CC BY
17
ОГНЕЗАЩИТА
Аспирант кафедры ТППМ и ИК Московского государственного университета дизайна и технологии (МГУДТ)
Н. Н. Нечаева
Канд. техн. наук, доцент кафедры ТППМиИКМГУДТ
Л. Л. Гайдарова
Д-р хим. наук, профессор, заведующая кафедрой ТППМ и ИК МГУДТ
Г. П. Андрианова
Канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры высшей математики Академии ГПС МЧС РФ
О. А. Фомина
УДК 675.92.04
ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОЖАРООПАСНОСТИ ИСКУССТВЕННОЙ КОЖИ
Исследована возможность использования фторопластов Ф-2М и Ф-62 в качестве защитного покрытия обивочной искусственной кожи с целью снижения ее пожароопасности. Определены характеристики пожарной безопасности и показатели эксплуатационных свойств пленок на основе указанных фторопластов. Установлена целесообразность применения смеси Ф-2М и Ф-62 и найден ее оптимальный состав. Показано, что нанесение защитного покрытия на поверхность искусственной кожи существенно снижает ее горючесть и позволяет классифицировать как неогнеопасную.
Современные требования по обеспечению пожарной безопасности вызывают необходимость разработки полимерных материалов с пониженной горючестью, малой дымообразующей способностью и уменьшенным выделением летучих токсичных веществ при термовоздействии. В полной мере это относится к искусственным кожам (ИК), предназначенным для обивки салонов средств транспорта.
Для повышения пожарной безопасности полимерных материалов существуют добавки целенаправленного действия — антипирены, дымопода-вители, адсорберы токсичных веществ. Однако необходимая суммарная концентрация этих компонентов столь велика, что не может быть использована в тонких полимерных слоях ИК, поэтому применяемые в настоящее время добавки не обеспечивают в полной мере пожаробезопасных свойств материала.
Сложность огнезащиты ИК заключается также и в том, что полимерное покрытие формируется из композиций на основе пластифицированного поли-винилхлорида (ПВХ). Термическое воздействие на ПВХ сопровождается выделением значительного количества негорючего, но токсичного хлорида водорода, который также катализирует дымообразо-вание. Вследствие противоположного влияния хло-
рида водорода на характеристики пожароопасно-сти для одновременного снижения горючести, ды-мообразования и выделения токсичных веществ необходимы взаимоисключающие подходы. Таким образом, требуется разработка новых методов огнезащиты ИК. В качестве одного из них может быть предложено нанесение на материал огнестойкого защитного покрытия.
Правомерность такого подхода обусловлена спецификой эксплуатации обивочной ИК, которая предопределяет воздействие тепловой и огневой нагрузок при пожаре прежде всего на поверхностный слой материала. Формирование защитного покрытия из термостойкого полимера, имеющего высокий кислородный индекс и не склонного к дымообразованию, в сочетании с основным ПВХ слоем, содержащим допустимую концентрацию целевых добавок, может значительно снизить по-жароопасность ИК на период, достаточный для эвакуации людей из зоны пожара.
К защитному покрытию предъявляется ряд дополнительных требований, обусловленных тем, что оно является элементом многослойной структуры ИК. Покрытие должно иметь высокую адгезию к нижележащему ПВХ слою, быть инертным к пластификатору (наиболее горючему компоненту рецепта) и не допускать его миграцию из ПВХ покры-
тия на поверхность материала, обладать соответствующими физико-механическими свойствами, быть устойчивым к истиранию, характеризоваться отсутствием липкости, загрязняемости и т.д.
При выборе полимера следует учитывать также тот факт, что защитное покрытие одновременно выполняет функцию отделочного слоя, который в производстве ИК формируется по растворной технологии.
В качестве перспективных пленкообразующих для указанной цели можно рассматривать сополимеры винилиденфторида с тетрафторэтиленом (марка Ф-2М) и с гексафторпропиленом (марка Ф-62) — одни из немногих фторопластов, способных к переработке через раствор.
Высокая термостойкость и пониженная горючесть Ф-2М и Ф-62 объясняется их химической природой, однако дополнительным фактором, влияющим на эффективность огнезащиты, служит их кристаллизация. В условиях пожара эндотермический процесс плавления кристаллической фазы может обеспечить повышение термостойкости и снижение горючести покрытия.
Авторами проведен сравнительный анализ Ф-2М и Ф-62 с целью определения возможности их использования в качестве пленкообразующего для формирования защитного покрытия.
Пленки, моделирующие защитное покрытие, получали из 8%-ных растворов фторопластов в ди-метилформамиде путем сушки слоя раствора при 80°С.
Определяли термические характеристики пленок, их горючесть, дымовыделение, взаимодействие с пластификатором диоктилфталатом (ДОФ), физико-механические показатели, энтальпию плавления.
Термостойкость образцов исследовали на дери-ватографе 0-1500 и характеризовали температурами: начала деструкции Тнач, потери 10% массы образцов Т10, интенсивного разложения Тинт . Нагрев осуществляли до 500°С со скоростью 10°С/мин. Термостабильность оценивали потерей массы образцов Ашт при термообработке в течение 30 мин при 170°С.
Тепловые эффекты исследовали методом дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) на приборе ДСМ-2М при нагреве до 250°С.
Горючесть пленок характеризовали потерей массы образцов в режимах зажигания Ат3 и самовоспламенения Атс. В первом случае пламя горелки контактировало с поверхностью образца, во втором — находилось на расстоянии 2 см от его поверхности. Время воздействия пламени составляло 60 с.
Коэффициент дымообразования Дт определяли по ГОСТ 12.1.044-89 в режимах горения и тления.
Взаимодействие с пластификатором ДОФ характеризовали показателем сорбции 5ДОФ, который рассчитывали по привесу образцов, выдержанных в парах пластификатора в течение 4 суток (далее привес не менялся).
Деформационно-прочностные показатели определяли на разрывной машине РМ-30 и описывали разрушающим напряжением а и относительным удлинением при разрыве е. Липкость пленок оценивали органолептически.
Способность полимера выдерживать высокую температуру без разрушения очень важна для обеспечения пожарной безопасности, поскольку летучие продукты деструкции могут содержать горючие и токсичные вещества. В таблице представлены термические характеристики фторопластов. Следует отметить чрезвычайно высокую термостойкость полимеров: Ф-2М устойчив почти до 400°С, Ф-62 — до 350°С. Термостабильность также находится на высоком уровне: получасовой нагрев практически не вызывает выделения летучих веществ из фторопласта Ф-62, а Ф-2М в этих же условиях теряет 1% массы.
Оба фторопласта характеризуются низкой горючестью: в режиме самовоспламенения возгорания образцов не наблюдалось, в режиме зажигания пленки можно классифицировать как не поддерживающие горение. Потеря массы выше у фторопласта Ф-62, что, вероятно, обусловлено большим ды-мовыделением. Коэффициент дымообразования Ф-62 превышает таковой у Ф-2М более чем в 2 раза,
Сравнительный анализ фторопластов Ф-2М и Ф-62
Характеристика Ф-2М Ф-62
Т °С нач ' ^ 396 354
Т10, °С 435 420
Т °С инт ' ^ 446 428
Атт, % 1 0,3
Атс,% 2,8 7,2
Ат3,% 8,3 12,8
Дт, м2/кг, в режиме:
горения 139 238
тления 336 686
^ДОФ, % 3,2 0
АН, Дж/г 87,2 4,8
а, МПа 45 9
е,% 22 250
Липкость - ++
как в режиме горения, так и в режиме тления (см. таблицу). Преимуществом Ф-62 является полное отсутствие сорбции ДОФ.
Фторопласты Ф-2М и Ф-62 относятся к кристаллизующимся полимерам, но способность к кристаллизации у них различна. Анализ ДСК-грамм показал, что у Ф-2М эндоэффект, связанный с плавлением кристаллической фазы, проявляется в диапазоне температур 85-160°С с пиком при 145°С, а у Ф-62 — в интервале 45-95°С со слабо выраженным пиком около 70°С. Энтальпия плавления Ф-2М значительно выше и составляет 87,2 Дж/г против 8,0 Дж/г у Ф-62. Следовательно, при термическом воздействии Ф-2М расходует на плавление больше теплоты, что положительно влияет на его устойчивость к горению.
В таблице представлены также разрушающее напряжение и относительное удлинение при разрыве пленок, по значениям которых Ф-2М можно отнести к жесткоцепным полимерам, а Ф-62 — к гиб-коцепным. Пленки фторопласта Ф-62 характеризуются липкостью.
Анализ результатов, представленных в таблице, свидетельствует, что каждый из исследованных фторсодержащих полимеров имеет свои преимущества и недостатки. Так, Ф-2М отличается большей термо-, огнестойкостью, умеренным дымовы-делением (относится к группе Д2), более высокими значениями энтальпии плавления и прочности. Однако он не может быть рекомендован для формирования защитного покрытия из-за своей жесткости и малого удлинения (менее 60%), не соответствующего требованиям, предъявляемым к ИК [1]. Основные недостатки Ф-62 — высокое дымовыде-ление (группа Д3) и липкость, что делает нецелесообразным его использование в качестве защитного покрытия без определенной модификации. В то же время применение смеси Ф-2М и Ф-62, удачно дополняющих друг друга, позволило бы получить покрытие с требуемым комплексом свойств.
Смесевые пленки получали при соотношениях Ф-2М и Ф-62 80:20, 70:30, 50:50 и 40:60. Все образцы характеризовались отсутствием липкости, сорбции ДОФ и потери массы при термообработке, поэтому оптимальное соотношение выбирали, исходя из деформационно-прочностных свойств и горючести.
На рис. 1 показано влияние содержания Ф-62 в смесевых пленках на их разрушающее напряжение и относительное удлинение при разрыве. Из анализа кривых видно, что начиная с 30%-ного содержания данного фторопласта, соответствующего соотношению полимеров 70:30, удлинение отвечает требованиям, предъявляемым к ИК, а прочность остается на высоком уровне.
а, МПа е, %
0 20 40 60 80 100
Содержание Ф-62, %
Рис. 1. Зависимость разрушающего напряжения (1) и относительного удлинения (2) пленок от содержания Ф-62
Содержание Ф-62, %
Рис. 2. Зависимость потери массы пленок при горении от содержания Ф-62
Потеря массы образцов в режиме зажигания от содержания Ф-62 (рис. 2) имеет ярко выраженный экстремальный характер, причем наименее горючи пленки состава 70:30. Постепенное снижение горючести можно объяснить изменением эндоэффек-тов. По мере возрастания концентрации Ф-62 на ДСК-граммах все четче проявляется эндоэффект, связанный с плавлением данного фторопласта, при этом эндопик Ф-2М сохраняется. Таким образом, расширяется температурный интервал, в котором происходит поглощение теплоты, что способствует повышению устойчивости пленок к огневому воздействию.
Дальнейшее увеличение доли Ф-62 при соответствующем снижении концентрации более огнестойкого Ф-2М приводит к повышению горючести образцов. На ДСК-граммах наиболее значимый эндоэффект, связанный с плавлением Ф-2М, уменьшается, что также способствует снижению устойчивости к горению. Таким образом, можно считать
соотношение Ф-2М и Ф-62 70:30 как наиболее приемлемое для формирования защитного покрытия ИК.
Для оценки огнезащитных свойств разработанного покрытия на промышленном образце поливи-нилхлоридной ИК, не содержащей антипиренов, был сформирован поверхностный слой из смеси фторопластов при оптимальном их соотношении и
проведены испытания на огнестойкость по ГОСТ 25076-81. Эксперимент показал целесообразность нанесения защитного покрытия, поскольку только за счет его наличия исходная горючая ИК стала соответствовать требованиям указанного стандарта. Эффект снижения горючести может быть еще больше усилен при использовании допустимой концентрации специальных добавок в ПВХ слое.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник по искусственным кожам и пленочным материалам / Под ред. В. А. Михайлова. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. — 344 с.
Поступила в редакцию 15.03.07.
Интерактивное учебное пособие "ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ОБЪЕКТОВ"
Представляет курс, построенный на основе методических материалов, разработанных ведущими специалистами кафедры пожарной безопасности Московского государственного строительного университета, и включает 16 уроков (лекции и тестовые вопросы), объединенные в электронный учебник.
Учебно-методическое пособие содержит сборник нормативных актов по организации и обеспечению пожарной безопасности объектов.
Поурочная структура курса позволяет изучать материал в удобное время и в удобном темпе.
Данное интерактивное учебное пособие рекомендуется для проведения дистанционного обучения.
Курс рассчитан на самостоятельное изучение и консультационной помощью не поддерживается.
Освоив предлагаемый материал, вы можете сдать квалификационный экзамен в виде контрольного тестирования по всем пройденным темам.
Успешно сдавшим квалификационный экзамен предоставляется скидка 30% от базовой стоимости курса и выдается удостоверение государственного образца, подтверждающее прохождение слушателем курса повышения квалификации руководителей и специалистов в объеме 72-часовой программы.
Удостоверение высылается на почтовый адрес слушателя или вручается лично в УВЦ ИИБС МГСУ по адресу: Москва, ул. Смирновская, дом 1 А.
По вопросам приобретения компакт-диска обращаться по адресу: 109052, Москва, ул. Смирновская, дом 1 А, каб. 400 Тел./факс: (095) 918-03-11, 918-03-60 Е-таП: vasillkova@gmail.com
