CC BY
42
В. А. УШКОВ, канд. техн. наук, заведующий лабораторией "Современные композиционные материалы", Институт строительства и архитектуры Московского государственного строительного университета (Россия, 129337, г. Москва, Ярославское ш., 26; e-mail: [email protected])
B. М. ЛАЛАЯН, канд. хим. наук, старший научный сотрудник, Институт химической физики им. Н. Н. Семенова РАН (Россия, 119991, г. Москва, ул. Косыгина, 4)
C. М. ЛОМАКИН, канд. хим. наук, заведующий лабораторией химической стойкости полимеров, Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН (Россия, 119334, г. Москва, ул. Косыгина, 4)
Д. И. НЕВЗОРОВ, аспирант кафедры полимерных строительных материалов и прикладной химии, Институт строительства и архитектуры Московского государственного строительного университета (Россия, 129337, г. Москва, Ярославское ш., 26; e-mail: [email protected])
УДК 678.06
О ВЛИЯНИИ НЕРАЗЛАГАЮЩИХСЯ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ДЫМООБРАЗУЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Рассмотрено влияние содержания и химической природы неразлагающихся минеральных наполнителей на воспламеняемость и дымообразующую способность полимерных композиционных материалов (ПКМ). Совокупность полученных в работе экспериментальных данных показывает, что основным параметром, определяющим влияние неорганического наполнителя на горючесть ПКМ, является количество тепла, поглощаемого наполнителем. Выявлена зависимость кислородного индекса (КИ) полимерных композитов от удельной теплоемкости минеральных наполнителей. Показано, что экспериментальные данные хорошо ложатся на прямую в координатах 100/КИ от кдн независимо от типа использованного наполнителя. Для всех неразлагающихся наполнителей в широком диапазоне наполнения ПКМ с удовлетворительной степенью точности выполняется линейная зависимость величины 100/КИ от относительного содержания наполнителей, причем тангенс угла наклона прямых к оси абсцисс tga пропорционален удельному теплопоглощению наполнителя. Приведены значения tga для различных полимеров и неразлагающихся наполнителей. Получено соотношение, позволяющее рассчитывать значения КИ различных ПКМ. Показано, что при содержании до 60 % масс. неразлагающихся минеральных наполнителей практически не снижается воспламеняемость и горючесть ПКМ, но существенно уменьшается их дымообразующая способность.
Ключевые слова: горючесть; неразлагающийся минеральный наполнитель; полимерный композиционный материал; кислородный индекс; удельная теплоемкость; пожарная опасность; коэффициент дымообразования.
Мировое производство полимерных материалов в настоящее время перешагнуло за 200 млн. т в год. В России потребление полимерных материалов возросло с 2,83 млн. т в 2003 г. до 4,9-5,7 млн. т в 2007 г. (это почти 2 % от общего мирового производства полимерных материалов) [1]. Сейчас в России производится около 6 млн. т полимеров и материалов на их основе [2]. Существенным недостатком полимерных композиционных материалов (ПКМ), сдерживающим более широкое применение их в строительстве, является повышенная пожарная опасность [3]. ПКМ, как правило, относятся к горючим материалам с высокой дымообразующей способностью.
Одним из эффективных методов повышения эксплуатационных показателей, снижения пожарной опасности и стоимости полимерных материалов является применение минеральных наполнителей. Наполнители вызывают значительные изменения над-структуры и свойств межфазного слоя композита, влияют на тепло- и массообмен при горении ПКМ. Характер этих изменений зависит от содержания и химической природы наполнителя, дисперсности и формы его частиц и других факторов. Высокодисперсные порошкообразные наполнители адсорбируют на своей поверхности молекулы линейного полимера, что ограничивает их подвижность и приводит к значительному повышению эксплуатаци-
© Ушков В. А., Лалаян В. М., Ломакин С. М., Невзоров Д. И., 2013
онных свойств ПКМ. Существенное влияние наполнители оказывают и на формирование трехмерной структуры полимеров на основе реакционноспособ-ных олигомеров. Наличие сильно развитой поверхности наполнителя может приводить к росту скорости обрыва реакционных цепей на поверхности наполнителя и к формированию более дефектной структуры трехмерного полимера [1]. Эти факторы могут существенно влиять и на процессы пиролиза наполненных полимеров [4] и, следовательно, на пожарную опасность таких материалов.
Развитие метода полимеризационного наполнения привело к значительному расширению ассортимента неорганических наполнителей, используемых для получения ПКМ. Так, например, разработаны высоконаполненные полиолефины, в которых содержание неорганических наполнителей (перлит, каолин, туф, мел, оксид и гидроксид алюминия) превышает 90 % масс. [5]. Исследованию пожарной опасности полимеров, наполненных неорганическими тонкодисперсными веществами, посвящено небольшое число работ [6, 7]. В связи с этим представляется целесообразным установить влияние содержания и химической природы неразлагающихся минеральных наполнителей на горючесть и дымообразующую способность ПКМ.
В качестве объектов исследования в работе были использованы: полиэтилен высокого давления (ПЭВД) марки 10204-003 (ГОСТ 16337-77) и низкого давления (ПЭНД) марки 20208-002 (ГОСТ 16338-85), полипропилен марки 21007 (ГОСТ 26996-86), пластифицированный эпоксидный полимер ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), резина на основе синтетического каучука СКС-30АРКМ-15 (ГОСТ 11138-78) и шинного регенерата РШ (ТУ 38.404.203-90). ПКМ получали по общепринятым методикам. При этом наполненные полиолефины рассматривали и как систему, моделирующую более сложные ПКМ, в том числе склонные к карбонизации в условиях горения.
В качестве неразлагающихся неорганических наполнителей применяли порошкообразные вещества со средним эквивалентным диаметром частиц 10-25 мкм: А1203 (ГОСТ 30558-98), В1203 (ТУ 6-09-02-298-90), СаБ2 (ТУ 6-09-5335-88), СаО (ГОСТ 8677-76), СиО (ГОСТ 16539-79), Ре203 (ТУ 6-09-1418-88), ЫБ (ТУ 6-09-3529-84), РЪР2 (ТУ 6-09-2128-77), БЪ203 (ТУ 48-14-1-88), ТЮ2 (ГОСТ 9808-84), У205 (ТУ 6-09-01-466-90), гп0 (ГОСТ 202-84), технический углерод марки АТГ-70, А1 (ГОСТ 5494-95), гЮ2 (ТУ 95-2782-2001), гп (ГОСТ 12601-76), Мя0 (ГОСТ 844-79) и другие соединения. Для сравнения использовали СаС03 (ГОСТ 12085-88), температуры начала и максимальной скорости разложения которого по данным термического анализа составляют соответственно 620 и 729 °С.
Теплофизические свойства исследованных наполнителей приведены в табл. 1. Молярная масса Мм, плотность р, мольная теплоемкость ср, теплопроводность X наполнителей при температуре 200 и 300 К получены из работы [8]. При этом следует отметить, что сопоставимые данные по теплопроводности таких соединений в научно-технической литературе отсутствуют.
Кислородный индекс (КИ), температуры воспламенения Тв и самовоспламенения Тсв, коэффициент дымообразования Бп в режиме пиролиза и горения, критическую плотность теплового потока воспламенения ПКМ определяли по ГОСТ 12.1.044-89*. Предельную концентрацию кислорода Спр и скорость распространения пламени по горизонтальной поверхности ¥рп ПКМ при различной концентрации кислорода в потоке окислителя изучали по методике [9].
Используя обычные для диффузионного горения полимеров предположения, с учетом тепловых потерь, связанных с конвективным теплообменом, условия теплового баланса можно представить в виде уравнения [10]:
100 _ Н - Ь - с Т(тг - т) - 6 пот ~ Ц н КИ _ у с„(Т/ - Т„)
(1)
где Н, Ь — удельные значения теплоты соответственно сгорания и газификации полимерного материала;
Таблица 1. Теплофизические свойства неорганических наполнителей
Наполнитель м' кг/моль Р, 3 кг/м3 X, Вт/(м-К) сР, Дж моль■К Удельная теплоемкость суд, кДж/(кг-К)
В1203 0,466 8900 ~0,8 114,00 0,25
8Ъ203 0,292 5190 - 111,79 0,38
гп 0,065 7133 118 25,44 0,39
гю2 0,123 5680 1,6 55,92 0,46
гп0 0,081 5700 54 (300 К) 40,42 0,50
Си0 0,080 6450 1,01 42,30 0,53
ТЮ2 0,080 3840 11,5 55,50 0,69
Бе203 0,160 5250 - 113,91 0,71
8Ю2 0,060 2650 14,3 (300 К) 44,60 0,74
А1А 0,102 3970 58 (300 К) 79,03 0,78
СаС03 0,100 2710 0,92 81,85 0,82
СаБ2 0,078 3180 12,5 (300 К) 67,03 0,85
А1 0,027 2700 237 24,35 0,90
Mg0 0,040 3580 58 (300 К) 37,24 0,93
Са0 0,056 3370 9 (700 К) 42,05 1,29
ЫБ 0,026 2630 4,01 41,80 1,61
ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТЬ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ Таблица 2. Горючесть наполненного полиэтилена
Показатель Наполнитель
AI2O3 Bi2O3 Fe2O3 ZnO LiF СаF2 Al
Кислородный индекс, % 26,5 27 27 26 27 25,5 25
Удельная теплоемкость наполнителя, кДж/(кг-К) 0,78 0,25 0,71 0,50 1,61 0,86 0,90
со, ст — удельная теплоемкость соответственно окислителя и газообразных продуктов разложения полимера;
Т0, Т8, Ту — температуры соответственно окружающей среды, горящей поверхности и пламени; бпот — удельные тепловые потери от пламени; к — относительная степень наполнения;
— удельное количество тепла, поглощаемое наполнителем в процессе горения; у — массовый стехиометрический коэффициент сгорания топлива; у = то /тт; то, тт —массовые потоки соответственно окислителя и топлива.
Для полимеров, не образующих при пиролизе кар-бонизованного остатка, к = тн/тт, для ПКМ на основе карбонизующихся полимеров — к = тн / [тт(1 - 5)] (где тн, тт — масса соответственно наполнителя и полимера; 5 — степень карбонизации полимерного связующего).
Несмотря на ограниченное количество измерений температуры пламени и большой разброс экспериментальных данных принято считать, что на пределе горения температура Ту изменяется незначительно. В ведущей кромке пламени значение температуры пламени колеблется от 700...800 до 1200...1300 °С. Поэтому значение (Ту- Т0) можно принять постоянным (1000 °С) для всех исследованных ПКМ. Постоянной можно считать и температуру горящей поверхности наполненных композитов: Тг- Т0 = 600 °С [10].
Влияние неразлагающихся минеральных наполнителей на диффузионное горение ПКМ связано с дополнительными затратами тепла на их нагрев до температуры горящей поверхности. Количество тепла, поглощаемого наполнителем в условиях горения ПКМ, kqн = ксуд(Т - T0). Следовательно, ПКМ, наполненные неразлагающимися наполнителями с различной удельной теплоемкостью из условия kqн = = const, будут иметь близкие значения КИ. Этот вывод подтверждается результатами измерений КИ всех исследованных ПКМ. В качестве примера в табл. 2 приведены значения КИ ПЭНД, наполненного из условия ксуд = 9,5 кДж/(кгК). Различие экспериментальных значений КИ наполненного полиэтилена носит случайный характер и связано с ошибками измерений, которые при высокой степени наполнения (к > 10) могут быть большими. При этом теплопроводность наполненных полиолефинов не оказывает заметного влияния на КИ наполненного полиэтилена. Так, например, при наполнении ПЭВД металлическими порошками (к = 10) теплопроводность композиций возрастала более чем на два порядка, однако КИ композита практически не изменялся.
