CC BY
28
ния ПКМ и изделий самого разного назначения, позволяющие на порядки сократить энергозатраты и повысить производительность. Процесс может быть ещё более ускорен путём использования микроволнового нагрева.
2. По сути, появляется дополнительное средство управления процессами поликонденсацией при производстве термореактивных ПКМ. В частности. метод позволяет существенно увеличить степени поликонденсации, её регулируемости на разных стадиях. Более того, учитывая «акцентированную» методом экзотермичность процесса в целом, представляется возможной в дальнейшем разработать процесс, практически не потребляющий внешней энергии - по схеме цепных химических реакций.
3. Положено начало созданию принципиально новых материалов - ПКМ с как бы «двойной» матрицей: полимерной и напоминающей керамическую (неорганической природы). Комбинированная матрица способна обеспечить существенное улучшение свойств изделий.
Библиографический список
1. Никитин, А. В., Разумов, А. А. Совершенствование физико-химических характеристик абразивных композитов на бакелитовой связке кремний-органическими аппретами и матричными модификаторами / А. В. Никитин, А. А. Разумов // Научно-исследовательская деятельность в классическом университете: теория, методология, практика: сб. науч. тр. - Иваново: ИвГУ 2001. — С.186-187.
Расчет предельной скорости ветра
для отдельно стоящего дерева
Ребко Д. В., Камлюк А. Н.,
Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь,
г. Минск
В мире практически каждый день случаются чрезвычайные ситуации, связанные с падением деревьев под действием ветрового давления. Данные происшествия приводят к большому материальному ущербу, часто в результате гибнут люди. Для того чтобы предупредить негативные последствия стихийных бедствий, связанных с падением деревьев под воздействием ветрового давления, необходимо провести количественную оценку ветрового воздействия на отдельно стоящее дерево. Такой количественной оценкой является максимальная скорость ветра, под действием которой отдельно стоящее дерево не сломается или не упадет.
Моделирование протекания воздуха сквозь крону одиночного дерева или лесного массива требует задания коэффициента сопротивления. В связи с отсутствием данных об этом коэффициенте возникла необходимость в проведе-
нии экспериментальных работ, на основании которых получены упругие линии ствола дерева в различные моменты времени. Затем на базе математической модели путем динамического моделирования получены теоретические упругие линии ствола дерева. Коэффициент сопротивления подбирался из условия совпадения упругих линий ствола дерева в любой момент времени в натурном и численном эксперименте.
В работе рассмотрена численная модель дерева в виде цепочки жестких звеньев, соединенных упругими шарнирами для моделирования механического поведения ствола дерева. Данная модель, называемая rod-chain model, широко используется для изучения динамики длинных гибких нитей в потоке жидкости [1], однако для исследования поведения падающего дерева используется впервые.
Выполняя для видеосъемки каждого эксперимента посекундную раскадровку, были получены фотографии падающего дерева [2]. На основании фотографий были получены упругие линии ствола дерева. Пример обработки результатов данного эксперимента приведен на рис. 1.
Рис. 1. Фотография падающего дерева через каждую секунду его падения
Затем проводили компьютерное моделирование процесса падения дерева в котором, изменяли коэффициент сопротивления до тех пор, пока упругая линия ствола дерева в натурном и численном эксперименте не совпадали (рис. 2). В итоге получили значение коэффициента сопротивления кроны дерева.
Далее была разработана методика определения предельной скорости ветра для отдельно стоящего дерева по условию прочности на изгиб.
Формула для расчета предельной скорости ветра имеет вид
^тах ~~
8010 '
где Утах - предельная скорость ветра, при превышении которой дерево будет сломано; отах - предельное напряжение для древесины; d - диаметр ствола дерева у основания; I - длина дерева; Д - коэффициент сопротивления кроны дерева.
Если подставить в формулу значение параметров любого дерева, то можно получить предельную скорость ветра, при превышении которой дерево сломается.
Y
X
а б
Рис. 2. Результаты натурного и численного экспериментов: а - упругая линия ствола сосны полученная экспериментальным путем; б - упругая линия ствола сосны полученная численным методом
Библиографический список
1. Wang, Gang. Optimization of the rod chain model to simulate the motions of a long flexible fiber in simple shear flows / Gang Wang, Wei Yu, Chixing Zhou // European Journal of Mechanics B. - 2006. - Vol. 25, № 3. - P. 337-347.
