Календарь:

Январь 2014
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Ноя    
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

Архив:


21.08.2012

Пожаробезопасность листов сотового поликарбоната

В современных рекламных технологиях, в строительстве, автомобилестроении и многих других областях все больший удельный вес занимают изделия из полимерных материалов. В первую очередь это листовые пластики: полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), сотовый полипропилен (СПП), полистирол (ударопрочный-УПС, прозрачный и матовый ПС), полиметилметакрилат (оргстекло, ПММА), поликарбонат (ПК), сотовый поликарбонат (СПК), стиролакрилонитрил (САН), полиэтилентерефталат-гликоль (полиэфирное стекло, ПЭТГ), поливинилхлорид (прозрачный, сплошной, вспененный ПВХ), акрилонитрилбутадиенстирольный каучук (АБС), различные многослойные соэкструзионные материалы – АБС+ПММА, светотехнический УПС+ПС, а также композитные сэндвич панели, состоящие из полиэтиленового сердечника, покрытого с двух сторон тонким алюминием (REYNOBOND). Вторая большая группа полимерных материалов, используемых при изготовлении рекламной продукции – это самоклеющиеся поливинилхлоридные и полиэфирные пленки и баннерные ткани, в основе которых – прочная полиэфирная (лавсановая) сетка, пропитанная эластичным поливинилхлоридом. Ко всем этим материалам в последнее время со стороны органов Государственного пожарного контроля предъявляются очень жесткие требования по пожаробезопасности.

Дело в том, что полимерные материалы относятся к группе горючих материалов. Однако различные полимеры отличаются друг от друга по многим параметрам, определяющим поведение материалов как в случае их воспламенения и самовоспламенения, так и в условиях развитого пожара. В справочной и рекламной литературе часто приводятся различные показатели горючести полимерных материалов: кислородный индекс, температура воспламенения и самовоспламенения, скорость распространения пламени по поверхности материала, показатель горючести по стандарту UL-94 (США), группы горючести, воспламеняемости, дымовыделения, токсичности. Внутри каждого из этих показателей горючести все материалы можно расположить в определенной последовательности, причем для разных показателей расположение материалов по степени их пожароопасности может быть не одинаковым.

Одним из наиболее универсальных показателей горючести полимерных материалов является значение Кислородного Индекса (КИ, ГОСТ 12.01.044-89). Величина КИ определяется процентным содержанием кислорода в окружающей атмосфере, при котором материал начинает поддерживать свечеобразное устойчивое пламенное горение в течение 180 секунд. В атмосфере воздуха процентное содержание кислорода составляет 21%. Таким образом, если значение КИ материала ниже 21% – этот материал будет поддерживать горение на воздухе. В эту группу горючих материалов входят оргстекло (КИ=17-18%), полистирол, САН, АБС, полиэтилен, полипропилен (18-20%). В случае, когда значение КИ больше 21%, материал не поддерживает горение на воздухе. К таким материалам относятся: поликарбонат, ПЭТГ (24-26%), ПВХ (35-37%). Все полимеры, имеющие значение КИ больше 21%, относятся к группе «трудновоспламеняемых» материалов, не поддерживающих горение в атмосфере воздуха.

Такие показатели, как кислородный индекс, воспламеняемость, дымовыделение, токсичность продуктов горения не зависят от геометрических и размерных параметров, а определяются химическим составом полимерного материала. Другие показатели, такие как скорость распространения пламени по поверхности материала, категория горючести (Г1-Г4) зависят от строения листового материала, например, от наличия «сотовой» структуры. Показатели горючести и скорости распространения пламени по поверхности листового материала являются определяющими при определении пожароопасности такого распространенного в рекламной и строительной индустрии листового материала, как сплошной и сотовый поликарбонат.

Поликарбонат как полимерный материал имеет значения КИ 25-26% (поджигание сверху) и относится к группе таких трудновоспламеняемых материалов независимо от структуры – сплошной или сотовый лист. При проведении испытаний на определение группы горючести (Г1-Г4) размеры образцов приближены к размерам реальных изделий (шахта из 4 образцов 1000х200 мм), условия поджигания – снизу пропан-бутановой горелкой и самого пламенного горения образцов снизу вверх по всей длине. В этом случае условия тепломассообмена при горении наиболее жесткие, то есть наиболее благоприятные для развития пламенного горения, и определяющим фактором становится геометрическая структура листового материала. В результате многочисленных испытаний определились разные группы горючести для листов поликарбоната разной структуры, изготовленных из одинаковой марки исходного стандартного (не трудногорючего) гранулята: для сплошных листов группа горючести Г4, а для сотовых листов разных толщин (4-25 мм) – группа горючести Г2.