Влияние химической природы неразлагающихся наполнителей на воспламеняемость и дымообразующую способность пластифицированного эпоксидного полимера ЭД-20 и резин на основе синтетического каучука СКС-30АРКМ-15 и шинного регенерата РШ показано в табл. 3 и 4. Из приведенных в табл. 3 данных следует, что химическая природа минераль-
Таблица 3. Горючесть и дымообразующая способность наполненных и пластифицированных эпоксидных композиций
Наполнитель Т °С 1 св' ^ КИ, % V % qKp, кВт/м ¥рп, мм/с, при [02] в окислителе, % Dm, м2/кг, в режиме
35 45 пиролиза горения
- 470 19,3 20,1 10,3 0,41 0,74 1470 800
CaO 480 21,2 26,8 11,7 0,25 0,46 520 350
CaCO3 495 20,5 25,3 11,4 0,23 0,51 790 390
Ca(OH)2 480 20,1 24,0 11,2 0,30 0,56 410 290
MgO 490 20,6 25,6 11,7 0,25 0,45 720 400
AI2O3 490 20,1 23,5 10,8 0,24 0,39 800 460
Ba(OH)2 480 22,1 30,2 14,3 0,10 0,29 650 370
CuO 480 19,8 21,2 10,6 0,25 0,40 590 480
Fe2O3 500 22,9 26,7 - 0,25 0,49 760 500
Sb2O3 510 20,6 25,4 11,2 0,13 0,61 630 470
Примечание. Содержание наполнителей — 43,5 % масс., пластификатора (диоктилфталата) — 8,7 % масс.
Таблица 4. Горючесть и дымообразующая способность резин на основе СКС-30АРКМ-15
Показатель Наполнитель
гп 8Ъ203 РЪБ2 Си0 гю2 А1203 Са0
Кислородный индекс, % 19,5 21,7 21,7 20,0 19,9 20,2 22,6
Предельная концентрация кислорода, % 24,4 29,1 25,0 22,8 21,9 27,1 33,2
Скорость распространения пламени Грп, мм/с, при [О2] в окислителе, %:
30 0,21 0,21 0,53 0,30 0,14 0,16 -
40 0,53 0,53 0,91 0,66 0,34 0,34 0,36
50 - 0,85 1,45 1,05 0,91 0,57 0,57
Теплота сгорания, кДж/кг - 19194 - - - 19556 17208
Коэффициент дымообразования Бт, м2/кг, в режиме:
пиролиза 350 360 - 530 320 370 110
горения 470 490 - 430 510 400 430
Примечание. Содержание РШ — 24,2 % масс., неорганических наполнителей — 45 % масс.
ных наполнителей слабо влияет на предельные характеристики горения эпоксидных композиций: КИ = = 19,8...22,9 %, Спр = 21,2...27,7 %, Тсв =480.510 °С, дкр = 10,6.14,3 кВт/м2. Значения Урп эпоксидных композиций близки (см. табл. 3), что отражает, по-видимому, определяющий вклад эффекта объемного разбавления конденсированного топлива. В этом случае для обеспечения необходимого потока горючих продуктов пиролиза в зону пламени требуется образование большего по толщине в сравнении с исходным полимером прогретого слоя. Зависимость КИ ПКМ от удельной теплоемкости минеральных наполнителей при степени наполнения порядка 45 % показана на рис. 1. Экспериментальные данные хорошо ложатся на прямую в координатах 100/КИ от кдн независимо от типа использованного наполнителя (рис. 2). Хорошее согласование экспериментальных результатов с линейной зависимостью наблюдается во всем диапазоне степени наполнения ПКМ.
При наполнении синтетических каучуков техническим углеродом марки АТГ-70 до 50 % масс. воспламеняемость продуктов вулканизации также незначительно снижается: КИ возрастает с 18,6 до 19,8 %, температуры Тв и Тсв повышаются соответственно с 320 до 330 °С и с 360 до 385 °С. Автокаталитическое окисление технического углерода, сопровождающееся выделением большого количества тепла, препятствует более существенному снижению горючести электропроводящих резин. Это особенно сильно проявляется при введении в электропроводящие композиции галогенсодержащих антипире-нов. Для резин, наполненных неразлагающимися соединениями, наблюдается линейная зависимость ¥рп от концентрации кислорода в окислителе.
С ростом содержания неразлагающихся минеральных наполнителей (до 61 % масс.) воспламеняемость исследованных ПКМ незначительно снижается: Тв и Тсв повышаются соответственно на 25-35 и 10-35 °С, а дкр линейно возрастает на 1,5-2,0 кВт/м2. КИ наполненных полипропилена, резины на основе СКС-30АРКМ-15 и пластифицированного поли-
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 Цельная теплоемкость наполнителя, кДж/(кг-К)
Рис. 1. Зависимость КИ ПКМ от удельной теплоемкости суд минеральных наполнителей
0 100 200 300 400 500 600 Тепло, пошощаемое наполнителем, кДж/кг
Рис. 2. Зависимость КИ пластифицированного полимера ЭД-20 и резин на основе каучука СКС-30АРКМ-15 от количества тепла, поглощаемого неразлагающимся наполнителем кдн
мера ЭД-20 (рис. 3) увеличивается соответственно с 17,4 до 19,1-19,4 %, с 19,1 до 22,8-23,4 % и с 19,4 до 20,3-21,5 %. В то же время дымообразующая способность ПКМ при степени наполнения более 50 % масс. существенно снижается (рис. 4).
Для всех исследованных неразлагающихся наполнителей в широком диапазоне степени наполне-
25
СХ
23
21
а о
я
19
17
5 ж' /
.ж ж ж иг У4 -п—М
<—X 7 + -1
—•+- . - 6
3 1 \ 2
10 20 30 40 50 Содержание наполнителя, % масс.
60
Рис. 3. Зависимость КИ полипропилена (1-3), резины на основе СКС-30АРКМ-15 (4, 5) и пластифицированного полимера ЭД-20 (6-8) от содержания минеральных наполнителей: 1,5, 7 —мел;2 — ТЮ2;3 — 2пО; 4 — 8Ю2; 6—А1203; 8 — СаО
ния ПКМ с удовлетворительной степенью точности выполняется линейная зависимость 100/КИ от относительного содержания наполнителей (рис. 5 и 6). Причем тангенс угла наклона прямых а к оси абсцисс пропорционален удельному теплопоглоще-нию наполнителя дн. Значения для ПКМ на основе различных полимеров и неразлагающихся наполнителей приведены в табл. 5.
Приведенные в табл. 5 данные показывают, что для полимеров (полиолефинов), разлагающихся прак-
0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0
Относительное содержание наполнителя
Рис. 5. Зависимость воспламеняемости высоконаполненного полиэтилена от относительного содержания наполнителя к: 1 — РЬО; 2 — А1; 3 — А1203; 4 — Ш
2200
2000
I
а о й Р.
ю о о
ч Е
и 13 я
я ■е
п
1800
1600
1400
1200 1000 800 600 400
45
ч2
У ль ч:
^ X
4
х\
X
0 10 20 30 40 50 60 Содержание наполнителя, % масс.
70
Рис. 4. Зависимость дымообразующей способности полипропилена (1-3), резины на основе синтетических каучуков (1', 4) и пластифицированного полимера ЭД-20 (1", 5) в режиме пиролиза от содержания неразлагающихся минеральных наполнителей: 1,1', 1" — мел; 2 — 2п0; 3 — ТЮ2; 4 — 8Ю2; 5 — А1203
о о
0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 Относительное содержание наполнителя
Рис. 6. Зависимость воспламеняемости наполненных пластифицированного полимера ЭД-20 (1-3), полипропилена (4-6) и резины на основе каучука СКС-30АРКМ-15 (7, 8) от относительного содержания наполнителя к: 1 —А1203; 2, 4, 7 — СаС03; 3 — Са0; 5 — ТЮ2; 6 — 2п0; 8 — БЮ2
Таблица 5. Значения 1да для ПКМ с различными неразлагающимися наполнителями
ПКМ Наполнитель tga
Полипропилен СаС03 1,25
ТЮ2 1,36
гп0 1,54
Полиэтилен РЪ0 0,08
А1 0,21
А1203 0,25
ЫБ 0,35
Пластифицированный А1А 0,04
полимер ЭД-20 СаС03 0,13
Са0 0,24
Резины на основе кау- СаС03 0,67
чука СКС-30АРКМ-15 8Ю2 0,77
тически полностью при повышенных температурах, tgа имеет более высокие значения, чем для полимеров, склонных к карбонизации. Поэтому у трехмерных полимеров (ЭД-20) эффективность неразлагающихся наполнителей значительно меньше, чем у линейных.
Параметр tga может быть использован для нахождения стехиометрического коэффициента сгорания исследованных полимерных композиций. Этот вывод служит косвенным подтверждением достоверности принятой тепловой модели снижения горючести ПКМ.
Линейный характер зависимости 100/КИ от к позволяет получить простое эмпирическое соотношение, пригодное для расчета КИ:
• для наполненных полимерных материалов в виде:
КИ = 100/(4 - МсУд); (2)
• для полиолефинов:
КИ= 100/(5,7-1,6ксуд); (2')
где А — отношение 100/КИ исходного полимера;
В — коэффициент пропорциональности.
В таком виде расчетное соотношение хорошо описывает все полученные экспериментальные результаты по оценке горючести ПКМ методом КИ и может быть использовано для оценки абсолютных значений КИ различных ПКМ.
Таким образом, неразлагающиеся минеральные наполнители при их содержании в ПКМ до 60 % масс. практически не снижают воспламеняемость и горючесть ПКМ, но существенно уменьшают их дымообразующую способность. Совокупность полученных в работе экспериментальных данных свидетельствует о том, что основным параметром, определяющим влияние неорганического наполнителя на горючесть ПКМ, является удельное количество тепла, поглощаемое наполнителем. Поэтому выбор минеральных наполнителей следует проводить лишь с учетом требуемых эксплуатационных показателей ПКМ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кербер М. Л., Виноградов В. М., Головкин Г. С., Горбаткина Ю. А., Крыжановский В. К., Купер-манА. М., Симонов-Емельянов И. Д., Халиулин В. И., БунаковВ. А. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология / Под общ. ред. А. А. Берлина. — СПб.: Профессия, 2008. —506 с.
2. Калинчев Э. ДПолимерные материалы — важный фактор химизации экономики страны // Пластические массы. — 2010. — № 1. — С. 10-20.
3. Михайлин Ю. А. Тепло-, термо- и огнестойкость полимерных материалов. — СПб. : Научные основы и технологии, 2011. — С. 164-250.
4. Брык М. Т. Деструкция наполненных полимеров. — М. : Химия, 1989. — 192 с.
5. Сирота А. Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов. —Л.: Химия, 1984. —127 с.
6. Ушков В. А., Лалаян В. М., Нагановский Ю. К., Кулев Д. Х. и др. Горючесть наполненных полиолефинов // Пластические массы. — 1988. —№ 10. — С. 56-58.
7. Ушков В. А., Абрамов В. В., Лалаян В. М., Кирьянова Л. В. Слабогорючие эпоксидные полимер-растворы, используемые для восстановления и ремонта строительных конструкций // Пожаро-взрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 10. — С. 36-40.
8. Бабичев А. П., Бабушкина Н. А., Братковский А. М., Бродов М. Е., БыстровМ. В., Виноградов Б. В. Физические величины: справочник / Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энерго-атомиздат, 1991. — 1232 с.
9. Ушков В. А., Лалаян В. М., Скорева Е. В. Распространение пламени по поверхности строительных пенопластов // Пожаровзрывобезопасность. — 2013. — Т. 22, № 2. — С. 23-28.
10. Лалаян В. М., СкраливецкаяМ. С., Ушков В. А., Халтуринский Н. А. Термохимические параметры свечевого горения полимерных материалов вблизи предела // Химическая физика. — 1989. — Т. 8, № 1. —С. 112-115.
Материал поступил в редакцию 22 марта 2013 г.
ABOUT INFLUENCE OF NON-DEGRADABLE FILLERS FOR FLAMMABILITY AND SMOKE-FORMING ABILITY OF POLYMER COMPOSITE MATERIALS
USHKOV V. A., Candidate of Technical Sciences, Head of Laboratory "Modern Composite Materials", Institute of Construction and Architecture of Moscow State University of Civil Engineering (Yaroslavskoye shosse, 26, Moscow, 129337, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
LALAYAN V. M., Candidate of Chemical Sciences, Senior Researcher,
N. N. Semenov Institute of Chemical Physics of Russian Academy of Sciences
(Kosygina St., 4, Moscow, 119991, Russian Federation)
LOMAKIN S. M., Candidate of Chemical Sciences, Head of Laboratory of Chemical Resistance of Polymers, N. M. Emanuel Institute of Biochemical Physics of Russian Academy of Sciences (Kosygina St., 4, Moscow, 119334, Russian Federation)
NEVZOROV D. I., Postgraduate of Polymer Building Materials and Applied Chemistry Department, Institute of Construction and Architecture of Moscow State University of Civil Engineering (Yaroslavskoye shosse, 26, Moscow, 129337, Russian Federation; e-mail address: [email protected])
ABSTRACT
The influence of the content and the chemical nature ofnon-degradable mineral fillers on the flamma-bility and smoke-forming ability of polymeric composite materials. The set obtained in the experimental data shows that the main parameter that determines the effect of inorganic filler on flamma-bility polymeric composite materials, is the amount of heat absorbed by the filler. The dependence of the oxygen index (OI) of polymer composites on the specific heat capacity of mineral fillers. Shown to that the experimental data fit well to the line in the coordinates lOO/OI ot kqH regardless of the type of filler used. For all non-degradable fillers in a wide range of filling with satisfactory accuracy is performed lOO/OI linear dependence of the relative content of fillers, and the slope of the line to the horizontal axis (tga) is proportional to the specific heat absorption of the filler. tga shows the values for the various non-degradable polymers and fillers. Arelation to compute the values of oxygen index of various polymeric composite materials. Shown that when the content of up to 60 wt. % ofnon-degradable mineral fillers practically does not reduce flammability and combustibility of polymeric composite materials, but significantly reduce their smoke-forming ability.
Keywords: flammability; non-degradable mineral filler; polymer composite material; oxygen index; specific heat; fire danger; coefficient of smoke.
REFERENCES
1. Kerber M. L., Vinogradov V. M., Golovkin G. S., Gorbatkina Yu. A., Kryzhanovskiy V. K., Kuper-man A. M., Simonov-Emelyanov I. D., Khaliulin V. I., Bunakov V. A. Ed. A. A. Berlin. Polimernyye kompozitsionnyye materialy: struktura, svoystva, tekhnologiya [Polymeric composite materials: structure, properties, technology]. St. Petersburg, Professiya Publ., 2008. 506 p.
2. Kalinchev E. P. Polimernyye materialy — vazhnyy faktor khimizatsii ekonomiki strany [Polymeric materials — an important factor in the country's economy chemicalization]. Plasticheskiye massy — Plastic masses, 2010, no. 1, pp. 10-20.
3. Mikhailin Yu. A. Teplo-, termo- i ognestoykostpolimernykh materialov [Heat, thermo and flame resistance of polymeric materials]. St. Petersburg, Nauchnyye osnovy itekhnologiiPubl., 2011, pp. 164-250.
4. Bryk B. W. Destruktsiya napolnennykh polimerov [Destruction of the filled polymer]. Moscow, Khi-miyaPubl., 1989. 192 p.
5. Sirota A. G. Modifikatsiya struktury i svoystv poliolefinov [Modification of the structure and properties of polyolefins]. Leningrad, Khimiya Publ., 1984. 127 p.
6. Ushkov V. A., Lalayan V. M.,Naganovskiy Yu. K., KulevD. Kh. etal. Goryuchest napolnennykh poliolefinov [Flammability filled polyolefins]. Plasticheskiye massy — Plastic masses, 1988, no. 10, pp. 56-58.
7. Ushkov V. A., Abramov V. V., Lalayan V. M., KiryanovaL. V. Slabogoryuchiye epoksidnyye polimer-rastvory, ispolzuyemyye dlya vosstanovleniya i remonta stroitelnykh konstruktsiy [Hard combustible epoxy polymer solutions in restoration and repair of building constructions]. Pozharovzryvobezopas-nost — Fire and Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 10, pp. 36-40.
8. BabichevA. P., BabushkinaN. A., BratkovskiyA. M., Brodov M. E., Bystrov M. V., Vinogradov B. V. Eds. Grigoryeva I. S., Meylikhova E. Z. Fizicheskiye velichiny: spravochnik [Physical quantities. Handbook]. Moscow, Energopromizdat Publ., 1991. 1232 p.
9. Ushkov V. A., Lalayan V. M., Skoreva E. V. Rasprostraneniye plameni po poverkhnosti stroitelnykh penoplastov [Flame spread over construction foam plastic surfaces]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2013, vol. 22, no. 2, pp. 23-28.
10. Lalayan V. M., SkralivetskayaM. S., Ushkov V. A., KhalturinskiyN. A. Termokhimicheskiye parametry svechevogo goreniya polimernykh materialov vblizi predela [Thermochemical parameters candle burning plastics near the limit]. Khimicheskayafizika — Chemical Physics, 1989,no. 11,pp. 112-115.
Издательство «П0ЖНАУКА»
Предлагает вашему вниманию
^'»■HHfKreo
^ -•=■-.'A il.
- - ■ l> i Ц ■■ ■
__lu fSS, ■
Л. П. Пилюгин ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОСЛЕДСТВИЙ ВНУТРЕННИХ АВАРИЙНЫХ ВЗРЫВОВ
Настоящая книга посвящена проблеме прогнозирования последствий внутренних взрывов газо-, паро- и пылевоздушных горючих смесей (ГС), образующихся при аварийных ситуациях на взрывоопасных производствах. В книге материал излагается применительно к дефлаграционным взрывам, которые обычно имеют место при горении ГС на этих производствах.
В качестве основных показателей при прогнозировании последствий аварийных взрывов ГС рассматриваются ожидаемый характер и объем разрушений строительных конструкций в здании (сооружении), в котором происходит аварийный взрыв.
Книга продолжает исследования автора в области проектирования зданий взрывоопасных производств и оценки надежности строительных конструкций (на основе метода преобразования рядов распределения случайных величин).
С использованием методов теории вероятностей разработаны методики: определения характеристик взрывной нагрузки как случайной величины; оценки вероятностей разрушения конструкций, характера и объема разрушений в здании при внутреннем аварийном взрыве. Приведенные методики сопровождаются примерами расчетов для зданий различных объемно-планировочных решений.
121352, г. Москва, а/я 43;
тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: [email protected]