2. Ребко, Д. В. Экспериментальные исследования падения гибкого ствола дерева/ Д. В. Ребко, А. Н. Камлюк // XVI научно-техническая конференция курсантов и студентов «Предупредить, спасти, помочь» - Харьков: НУГЗУ, 2012. -С.516 - 517.
Наноинтермедиаторы для прививки огнезащитных композиций
к полиэфирным материалам
Рева О. В., Богданова В. В., Шукело З. В., Лукьянов А. С.,
Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь,
г. Минск
Неимоверно высокая скорость распространения современных пожаров и трудности спасения людей связаны с огромным количеством в жилых, производственных и общественных зданиях синтетических горючих материалов. Полиэфирные материалы в мировой химической и текстильной промышленности занимают доминирующую позицию, их производство составляет более 60 % всех полимерных волокон и материалов. Полиэфирные ткани и волокна составляют основу многих специальных изделий, таких, как пожарные рукава, и экипировки спасателей: в боевой одежде пожарных полиэфирные материалы входят в состав сложносочиненных смесовых тканей, в том числе мембранных: односторонне проницаемых, создающих комфортный микроклимат изнутри и препятствующих проникновению агрессивных внешних потоков газов и жидкостей.
Полиэфирное волокно прочное, упругое, эластичное, свето- и термостойкое, износостойкое, гигиеничное, химически и морозоустойчивое. Почти единственным серьезным недостатком этих материалов является их горючесть с выделением большого количества токсичных продуктов горения. Поэтому проблема создания огнестойких полиэфирных тканей и материалов стоит очень остро. Заключается она в том, что эффективные и хорошо совместимые с полиэфирными материалами антипирены, которые могут быть внесены в расплав на стадии формовки волокна (органические соединения галогенов, сурьмы, висмута, азота и фосфора) в масштабных высокотемпературных пожарах сами превращаются в едкие и ядовитые соединения [1]. Известны и нетоксичные неорганические огнезащитные композиции. Высоким ингибирующим горение эффектом обладают комплексные аммонийные нестехиометрические аморфные металлофосфаты, которые также предотвращает тление горючих материалов. Но механически они с полиэфирами несовместимы: введение нетоксичных неорганических огнезащитных композиций на стадии синтеза или расплава существенно ухудшает физико-механические свойства волокна [1].
Огнезащитная обработка нетоксичными неорганическими антипиренами готового волокна или ткани осложняется тем, что они химически очень инертны, и, несмотря на кажущуюся макроскопическую «пушистость», имеют очень гладкую беспористую микроструктуру поверхности; механическое закрепление на ней ингибитора горения практически не реализуется или он вымывается при стирках, поскольку одежда периодически должна подвергаться гигиеническим обработкам.
Возможным решением проблемы может быть создание на поверхности полимера активных функциональных групп или интермедиативных слоев по методу химической наносборки, суть которого заключается в ориентированной хемосорбции соединений, имеющих функциональные группы, с образованием пространственных структур с ориентированными наружу группами, способными к взаимодействию с неорганическими ионами [2,3], и обеспечивающих химическое взаимодействие «матрица-модификатор».
Нами разработан химический метод частичного раскрытия поверхностных карбонильных групп полиэфира с формированием химически активных центров, которые способны к адсорбции неорганических ионов и коллоидных частиц и образованию мостиковых связей с неорганическими соединениями металлов, в том числе антипиренов [4]. Образование функциональных групп и их последующее взаимодействие с антипиреном доказывается исследованием химического состава приповерхностной зоны модифицированного полиэфира методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии. В спектрах пропитанного ан-типиреном протравленного полиэфирного полотна наблюдаются существенные изменения формы пиков С ^ и О соответствующее образованию связей типа -С-О-Ы- и -С-0-Р-. Кроме того, в спектре огнезащищенного образца присутствует азот в составе аминогруп ^-ЫН- или R-NH2); групп >Ы- и -N=0: тогда как в исходном полимере он практически отсутствует.
Полученные данные свидетельствуют о химическом взаимодействии полиэфирной матрицы и аммонийных металлофосфатов. Однако введение только
стадии травления перед обработкой полиэфирного материала суспензией анти-пирена хотя и вызвало существенное увеличение его огнестойкости, но устойчивость огнезащиты тканей к стиркам не достигала требуемых показателей, что говорит о том, что функциональные группы нуждаются в усилении интермедиативными слоями.