Таким образом, листы сотового поликарбоната обладают более низкой горючестью, чем листы из сплошного материала. Для выяснения причин такого различного поведения сплошных и сотовых листов в условиях развитого пламенного горения были проведены испытания по определению скорости распространения пламени по поверхности для сплошных и сотовых листовых материалов. В качестве модельных материалов были испытаны сотовый полипропилен и сотовый полиметилметакрилат, так как эти материалы могут распространять пламя по поверхности в атмосфере воздуха (21% кислорода). Для определения скорости распространения пламени по поверхности сотового поликарбоната необходимо проводить испытания в атмосфере, содержащей минимум 30% кислорода, так как значения кислородного индекса для поликарбоната 25-26% и на воздухе этот материал не распространяет пламя по поверхности, то есть материал после поджигания через некоторое время (менее 180 сек.) самозатухает. Результаты испытаний показывают, что для сотового полипропилена скорость распространения пламени вдоль ребер жесткости (каналов) в 1,9 раза больше, чем скорость поперек ребер (каналов). Для сотового полиметилметакрилата (сотовое оргстекло марки «Plexiglas») это соотношение составляет 1,75.

Предварительные эксперименты по определению скорости распространения пламени по поверхности листов сотового поликарбоната на пилотной установке с использованием метода эмпирической экстраполяции результатов по оргстеклу и полипропилену показывают, что соотношение скоростей вдоль и поперек ребер жесткости составляет 1,7. Уменьшение скорости распространения пламени по поверхности сотового листового поликарбоната поперек ребер жесткости более, чем в полтора раза, может служить частичным объяснением пониженной горючести листов сотового материала по сравнению со сплошными листами. Пониженная горючесть сотового поликарбоната определяется меньшей массой листов по сравнению с монолитным материалом в среднем для разных толщин в 6-7 раз (например, для толщины 8 мм вес 1 кв.м. сотового листа составляет 1,5 кг, а сплошного листа – 9,6 кг). Таким образом, на единицу площади листа у сотового поликарбоната значительно меньшее количество полимерного материала, который и является поставщиком «топлива» для цепной реакции окисления продуктов деструкции полимерного материала с кислородом воздуха — это и есть диффузионное пламя на поверхности листа. Все процессы тепломассопереноса в диффузионном пламени, образующемся при зажигании полимерного материала, напрямую зависят от концентрации в зоне пламени этого «топлива», то есть продуктов, образующихся в результате высокотемпературной деструкции полимерных молекул под воздействием мощного теплового потока от пламени в конденсированную фазу. Эти процессы определяют температуру пламени, скорость деструкции (разложения, «исчезновения») материала, расстояние от пламени до поверхности полимера. Поэтому уменьшение количества материала на единицу площади листа может привести к уменьшению горючести, что и наблюдается в случае сотового поликарбоната.

В настоящее время жесткие требования по пожаробезопасности полимерных материалов, используемых в строительстве и рекламной индустрии, предполагают использования специальных марок трудногорючих листовых материалов. Это касается и листов сотового поликарбоната. Поэтому производители таких материалов планируют использовать специальные структурирующие и антипирирующие добавки в полимерную матрицу материала, которые значительно снижают горючесть. К структурирующими и упрочняющим добавкам относится стекловолокно, введение которого в массу поликарбоната (до 30%) снижает горючесть материала за счет замещения части полимерной матрицы на инертное стекло, уменьшая таким образом количество продуктов деструкции (топлива) в зону пламенного горения и изменяя параметры тепломассопереноса в сторону охлаждения пламени и уменьшения теплоприхода в конденсированную (твердую) фазу полимера. Использование антипиренов (пламягасителей) в сочетании с введением стекловолокна еще более повысит огнестойкость поликарбоната, но следует отметить, что это неизбежно приведет к потери такого немаловажного свойства поликарбонатных листов, как светопропускание.

Автор: Гальченко Александр Георгиевич
к.х.н., главный специалист по полимерным материалам, ООО "Гельветика-Трейдинг"

Вы можете оставить свой комментарий: