Снижение горючести пластмасс

Категория:
Производство конструкций из дерева


Снижение горючести пластмасс

Как и древесина, строительные пластмассы относятся к сгораемым материалам, но процесс горения пластмасс имеет некоторые отличия от древесины. Например, пластмассы нагреваются с разной (скоростью, меняют свое агрегатное состояние при нагревании (плавятся, вспучиваются, деформируются) выделяют токсичные и пламягасящие газы, образуют негорючий скелет из наполнителей, углеродного остатка и т. п.

Основной горючий компонент пластмасс — полимеры. Механизм их горения довольно сложен и изучен неполно. Горение обусловлено выделением летучих компонентов, реакциями термического разложения (термоокислительной деструкции), реакциями пиролиза (разложение без доступа воздуха), физической деструкцией (отделение полимера от наполнителей) и др. Кроме полимера источником горения пластмасс могут быть органические наполнители (древесная мука, шпон, бумага, ткани). Разнообразная номенклатура и свойства пластмасс затрудняют систематизацию сведений об их горючести, поэтому данные приводятся лишь для пластмасс, наиболее часто применяемых в строительстве.

При оценке пожарной опасности строительных пластмасс определяют группу возгорания (горючести) по ГОСТ 17088—71 и учитывают требования СНиПа по противопожарным нормам проектирования зданий и сооружений. Определяют также температуры воспламенения, самовоспламенения, тления; склонность к самовозгоранию (тепло- и звукоизоляционных материалов); распространение огня по поверхности (облицовочных материалов); дымо-выделение и каплеобразование. Кроме того, принимают во внимание теплотворную способность пластмасс и выделение из них токсичных веществ при термическом разложении. Многие пластмассы обладают повышенной (до 42 МДж/кг) теплотворной способностью. Например, 1 кг угля выделяет при горении 30… 32 МДж, а древесина и продукты на ее основе (фанера, древесно-стружечные плиты)—16… 17 МДж.

К показателям пожарной опасности пластмасс относятся изменение их физико-механических свойств при высокой температуре и деформируемость под нагрузкой. Так, величина модуля упругости пластмасс при нагревании значительно снижается, что может привести к потере несущей способности конструкции.

Другой важный показатель — скорость распространения пламени по поверхности. Эта характеристика особенно важна для облицовочных материалов и обшивок панелей, например декоративных бумажно-слоистых пластиков, стеклопластиков, древесных плит, облицованных пленками, и т. п. Например, скорость распространения пламени по поверхности бумажно-слоистого пластика зависит от его толщины и вида основы, на которой он укреплен. В случае применения тонких (0,5 мм) пластиков распространение пламени замедляется по сравнению с листами толщиной 2 мм. Важную роль играет и материал основы. Так, при наклейке пластика толщиной 2 мм на огнезащитную плиту толщиной 24 мм пламя распространяется медленнее, чем в случае крепления к деревянной решетке.

К особенностям поведения некоторых пластмасс при пожаре (например, полистирольных облицовочных листов, пенополистиро-ла) относится разбрызгивание горящих капель расплавленного полимера и возникновение новых источников загорания. Это следует учитывать при проектировании интерьера общественных и жилых зданий.

Пониженной горючестью обладают поливинилхлоридные пластмассы (пленки, облицовки, покрытия, листы и т. п.), применяемые для обшивки стен, оболочек пневматических конструкций, облицовки панелей.

Многие пластмассы теряют свои эксплуатационные свойства уже в начальной стадии нагревания. Так, органическое стекло (по-лиметилметакрилат), из которого изготовляют световые колпаки промышленных зданий и светопрозрачные панели ограждения, сохраняет конструкционные свойства только до 90°С. При 125…150°С его несущая способность теряется, а при 200…220°С материал плавится. Винипласт размягчается при 65°С, а при 40°С прочность его уменьшается вдвое. Полиуретановый заливочный пенопласт горюч и допускает нагревание до 170°С. Поэтому для конструкций применяют огнезащищенный самозатухающий пенополиуретан ППУ-304-Н. К трудносгораемым пенопластам относятся также фе-нольные (пенопласт ФРП-1) и кремнийорганические.

Пластмассы, способные длительно выдерживать температуру 200°С и выше, относят к термостойким. Это свойство достигается определенными условиями синтеза полимеров, применением огнезащитных добавок и другими методами.

Можно выделить пять способов снижения горючести пластмасс: 1) введение минеральных наполнителей, способных выдерживать высокие (1100… 2000°С) температуры; 2) введение веществ, плавящихся при температурах пожара и образующих негорючие защитные пленки, прекращающие доступ воздуха к горящему участку материала; 3) введение соединений, выделяющих при повышенной температуре газы, не поддерживающие горения; 4) модифицирование полимеров неорганическими соединениями и радикалами; 5) синтез полимеров с высокой энергией связи в цепях, сопротивляющихся термораспаду, обладающих минимальной теплотой сгорания.

Наполнение полимеров негорючими материалами полезно тем, что наполнитель разбавляет горючие компоненты в единице объема или поверхности, снижая скорость горения и количество выделяемого тепла. К таким наполнителям относятся пылевидный асбест, графит, каолин, оксиды цинка и сурьмы, аммонийные соли и гало-генсодержащие соединения. Снижение горючести зависит от степени наполнения. Например, 60% оксида сурьмы, добавленные в полимерные краски, делают их практически негорючими.

Способностью плавиться и образовывать защитные пленки при высоких температурах обладают соединения фосфора, силикаты, бораты. Эти добавки используют в технологии лакокрасочных покрытий. Особенно эффективны соединения, которые наряду с фосфором содержат галоген, например трихлорэтилфосфат, бензилфосфаты и др. Фосфорсодержащие добавки при плавлении способны диффундировать к поверхности. Их защитные свойства зависят от температуры плавления.

Способность пластмасс выделять при пожаре газы, не поддерживающие горения, достигается введением в полимеры галогенов или соединений, выделяющих диоксид углерода, аммиак, азот. Многие полимеры сами имеют галоген в структуре (поливинилхлорид, перхлорвинил, хлоркаучук, хлорированные полиэфиры). Горючесть заметно снижается, если полимер или пластмасса содержит не менее 20% хлора или 5% брома от массы полимера. К бромсодержа-щим добавкам относятся пентабромэтан, тетрабромбутан, винил-бромид. Добавление азотсодержащих сульфенамидов в количестве 0,5 …3% позволяет снизить долю вводимых галоидов до 0,1 …8%.

Модифицирование и направленный синтез полимеров с целью снижения их горючести проводятся путем образования соединений, содержащих атомы алюминия, титана, бора, фосфора, кремния. Фосфорорганические и кремнийорганические полимеры широко применяют в качестве малогорючих связующих в красках, лаках, клеях, пластиках и пропиточных составах для огнезащиты древесины. Их термостойкость обусловлена большой энергией связи элементов, образующих полимер.

Для снижения горючести пластмасс в них вводят гидратирован-ные соединения (гидратированный оксид алюминия, соединения бора и т. д.). Эти добавки, распадаясь, поглощают тепло и выделяют воду, ограничивая интенсивность горения. Однако в большом количестве они ухудшают физические свойства полимера. Эффективны такие добавки, как диоксид сурьмы, трикрезилфосфат, арил-фосфаты и др.

Предотвратить горение пластмасс огнезащитными добавками полностью не удается, но они ограничивают распространение пламени, замедляют горение, гасят пламя после удаления источника огня. Быстрота затухания пластмасс зависит, кроме того, от формы конструкционного элемента, его размеров, времени действия огня и др. В дополнение к способам снижения горючести огнестойкость элементов из пластмасс повышают, покрывая их теплоотражающи-ми металлическими экранами, теплоизолирующими или вспучивающимися материалами.

Чтобы добавки были эффективны, они должны совмещаться с основным полимером. Полярные добавки, в частности, хорошо совмещаются с полярными полимерами. При выборе добавок необходимо учитывать также возможность их взаимодействия с другими компонентами пластмасс — наполнителями, пластификаторами, катализаторами. Добавки могут изменить кинетику отверждения, снизить атмосферостойкость пластмасс, так как сравнительно легко гидролизуются.

Количество вводимых добавок зависит от природы полимера и побочных действий самих добавок. В частности, для пластмасс на основе галогенсодержащих полимеров (поливинилхлорид) концентрации галогенсодержащих добавок уменьшают. Некоторые огнезащитные добавки одновременно обладают пластифицирующими свойствами (триметил-, триэтил-, трибутил- и трикрезилфосфаты), что требуется учитывать в составах эпоксидных, винилхлоридных и других пластмасс.

Огнезащитное действие различных минеральных солей — фосфатов, боратов, сульфатов, карбонатов, галогенидов, перфторбора-тов, солей аммония, металлоаммиачных комплексов — основано на взаимодействии летучих продуктов деструкции полимера с указанными соединениями и с кислородом воздуха.

Горючесть поливинилхлорида, пенополиуретана, полиметилме-такрилата, полиэфиров, полистирола также уменьшают соединениями хлора, брома, фосфора и сурьмы. В полиуретаны и полисти-ролы вводят эпоксиэтанполифосфаты (1 … 50 % по массе). Самозатухание полиэтилена достигается добавкой смеси хлорированного парафина и диоксида сурьмы. Полиметилметакрилат, целлюлозные полимеры, эпоксидные и полиэфирные смолы защищают от горения галогенсодержащими алкенилзамещенными олефинами (1,5 …20% по массе).

Один из простых способов снижения горючести пенопластов — пропитка в растворе антипирена до 6…25%-ного поглощения. Ан-типиреном служат продукты взаимодействия аминов или аммиака с кислыми эфирами фосфорной кислоты и алифатических многоатомных спиртов.

Снижение горючести пластмасс (листовых, теплоизоляционных) достигается также добавлением в них 2…95% молотого графита, предварительно обработанного кислотами. При горении антипири-рованных этим способом материалов происходит вспучивание графита с увеличением объема до 40 раз. Образующийся защитный слой препятствует распространению пламени.

Для повышения огнестойкости светопрозрачных пленок пневматических конструкций разработаны светопрозрачные галеген- и фосфорсодержащие антипирирующие добавки. Используют, например, дифенилхлорид, хлорированный парафин, тетрахлорфталевый ангидрид, тетрахлорбисфенол, фосфорные соединения (трифенил-фосфат или триалкилфосфат).

Большое внимание уделяется снижению горючести стеклопластиков, так как эти материалы находят самое широкое применение в строительных конструкциях. Воспламенение стеклопластиков, изготовленных на эпоксидных и полиэфирных связующих, происходит при температуре 600…700 °С. После продолжительного действия на них открытого огня они сами загораются и дают сильную копоть. Для уменьшения горючести стеклопластиков в полиэфирную или эпоксидную смолы вводят 10% триоксида сурьмы, хлорпарафин и другие пламягасящие хлорпроизводные. В полиэфирную смолу, кроме того, вводят многофункциональные соединения, содержащие азот. В некоторых случаях стеклопластики содержат в небольших количествах каолин, кварцевую муку или мел, повышающие температуру воспламенения и гасящие пламя при удалении источника огня.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум