CC BY
66
УДК 614.841
Р. Н. Сабирзянова, И. В. Красина ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ
Ключевые слова: текстильные материалы, огнестойкость, открытое пламя, тепловое излучение, стандарты, методики.
В работе представлен краткий обзор методов испытания и оборудовании текстильных материалов на огнестойкие свойства.
Keywords: textile materials, fire, open flame, heat radiation standards, techniques.
This paper presents a brief overview of the test methods and equipment of textile materials on flame resistance.
В природных пожарах и техногенных авариях наибольшую опасность для объектов различной физико-химической и биологической природы представляет радиационно-конвективный нагрев. При его воздействии на горючие материалы может произойти их возгорание и образование новых очагов пожара. Наибольшую опасность для человека представляет воздействие радиационно-конвективного нагрева на открытые и защищенные одеждой участки кожного покрова человека[1].
Исследование закономерностей
воспламенения и горения материалов одежды имеют важное практическое значение при создании пожаробезопасных материалов на основе их модификации замедлителями горения (ЗГ).
Придание негорючести текстильным материалам (ТМ) является необходимым, но недостаточным условием в проблеме тепловой защиты человека в чрезвычайных ситуациях[2]. Степень теплового поражения зависит также и от процесса теплопередачи поглощенной тепловой энергии от покровного слоя через воздушные зазоры и внутренние слои пакета материалов к кожному покрову.
Сравнительная оценка воспламеняемости и теплозащитных свойств материалов пакета одежды проводится в основном по нормированным показателям. Практическая важность стандартных методов заключается в получении исходной информации для разработки новых подходов и средств повышения огне- и теплозащитных свойств ТМ.
В системе стандартов безопасности труда [3] пожароопасность материалов определяется показателями, выбор которых зависит от условий их применения. В данной работе выбраны те номенклатурные показатели, которые характеризует пожарную опасность ТМ одежды в природных и техногенных пожарах. К ним относятся: время и температура воспламенения, температура вспышки. температура тления, термозащита, индекс распространения пламени, кислородный индекс.
Использование единых нормативных показателей по пожарной безопасности текстильных материалов позволяет достоверно сравнивать и оценивать огне- и термозащитные свойства ТМ, получаемые в различных лабораториях.
Группы горючести. Определяется на приборе, состоящем из керамической реакционной камеры, газовой горелки и устройства для крепления и позиционирования образца в печи. Для измерения температуры газообразных продуктов горения используется термоэлектрический преобразователь с диаметром электродов 0,5 мм. пара помещается.
Перед вводом образца в камеру термопара измеряет температуру продуктов горения газа в горелке (2000С). В процессе испытания фиксируется время достижения температуры отходящих газообразных продуктов горения испытуемого материала до 2600С. По значениям максимального приращение температуры АШах=600С и потере массы материала Ат =60% классифицируют горючесть материалы на:
трудногорючие - А1тах< 600С и Ат <60%; горючие - А1тах> 600С или Ат >60%. Горючие материалы подразделяют в зависимости от времени (т) достижения 1тахна: трудновоспламеняемые - т>4 мин; средней воспламеняемости - 0,5< т<4 мин; легковоспламеняемые - т<0,5 мин. Температура вспышки. Экспериментально определяется для жидкостей в открытом тигле в диапазоне температур до 360 0С. За температуру вспышки при ее нагревании в открытом тиле принимают температуру, показываемую
термометром при появлении пламени над частью или всей поверхностью жидкости.
Температура воспламенения. Метод экспериментального определения температуры воспламенения твердых веществ и материалов реализуется в диапазоне 25-600 0С. Экспериментальный прибор представляет собой вертикальную электропечь с двумя коаксиально расположенными цилиндрами из кварцевого стека. Для нагрева цилиндров до 600 0С применяются спиральные электронагреватели. Температуру воспламенения определяют методом
последовательных приближений (метод итераций). В начальной стадии алгоритма метода реакционную камеру нагревают до начала термического разложения образца или до 3000С. Если при температуре испытания образец воспламенится, то испытание прекращают и фиксирует температуру воспламенения. Следующие испытания проводят с
новым образцом при меньшей температуре. И таким образом определяют минимальную температуру образца, при которой за время выдержки в печи не более 20 мин образец воспламенится и будет гореть в течение более 5 с после удаления горелки.
Температура тления. Алгоритм
определения температуры тления полностью аналогичен алгоритму определения температуры воспламенения. Разница состоит только в одном: испытания прекращают не после воспламенения образца, а после начала тления (свечения).
Индекс распространения пламени. Установка для определения индекса распространения пламени включает в себя следующие элементы. Электрическая
нагревательная панель, состоящая из керамической плиты, в пазы которой уложена спираль из нержавеющей проволоки. Держатель образца в рамке устанавливается под углом 300 относительно радиационной панели. Боковая поверхность рамки имеет десять контрольных делений. Плотность теплового потока измеряют в первой контрольной точке и составляет 32±3 кВт/м2. Контролируется датчиком Гордона в стационарном режиме с погрешностью не более ±8%. Считают, что радиационная панель выходит на стационарны режим, если показания датчика Гордона остаются неизменными в течение 15 мин. Испытание длится до момента прекращения распространения пламени по поверхности образца. В процессе испытания определяют время прохождения всех контрольных точек рамки с образцом, максимальную температуру дымовых газов и время ее достижения. Индекс распространения пламени рассчитывают по экспериментальной формуле [4].
Испытание на огнестойкость текстильных материалов, контрольных и пропитанных вспучивающим антипиреном, проводилось по ГОСТу Р12.4.200-99 и на воспламеняемость ГОСТ 30402-96.
По ГОСТу Р 12.4.200-99 вырезается и маркируется шесть элементарных проб длиной (80±1) мм и шириной (80±1) мм: три пробы по длине и три по ширине материала. На пробы с помощью шаблона наносятся метки расположения штифтов держателя. Испытуемая элементарная проба устанавливается на штифты держателя так, чтобы штифты проходили через точки, отмеченные с помощью шаблона, и проба находилась на расстоянии (20±1) мм от прямоугольной металлической рамы держателя. Затем держатель закрепляется с пробой на установочную раму.
Горелкаустанавливается перпендикулярно к поверхности испытуемой пробы так, чтобы ось горелки была на 20 мм выше линии нижних штифтов и была направлена к вертикальной центральной линии лицевой стороны испытуемой пробы согласно рисунку 1. Кончик горелки должен быть на расстоянии (17±1) мм от поверхности пробы.
После подготовительного процесса, горелка передвигается в рабочее положение, продолжительность воздействия пламени - 10 с.
Зависимость времени воспламенения от плотности теплового потока проводилось по ГОСТу 30402-96.
Рис. 1 - Схема расположения горелки при регулировании пламени: 1 - горелка; 2 - пламя; 3 - рама держателя; 4 - элементарная проба; 5 -штифт [5]
Для испытаний изготавливаются образцы, имеющих форму квадрата, со стороной 70 мм±5. При каждой величине поверхностной плотности теплового потока, испытания проводят на трех образцах [6].
Испытанияпроводятся на установке, который приведен на рисунке 2
Рис. 2 - Схема оборудования для измерения огнестойкости в тепловом потоке: 1 -радиационная панель с нагревательным элементом; 2 - подвижная горелка; 3 -вспомогательная стационарная горелка; 4 -силовой кабель нагревательного элемента; 5 -кулачок с ограничителем хода для ручного управления подвижной горелкой; 6 - кулачок для автоматического управления подвижной горелкой; 7 - приводной ремень; 8 - втулка для подсоединения подвижной горелки к системе подачи топлива; 9 - монтажная плита для системы зажигания и системы перемещения подвижной горелки; 10 - защитная плита; 11 -вертикальная опора; 12 - вертикальная направляющая; 13 - подвижная платформа для образца; 14 - основание опорной станины; 15-ручное управление;16- рычаг с противовесом; 17 - привод к электродвигателю[7]
Образец для испытания помещают в держатель, устанавливают его на подвижную платформу и производят регулировку противовеса. После этого держатель с образцом для испытания заменяют держателем с образцом-имитатором.
Устанавливают подвижную горелку в исходное положение, регулируют расход газа (19 -20 мл/мин) и воздуха (160 - 180мл/мин), подаваемых в подвижную горелку. Для вспомогательной горелки длина факела пламени составляет примерно 15 мм. Затем включают электропитание и по регулирующему термоэлектрическому
преобразователю задают установленную при калибровке величину термоЭДС, соответствующую поверхностной плотности теплового потока 20 кВт/м2.
Помещают экранирующую пластину на защитную плиту, заменяют образец-имитатор на образец для испытания, включают механизм подвижной горелки, удаляют экранирующую пластину и включают регистратор времени. При воспламенении образца испытание прекращается. Для этого помещают экранирующую пластину на защитную плиту, останавливают регистратор времени и механизм подвижной горелки, удаляют держатель с образцом и помещают на подвижную платформу образец-имитатор, убирают
экранирующую пластину. И так повторяется эксперимент от 20 кВт/м2до 5020 кВт/м2.
ГОСТ Р ИСО 9151-2007. Одежда для защиты от тепла и пламени. Метод определения теплопередачи при воздействии пламени
Настоящий стандарт устанавливает метод сравнения теплопередачи через материалы, применяемые в защитной одежде. Материалы классифицируют по результатам вычисления показателя передачи тепла, который является оценкой относительной теплопередачи материалов при заданных условиях испытаний. Но показатель передачи тепла не является мерой продолжительности защиты, обеспечиваемой испытанными материалами в реальных условиях использования.
Вырезаются образцы размерами 140х140 мм из участков без дефектов, расположенных на расстоянии не менее 50мм от кромки кусков материала.
Испытания каждого текстильного материала проводится не менее чем на трех образцах. На рисунке 3 приводится оборудование для испытания теплопередачи текстильных материалов.
Опорная рама располагается на опорном штативе таким образом, чтобы верхняя поверхность, на которой расположен образец, была выше верхней поверхности горелки на 50 мм. Горелку перемещается на одну сторону, включается и зажигается подаваемый газ и ожидаем несколько минут, пока пламя не стабилизируется.
Термопара присоединяется к холодному спаю и подается сигнал выходного напряжения на регистрирующее устройство.
1 2 3 4 5
^ум--1 1
V У
7
л А
-1—1 1
Рис. 3 - Оборудование для испытания теплопередачи текстильных материалов: 1 -провода термопары; 2 - калориметр; 3 -монтажный блок калориметра; 4 - установочная пластина калориметра; 5 - образец; 6 - опорная рама для образца; 7 - газовая горелка [8]
Перед каждым регулированием плотности поступающего теплового потока или испытанием образца температура медного диска должна находиться в относительно стабильном состоянии и не должна отличаться от комнатной температуры более чем на ±2 °С. Охлаждение можно ускорить с помощью любого сухого, сильно охлажденного поглотителя тепла или принудительного воздушного потока. Помимо этого, многие калориметры можно вращать. Разогрева можно достичь, приложив ладонь руки к медному диску или подвергнув его на короткое время воздействию пламени горелки [9].
Таким образом, стандартные методы испытаний позволяют получать полезную информацию о показателях пожарной опасности ТМ в условиях равномерного нагрева образцов (группы горючести, температуры воспламенения, вспышки, тления).
Однако в природных и техногенных пожарах параметры одностороннего
нестационарного радиационно-конвективного
нагрева ТМ и пакетов одежды существенно отличаются от стандартных лабораторных условий.
*Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с требованием соглашения № 14.577.21.0019 о предоставлении субсидии на проведение прикладных научных исследований.
Литература
1. Баратов А.Н., Константинова Н.Н., Молчадский И.С. Пожарная опасность текстильных материалов. М., 2006.- 273 с
2. Еналеев, Р.Ш. Методы оценки опасности теплового поражения людей в чрезвычайных ситуациях / Р.Ш. Еналеев, Э.Ш. Теляков, А.М. Закиров и др. // Безопасность жизнедеятельности, - 2009. - №9, С. 30 - 36.
3. Руководство по оценке пожарного риска для промышленных предприятий. - М. : ФГУ ВНИИПО, 2006. - 60 с.
4. ГОСТ 12.1.044-89. "Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов".
5. Еналеев Р.Ш., Красина И.В., Сабирзянова Р.Н., Габидуллин А.Ф. / Р.Ш. Еналеев[и др]. Прогнозирование пожарной опасности пакета одежды // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - т.17. - №14. - С. 154-157.
6. ГОСТ ГОСТ Р 12.4.200-99 «Одежда специальная для защиты от тепла и огня. Методы испытаний при ограниченном распространении пламени».
7. ГОСТ 30402-96 «Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость».
8. ГОСТ Р ИСО 9151-2007 «Одежда для защиты от тепла и пламени. Методопределения теплопередачи при воздействии пламени».
9. Еналеев Р.Ш., Теляков Э.Ш., Красина И.В., Гасилов В.С, Тучкова О.А. Системный подход в прогнозировании последствий опасных факторов пожара // Вестник Казанского технологического университета Т.16, №8, 2013, с. 322-332.
©Р. Н. Сабирзянова - аспирант, лаборант каф. технологии химических, натуральных волокон и изделий КНИТУ, [email protected]; И. В. Красина - д.т.н., профессор, зав. каф. технологии химических, натуральных волокон и изделий КНИТУ, [email protected].
© R. N. Sabirzyanova - graduate, assistant of Department of Technology chemical, natural fibers and products, Federal State Educational Institution of Higher Professional Education Kazan National Research Technological University; 1 V. Krasina- doctor of technical Sciences, Professor, head of department Department of Technology chemical, natural fibers and products, Federal State Educational Institution of Higher Professional Education Kazan National Research Technological University.
