Исследование влияния природы и содержания пленкообразующего агента на огне-термоизолирующие свойства вспениваемых композитов

Исследование влияния природы и содержания пленкообразующего агента на огне-термоизолирующие свойства вспениваемых композитов

В.В. Богданова, О.И. Кобец, О.Н. Бурая

Учреждение Белорусского государственного университета "Научно-исследовательский институт физико-химических проблем"

 

Огнезащитное действие термовспенивающихся полимерных композиционных материалов (ТПКМ), входящих в состав противопожарных устройств превентивного действия для межэтажных конструкционных строительных элементов (полимерных труб, силовых кабелей), заключается в том, что образующийся во время высокотемпературного воздействия пенококсовый слой  с низкой теплопроводностью, перекрывая отверстие трубы, предотвращает дальнейшее распространение пожара. Как правило, основными компонентами, входящими в состав ТПКМ, являются связующее, инертные наполнители, вспенивающие, карбонизующие агенты, технологические добавки. Выбор конкретного связующего для ТПКМ (на основе термопластичных полимеров или полимерных дисперсий) зависит от области применения композита, технологии получения, условий его эксплуатации, требуемого предела огнестойкости защищаемой конструкции, экологической и экономической целесообразности. К связующим на основе термопластичных полимеров предъявляются следующие требования по физико-механическим характеристикам (прочность, пластичность при изгибе), технологическим (пониженные вязкость расплава и температура отверждения) и термическим свойствам (температурный интервалы плавления, совпадающий с началом терморазложения вспенивающих агентов, протекание стадии термолиза в области достаточно высоких температур). Одновременно для связующих на основе как термопластичных полимеров, так и полимерных дисперсий (водных или на основе органических растворителей) важна хорошая совместимость при смешивании с вводимыми в них дисперсными частицами наполнителей для получения однородного и прочного материала.

С целью разработки эффективного экономичного отечественного термовспенивающегося композиционного материала с заданными свойствами проведены исследования по выявлению влияния природы и содержания в рецептуре пленкообразующих агентов (термопластичных полимеров и водных полимерных дисперсий) на огне-термозащитные свойства композитов.

В качестве термопластичных полимерных связующих для получения образцов ТПКМ опробованы полиолефиновые полимеры и сополимеры, являющиеся многотоннажными продуктами, широко используемыми  или производимыми на химических предприятиях республики: атактический полипропилен, низкомолекулярный полиэтилен, пропилен-этиленовый сополимер (СПЭ), этилен-винил ацетатный сополимер (СЭВА), а также полиизобутиленовый каучук (БК). В состав связующего в качестве пластификатора в некоторых случаях добавляли хлорпарафин (ХП). В качестве связующих на водной основе использовали дисперсии акрилатов, полиуретанов, а также этиленвинилацетатного (Д-СЭВА) или стирол-акрилатного (Д-ССА) сополимеров.

На основании исследования эластичности (ГОСТ 11722) и термических свойств (комплексный термический анализ – ДСК, ТГ, ДТГ) полимерных связующихтемпературных интервалов плавления, термодеструкции и суммарного экзотермического эффекта при прогреве в температурном интервале 20–500 °С для дальнейших исследований отобраны термопластичные полимерные смеси СЭВА/БК, СПЭ/БК, СЭВА/БК/ХП с соотношениями 62,5 : 37,5 и 50 : 37,5 : 12,5 % масс., а также водные полимерные дисперсии Д-СЭВА и   Д-ССА. В таблице представлены сопоставительные данные о свойствах связующих и полученных на их основе наиболее эффективных ТПКМ.

Первичный отбор экспериментальных образцов ТПКМ, полученных с использованием отобранных связующих, принципиально способных к вспениванию, проводили, выдерживая их в течение 5 с в пламени газовой горелки с фиксацией склонности к самостоятельному горению и каплепадению. Вспенивающую способность ТПКМ оценивали по коэффициенту вспенивания, рассчитанному по относительному изменению объема образцов в процессе прогревания в динамическом режиме в интервале температур 20–800 ºС: Квсп = V/V0, где V, см3 — объем вспененного слоя; V0, см3 — исходный объем покрытия. Плотность вспененных продуктов прогрева вычисляли по отношению массы к объему вспененного слоя. Предел огнестойкости определяли на лабораторной установке в условиях, приближенных к СТБ 2224.

Таблица 1

Термические и огне-термозащитные свойства исходных связующих и наиболее эффективных ТПКМ, полученных на их основе, после прогрева (20–800 °С)

Связующее                        (содержание в ТПКМ, %)

Данные ДСК для полимерных             связующих

Наполнители

Данные для продуктов прогрева ТПКМ          

Предел огнестойкости, мин

Интервал термодеструкции, оС

Т-ры максимумов экзо-эффектов, оС

Суммарный экзотермический эффект, ΣQэкзо

Вспенивающая способность, Квсп

Плотность, г/см3

Потеря  массы,  Δm, %

СЭВА/БК/ХП = 20/15/5 (40)

265÷480

375, 425, 465

2592

ТРГ, АП, Сл, Вол

8,0

0,064

52,5

97

Д-СЭВА (30,3)

283÷500

337, 425, 439

3799

ТРГ, АП, ПЭТ

7,3

0,057

69,6

100

Обозначения: ТРГ – терморасширяющийся графит; АП – антипиреновая азот-фосфор-металлсодержащая композиция; Сл – слюда; Вол – волластонит; ПЭТ – пентаэритрит

Экспериментальные данные свидетельствуют о близких термических свойствах связующих на основе как термопластичного, так и воднодисперсионного полиолефинового сополимера (СЭВА). Показано, что путем регулирования природы и содержания связующих и наполнителей в рецептурах ТПКМ, получены образцы композитов с близкими Квсп и Δm при прогреве (20–800 оС), придающие защищаемым полимерным строительным конструкциям (трубам из полипропилена) более высокий предел огнестойкости (в 1,5 раза) по сравнению с существующими аналогами.

СМОТРЕТЬ СОДЕРЖАНИЕ СБОРНИКА

Категория: Материалы IX конференции | Добавил: epyur (12.12.2020)
Просмотров: 13 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar