800°С. Кривые ТГ и ДСК представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 Кривые ТГ и ДСК водоэмульсионной краски
Согласно полученным данным, уменьшение массы образца составило приблизительно
71.4 % от массы навески. На кривой уменьшения массы прослеживаются три ступени.
Первая - от начальной температуры 22 °С до, приблизительно 281 °С, предположительно, связана с испарением водной части водоэмульсионной краски. Уменьшение массы составило 20,4 % от массы навески, данный процесс сопровождается двумя незначительными экзотермическими эффектами, начина°
Вторая ступень связана с уменьшением массы на 27,7 % от массы навески. Таким образом, можно предположить, что в темпера°
термоокиелительное разложение образца.
°
на с уменьшением массы приблизительно на
23.5 % массы. Она сопровождается экзотермическим эффектом, начинающимся при темпе-
°
нением термостойкой части органической составляющей водоэмульсионной.
Зольный (негорючий) остаток составил приблизительно 29,6 % (массовых).
Таким образом, исследованный образец
проявляет достаточно высокую (ориентиро-°
воздейетвию, однако его термоокиелительное разложение сопровождается экзотерми чееким эффектом, что повышает выделение тепла при нагреве и вызывает самовоспламенении образца.
Второй испытуемый образец двухкомпо-нентная краска, был исследован также со скоростью нагрева 10 градусов Цельсия в минуту, атмосфера воздух. Образец в корундовом
тигле с крышечкой был нагрет до температу-°
ляла 5 мг.
Рисунок 2 Кривые ТГ-ДСК двухкомпонентной краски
Согласно полученным данным, суммарное уменьшение массы образца составило 69 %. Остаток сильно увеличился в объеме.
На кривой уменьшения массы прослеживается четыре ступени.
Первая от начальной температуры (26 °С) до приблизительно 245 °С, как можно предположить, связана с началом термо-окиелительного разложения состава краски. Уменьшение массы составило 7,5 %.
Вторая ступень связана с уменьшением массы на 30,6 % и сопровождается значительным экзотермическим эффектом величиной
3112 кДж/кг, который начинается при тем°
°
окиелительное разложение образца и его самовоспламенение.
Третья и четвертая ступени связаны с дальнейшим уменьшением массы из-за захвата мелкодисперсных частиц коксового остатка программно заданным постоянным потоком воздуха (20 мл/мин), омывающим тигель
и уменьшением массы на 19,9 и 10,4 % массы.
Исследованный образец проявляет доста-
°
термичеекому воздействию, однако его термоокислительное разложение сопровождается экзотермическим эффектом, что повышает выделение тепла при нагреве и приводит к воспламенению. Сильное вспенивание краски при нагревании может придать ей способность образовывать слой негорючей пены с малой теплопроводностью, которая защищает конструкцию, на которую она нанесена, от опасного перегрева.
Для образцов краски, нанесенных на металлические пластины, также были определены температуры самовоспламенения согласно методике ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрыво-опаеноеть веществ и материалов». Температура самовоспламенения образца водоэмуль-
°
краски, имеющей двухкомпонентный состав °
фиксировалось увеличение красочного слоя в
объеме и его потемнение. дованпя в этой области предполагается иро-
Таким образом, было подтверждено пред- вести путём лабораторных испытаний предо-
положение об интумесцентных свойствах ис- ставляемых образцов с целью получения коли-
следованных материалов, с помощью которых чественных оценок времени достижения тем-
обеспечивается защита от теплового воздей- пературы, при которой поверхности при нор-
ствия элементов конструкций защитных со- мативной нагрузке теряют несущую способ-
оружений гражданской обороны и уменыпа- ность. ется их опасный прогрев. Дальнейшие иссле-
Литература
1. Репринцев В.А., Литвин А.Л., Треушков И.В., Царьков U.M. Исследование возможностей модификаторов свойств грунтов и разработка способов их применения для восстановления и наращивания защитных свойств защитных сооружений гражданской обороны (в том числе быстровозводимых // Отчёт о научно-исследовательской работе. Химки: Академия гражданской защиты МЧС России. 2018. 97 с.
2. Репринцев В.А., Литвин А.Л., Треушков И.В., Царьков U.M. Исследование возможностей модификаторов свойств грунтов и разработка способов их применения для восстановления и наращивания защитных свойств защитных сооружений гражданской обороны (в том числе быстровозводимых // Отчёт о научно-практической работе. Химки: Академия гражданской защиты МЧС России. 2019. 149 с.
3. Барышев П.Ф. О мерах по реализации государственной политики Российской Федерации в области гражданской обороны // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2017. № 3 (34). С. 3-10.
4. Баринов A.B., Казаков В.Ю. Постановка задачи исследования по защите населения от поражающих факторов при применении обычных средств поражения. // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2016. № 2. С. 66-70.
5. Бахтиярова О.Н., Глушаченков A.A., Казаков В.Ю., Шарыкина О.В. Методический подход к обоснованию рационального способа защиты населения от поражающих факторов при применении обычных средств поражения. // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2019. № 1 (40). С. 19-24.
6. ГОСТ Р 51032-97 Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/ (дата обращения 20.10.2020)
7. ГОСТ 30402-96 Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200000428 (дата обращения 20.10.2020)
8. ГОСТ 30244-94 Материалы строительные. Методы испытаний на негорючесть. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/9056051 (дата обращения 20.10.2020)
9. ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84) Система стандартов безопасности труда (ССБТ). По-жаровзрывоопасность веществ и материалов. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/ (дата обращения 20.10.2020).
USING OF INTUMESCENT COATINGS FOR INCREASING THE RESISTANCE OF CIVIL DEFENSE PROTECTIVE STRUCTURES TO THERMAL EFFECTS
Igor TREUSHKOV
head of the department of
engineering protection of
population and territories
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow region, city Khimki,
md. Novogorsk
E-mail: i.treushkovQamchs.ru
Abstract. Using modern methods of physico-chemical research, the behavior of samples of finishing materials under thermal influence on them was studied The obtained data allow to recommend the using of these samples for finishing protective structures in order to reduce the impact of the flow of thermal radiation on structural elements.
Keywords: protective buildings, intumescent coatings, thermal stability, differential scanning calorimetry.
Citation: Anosova E.B., Treushkov I.V., Lyashenko S.M. Using of intumescent coatings for increasing the resistance of civil defense protective structures to thermal effects // Scientific and educational problems of civil protection. 2021. No. 1 (48). p. - .
1. Reprintsev V.A., Litvin A.L., Treushkov I.V., Tsarkov I.M. Investigation of the possibilities of modifiers of soil properties and the development of methods for their use for the restoration and increase of the protective properties of protective structures of civil defense (including prefabricated ones // Report on research work. Khimki: Academy of Civil Protection of the Ministry of Emergencies of Russia. 2018. 97 s.)
2. Reprintsev V.A., Litvin A.L., Treushkov I.V., Tsarkov I.M. Investigation of the possibilities of modifiers of soil properties and the development of methods for their application to restore and increase the protective properties of protective structures of civil defense (including prefabricated ones // Report on scientific and practical work. Khimki: Academy of Civil Protection of the Ministry of Emergency Situations of Russia. 2019. 149 s.
3. Baryshev P.F. On measures to implement the state policy of the Russian Federation in the field of civil defense // Scientific and educational problems of civil protection. 2017. No. 3 (34). S. 3-10.
4. Barinov A. V., Kazakov V.Yu. Statement of the research problem to protect the population from damaging factors when using conventional means of destruction. // Scientific and educational problems of civil protection. 2016. No. 2. S. 66-70.
5. Bakhtiyarova O.N., Glushachenkov A.A., Kazakov V.Yu., Sharykina O.V. A methodological approach to substantiating a rational method of protecting the population from damaging factors using conventional means of destruction. // Scientific and educational problems of civil protection. 2019. No. 1 (40). S. 19-24.
Evgeniya ANOSOVA
associate professor of the
department of fire safety,
candidate of technical sciences,
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow region, city Khimki,
md. Novogorsk
E-mail: evgenia.anosowaQyandex.ru
Sergey LYASHENKO
head of the department of fire safety, candidate of military sciences, associate professor
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow region, city Khimki, md. Novogorsk E-mail: s.liashenkoQamchs.ru
References
6. GOST R 51032-97 Building materials. Test method for flame propagation. [Electronic resource] - Access mode: http://docs.cntd.ru/document/ (date of treatment 10/20/2020)
7. GOST 30402-96 Building materials. Flammability test method. [Electronic resource] - Access mode: http://docs.cntd.ru/document/1200000428 (date of treatment 10/20/2020)
8. GOST 30244-94 Building materials. Test methods for incombustibility. [Electronic resource] - Access mode: http://docs.cntd.ru/document/9056051 (date of treatment 10/20/2020)
9. GOST 12.1.044-89 (ISO 4589-84) Occupational Safety Standards System (SSBT). Fire and explosion hazard of substances and materials. [Electronic resource] - Access mode: http://docs.cntd.ru/document/ (date of treatment 10/20/2020).