Перспективным интермедиатом для хемопривязки антипиренов к инертным поверхностям могут быть коллоидные частицы гидроксосоединений олова, которые способны сорбироваться на очень гладких и химически инертных диэлектриках и затем при дальнейших обработках образовывать мостиковые связи.
Установлено, что в случае использования для создания промежуточных адгезионных слоев подкисленных коллоидных растворов SnCl2 наблюдается заметное повышение огнестойкости полиэфирного тканого полотна, причем этот эффект устойчив к многократным стиркам. Недостаток водных коллоидных растворов гидроксосоединений олова для синтеза интермедиативных слоев - относительно быстрая (15-25 суток) коагуляция частиц. Поэтому нами были изучены также спиртовые золи соединений Sn (II). Методом РФЭС доказано, что промежуточные слои соединений олова во всех случаях хемосорбируются на волокнах протравленного полиэфира и при обработке суспензией антипире-на химически взаимодействуют с его компонентами. Это подтверждается появлением в спектрах огнезащищенных образцов пиков, соответствующих кислородсодержащим соединениям олова типа ^п-О-Ме, группировок фосфора и азота, связанных с углеводородными радикалами, в том числе через кислородные мостики, Рис.1.
Огневыми испытаниями огнезащищенных полиэфиров было установлено, что без активации поверхности и нанесения интермедиативного подслоя для полиэфирных тканей после отнятия горелки продолжается пламенное горение вплоть до 12-14 секунд и наблюдается плавление и растекание полиэфирного материала, Рис. 2а.
Однако в случае прочной химической привязки огнезащитной композиции к полиэфиру через подслой из наноразмерных коллоидных частиц гидроксохлори-дов олова наблюдаются принципиально другие эффекты. Пламенное горение полиэфирного полотна после отнятия горелки практически отсутствует, образец
R=NH
i_I_L-J_i_I_I_I_I_I_I—I-1-L
404 400 396
Энергия связи, эВ
Рис. 1. РФЭ-спектры поверхности огнезащищенного полиэфирного полотна
сразу же самозатухает без увеличения поврежденного пламенем участка; растекание полимера и падение капель в подавляющем большинстве случаев отсутст-
Методом дифференциально-сканирующей термогравиметрии доказано, что ступенчатая обработка коллоидными растворами SnCl2 и неорганическими ан-типиренами существенно изменяет механизм плавления, термодеструкции и горения полимера. Термодеструкция и пламенное горение огнезащищенного полиэфира смещаются в более высокотемпературные области на 25-30 °С, существенно увеличивается масса коксового остатка, а также происходит резкое падение количества выделяемого тепла на единицу массы при пламенном горении, что не может не сказаться на особенностях теплопереноса в твердом образце и скорости его саморазогрева, Рис. 3, 4.
ТГ /% 100
80
60
40
20
Пик: 573.3 °C, 0.01 %/мин
ДТГ /(%/мин) ДСК /(мВт/мг)
т ЭК.
100
200
Главное 2012-06-15 14:13 Пользователь: Пользователь Прибор : NETZSCH STA 449 C Файл : C:\ngbwin\ta\data5\стася\lavneob 1 11 06 2012.dsu
300
Температура /°С
400
500
Проект : Код образца : Дата/время : Лаборатория : Оператор : Образец :
corr. lavneob
11.06.2012 13:28:15
Minsk-BSU
Inna
cor., 6,790 мг
Материал : Файл коррекции : Темп. кал./Файлы чувст. : Диапазон: Прободерж./ТП : Режим/тип измер. :_
empty
corr_Al2O3_1 500_N2_2012_04_30.bsu
calibrFebruar Al2O3_N2_10K_2010.tsu / calibr februar Al2O3_ N2_10K _2010.esu 30.0/10.0(К/мин)/600.0 other DSC(/TG) / S
ДСК-ТГ / Образец + Коррекция_
Сегменты : Тигель : Атмосфера : ТГ корр./диап. измер. : ДСК корр./диап. измер. :
20
15
10
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
1/1
DSC/TG pan AI2O3 -- / O2 / N2 820/5000 мг 820/5000 мкВ
5
0
0
Рис. 3. Термогравиметрические кривые для необработанного полиэфирного материала
в присутствии кислорода
