CC BY
41
УДК 544.421.42:536.755
А.В. Раков, А.П. Денисюк, Д.Б. Михалёв*
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: denisap@muctr.ru
ВЛИЯНИЕ ФОРСИРОВАННОГО ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ АЭРОЗОЛЬОБРАЗУЮЩИХ ТОПЛИВ НА ОСНОВЕ ПЛАСТИФИЦИРОВАННОЙ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ НА СКОРОСТЬ ИХ ГОРЕНИЯ И ОГНЕТУШАЩУЮ СПОСОБНОСТЬ
Изучено влияние форсированного старения АПТ на основе пластифицированной фенолформальдегидной смолы при температурах 90 и 1450С. Показано, что они обладают высокой термической устойчивостью: после термостатирования зарядов при 900С в течение 435 часов скорость их горения и огнетушащая способность не изменяются. Можно полагать, что эти топлива будут иметь длительные сроки эксплуатации. Ключевые слова:. аэрозольобразующие пожаротушащие топлива (АПТ), форсированное старение, скорость горения, огнетушащая способность (ОТС).
В настоящее время для тушения пожаров широко используются газогенераторы, в которых применяются аэрозолеобразующие пожаротушащие топлива (АПТ), окислителем и аэрозолеобразующим компонентом в которых является нитрат калия (НК) или его смесь с перхлоратом калия (ПХК). При горении таких топлив образуется аэрозоль, частицы которого обрывают цепные реакции в пламени при горении органических веществ в воздухе.
В РХТУ им. Д.И. Менделеева разрабатываются составы АПТ, в которых в качестве единственной полимерной основы используется
фенолформальдегидная смола (ФФС),
пластифицированная различными сложными эфирами [1] или полигликолями [2]. Заряды из этих топлив получают с использованием вальцевания и проходного прессования.
Такие топлива обладают высокой огнетушащей способностью (ОТС), экологической чистотой образующихся продуктов горения, повышенными физико-механическими характеристиками по сравнению с зарядами, полученными методом глухого прессования, а также достаточно высокой термической стабильностью при 9О0С. Шашки топлива диаметром 7 мм и высотой ~20 мм на основе ФФС, пластифицированной дибутилфталатом (ДБФ) сохраняют первоначальную скорость горения и ОТС после длительного (~29 суток) термостатирования при 900С.
Отметим, что определение гарантийных сроков эксплуатации АПТ на основе данных форсированного старения является сложной задачей, в том числе из-за недостаточной изученности этого вопроса, в частности отсутствие данных о взаимосвязи между составом топлива и стабильностью его свойств при хранении.
Целью данной работы является дальнейшее изучение влияния длительного термостатирования топлив различного состава при повышенной температуре на их работоспособность.
В качестве объекта исследования использовали образцы, отличающиеся от ранее изученных тем, что в их составе использовалась другая партия ФФС марки А-112, при этом образец №1 (коэффициент избытка окислителя (а) равен ~1) содержал 10% смолы и 5% ДБФ, а также 0,1% мелкодисперсной сажи. Образец 2 содержал повышенное количество связующего (14% ФФС и 7% ДБФ) за счет уменьшения содержания окислителей (KNO3+KCЮ4), что привело к значительному снижению величины а до 0,7. Шашки диаметром ~7 мм и высотой ~25 мм, термостатировали в закрытых и открытых пробирках при температуре 900С и 1450С различное время и после охлаждения определяли скорость их горения и ОТС.
Скорость горения образцов определяли на цилиндрических шашках диаметром
7 мм и высотой 20-25 мм, бронированных по боковой поверхности трубкой из ПВХ. Огнетушащую способность (ОТС) оценивали путем определения зависимости времени (т) погасания пламени горелки на изопропаноле от массы (т) сгоревшего АПТ в шкафу объемом 300 л. За числовую характеристику ОТС (г/м3) принимали массу заряда, отвечающую характерному перелому на кривой ^ т(т) и отнесенную к рабочему объему испытательного шкафа. Чем меньше значение этого параметра, тем выше ОТС.
Основные результаты опытов представлены в табл. 1 и заключаются в следующем:
Скорость горения и ОТС образца с а=1 без термостатирования равны 5,3 мм/с и 10,9г/м3, соответственно, для образца с а =0,7 U=7,6 мм/а ОТС =9,7 г/м3.
