Способы повышения огнестойкости строительных полимерных материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ

ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

А.И. Черников, преподаватель, к.т.н., В.А. Горюнов, преподаватель, к.х.н., Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

В настоящее время вопрос повышения огнестойкости строительных полимерных материалов является важным и актуальным [1-3]. Это связано, в первую очередь, с постоянно растущим ассортиментом изделий на полимерной основе различного назначения и их низкой огнестойкостью.

Исследования в области деструкции и горения полимерных материалов, снижения их горючести и разработки способов повышения огнестойкости строительных конструкций показали, что характерной особенностью горения полимерных строительных материалов является многостадийный процесс их превращения в конечные продукты сгорания. Анализ этих работ позволяет рассматривать горение полимерных материалов как непрерывный процесс, состоящий из ряда стадий: аккумуляции тепловой энергии от источников зажигания, разложения материала, воспламенения и горения летучих продуктов пиролиза. Выявленные закономерности процессов пиролиза и горения полимеров позволяют определить возможные пути снижения их горючести и повышения огнестойкости путем замедления реакций на стадии пиролиза, снижения теплообмена в массе композиции и ингибирования процессов горения. Этого можно достичь введением антипиренов, негорючих наполнителей и химическим модифицированием полимеров.

Исследования показали, что для снижения горючести полимерных строительных материалов без существенного снижения эксплуатационных показателей наиболее эффективны фосфорсодержащие реакционноспособные соединения. Механизм действия этих антипиренов обусловлен повышением термоокислительной стабильности полимеров, которая связана со снижением количества выделяемых горючих летучих продуктов деструкции и увеличением выхода коксового остатка, препятствующего тепло- и массообмену при горении

[3].

На горючесть материалов оказывают влияние сгораемые наполнители и различные добавки, обычно используемые в пластмассах, присутствие которых в материале может привести к изменению группы возгораемости. Например, из трудносгораемого поливинилхлорида нередко получают сгораемые материалы при применении горючих пластификаторов или других добавок, используемых для улучшения некоторых эксплуатационных характеристик материала, однако снижающих его огнестойкость.

Существует несколько способов придания огнестойкости полимерам и материалам на их основе: 1) огневая защита полимеров и материалов; 2) введение негорючих или неподдерживающих горение наполнителей в процессе получения материала; 3) введение в композиции антипиренов; 4) модификация полимеров

реакционноспособными соединениями, придающими негорючесть или способствующими снижению горючести. Применение того или иного способа зависит от требований, предъявляемых к конструкции, от вида материалов, вероятных изменений их эксплуатационных характеристик при повышении температуры, от условий переработки материала и изготовления конструкций. В ряде случаев не довольствуются одним из способов, а применяют два или более для повышения предела огнестойкости [4].

Полимеры по своему поведению при горении так же, как и при нагревании в средах с различной концентрацией кислорода, подразделяются на две группы: деструктирующиеся с разрывом связей основной цепи и образованием низкомолекулярных газообразных и жидких продуктов и коксующиеся. Образующиеся низкомолекулярные газообразные и жидкие продукты пиролиза могут быть горючими и негорючими.

Возгорание горючих газообразных продуктов пиролиза происходит при достижении нижнего концентрационного предела воспламенения. Во многих случаях наблюдается разрушение материала и вынос в газовую фазу твердых частиц с горящей поверхности полимера.

Горючесть полимерных материалов, в основном, зависит от соотношения теплоты, выделяемой при сгорании продуктов пиролиза, и теплоты, необходимой для их образования и газификации.

Для снижения горючести полимеров используют:

1) замедление реакций в зоне пиролиза снижением скорости газификации полимера и количества образующихся горючих продуктов;

2) снижение тепло- и массообмена между пламенем и конденсированной фазой;

3) ингибирование радикалоцепных процессов в конденсированной фазе при ее нагреве и в пламени.

Практически указанные направления реализуются путем использования химически модифицированных полимеров, в том числе с минимальным содержанием водорода в структуре, термоустойчивых (типа полиариленов и полигетероариленов), путем введения в состав полимерного материала минеральных наполнителей, антипиренов, нанесение огнезащитных покрытий, а также комбинацией этих методов.

Существует определенный разрыв между требованиями, предъявляемыми к горючести материалов, и требованиями, предъявляемыми к огнестойкости конструкций (изделий), изготовляемых из этих материалов. Материал может быть признан негорючим, а изделие из него - не огнестойкими, из-за резкого снижения эксплуатационных свойств. Огнестойкость конструкций определяют как их способность выдерживать эксплуатационные нагрузки в условиях пожара в течение периода, называемого пределом огнестойкости.

Огнестойкость материалов, применяемых в конструкции, следует определять как свойство материалов сохранять основные эксплуатационные характеристики при действии огня в течение указанного периода. При оценке огнестойкости полимерного материала, в отличие от его горючести, необходимо

знать изменение прочностных, теплофизических и других свойств материала при горении с тем, чтобы иметь возможность оценить предел огнестойкости конструкции или изделия [5].

Таким образом, увеличение количества пожаров требует поиска путей снижения горючести современных строительных полимерных материалов, а также поиск рецептурных добавок, в том числе антипиренов, существенно влияющих на процесс горения. Токсичность выделяемых при горении продуктов, в свою очередь, обусловливает внедрение новых безопасных компонентов и разработку экологически безопасных материалов.

Список использованной литературы

1. Асеева Р.М., Зайков Г.Е. Горение полимерных материалов. М.: Наука, 1981. - 280 с.

2. http://www.vestnik.igps.ru

3. Черников А.И., Мельников Н.С. Повышение огнестойкости полимерных материалов // Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций: сб. ст. по матер. VI Всерос. Междунар. науч. -практ. конф. курсантов, слушателей, студентов и молодых ученых 17 апр. 2015 г.: в 2-х ч. Ч. 1 с.205-207

4. http://midas-beton.ru

5. Кодолов В.И. Горючесть и огнестойкость полимерных материалов. М., «Химия», 1976.

6. http://www.e-plastic.ru