Таблица 1. Влияние длительного термостатирования при различной температуре на характеристики АПТ различного
состава.
№ образца a Температура, ОС Условия время термостатирования, ч убыль массы, % U, мм/c ОТС, г/м3
1 1 90 открытая пробирка 192 0,3 5,6 10,5
закрытая пробирка 435 0,3 5,5 10,4
145 открытая пробирка 4,3 0,5 5,5 11,1
8 0,51 5,4 10,5
2 0,7 145 открытая пробирка 2 0,5 8,6 8,7
При длительном (192 и 435 часов) времени термостатирования шашек при 900С как в закрытых, так и в открытых пробирках, убыль массы составила всего 0,3%, при этом основное изменение произошло после первых 24 часов термостатирования. Но главное заключается в том, что после термостатирования скорость горения и ОТС образцов практически сохранились: скорость горения увеличилась с 5,3 до 5,5 мм/с (на ~4%), а значения ОТС находятся в пределах разброса измерения (±7%). Высокая термическая стабильность этого состава подтверждена результатами опытов при 1450С: после достаточно длительного термостатирования (8 часов) работоспособность заряда сохранилась: скорость горения и ОТС остались без изменения.
Отметим, что потеря массы из образцов, вероятнее всего, происходит за счет удаления пластификатора и разложения небольшого количества смолы. Это подтверждается тем, что после термостатирования несколько повысилась хрупкость образца, а также результатом специально
поставленного опыта по разложению образца в замкнутом объеме при последовательном термостатировании образца при 1450С (~6 часов), за тем при 1800С (3 часа) и 2000С (3 часа). В результате из образца выделилось небольшое количество газов, 90% которых сконденсировались при охлаждении сосуда до температуры ~00С. Вероятнее всего этим веществом является формальдегид, образующийся при деструкции смолы.
Достаточно высокая термическая устойчивость при 1450С присуща и образцу, содержащему повышенное количество связующего. После двух часов термостатирования его скорость горения и ОТС почти не изменились (табл. 1)
Таким образом, на основании ранее проведенных исследований и полученных в данной работе результатов можно сделать вывод о высокой термической устойчивости зарядов АПТ различного состава на основе пластифицированной фенолформальдегидной смолы, что должно обеспечить длительные сроки их гарантийного хранения.
Раков Алексей Вадимович, студент 5 курса инженерного химико-технологического факультета РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Денисюк Анатолий Петрович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой Химии и технологии высокомолекулярных соединений РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Михалёв Дмитрий Борисович, старший преподаватель кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Русин Д.Л., Денисюк А.П., Шепелев Ю.Г., Михалев Д.Б. Пиротехнический аэрозольобразующий огнетушащий композиционный материал и способ его получения. Патент № 2185865. 2002 г.
2. Русин Д.Л., Денисюк А.П., Нгуен Дык Лонг. Разработка полимерных композитов - аэрозольобразующих пожаротушащих топлив по энергосберегающей технологии. «Химическая промышленность сегодня», 2007, № 1. С. 10-15.
3. И.И. Макаров, А.П. Денисюк, Д.Л. Русин. Влияние длительного термостатирования на свойства аэрозольобразующих пожаротушащих топлив. Успехи в химии и химической технологии «МКХТ-2003». tXVII, №9(34), М., РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2003, с.33-38.
Rakov Aleksey Vadimovich, Denisjuk Anatoliy Petrovich, Mikhalev Dmitry Borisovich*,
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: denisap@muctr.ru
INFLUENCE OF THE FORCE TEMPERATURE CONTROL OF THE AEROSOLFORMATTON PROPELLANTS ON THE BASE OF PLASTIFIED PHENOLFORMALDEHYDE RESIN ON THE BURNING RATE AND FIRE EXTINGUISHING ABILITY
Abstract. The influence of accelerated aging of AFP based on plastified phenol-formaldehyde resin at temperatures of 90 and 1450С. It is shown that they possess high thermal stability: after incubation of charges at 900C for 435 hours their burning rate and fire extinguishing ability is not changed. It can be assumed that these fuels will have a long service life. Key words: aerosolformation propellants, accelerated ageing, burning rate, fire extinguishing capability.
