Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 10
1.1. Горение полимерных материалов в окислительной среде 10
1.2. Газификация и пиролиз полимеров 11
1.2.1. Газификация и деструкция некоксующихся материалов 12
1.2.2. Деструкция карбонизующихся полимеров 19
1.2.2.1. Термическое и термоокислительное разложение эпоксидных полимеров 20
1.3. Воспламенение полимерных материалов 24
1.3.1. Методы исследования воспламеняемости полимерных и композиционных материалов 25
1.3.2. Аналитические модели воспламенения полимерных материалов 27
1.4. Распространение пламени по поверхности полимера 31
1.4.1. Влияние внешних условий на характеристики распространения пламени по поверхности полимеров 32
1.4.2. Аналитические модели распространения пламени 32
1.5. Устойчивость горения полимерных материалов 39
1.5.1 Ингибирование как влияние на устойчивость 40
1.5.2 Применение микрокапсулированных антипиренов для снижения устойчивости горения 42
1.5.3 Использование интумесцентных систем с целью регулирования устойчивости горения полимерных материалов и для огне-тепло защиты 47
Глава 2. Методика эксперимента 51
2.1. Вещества и материалы 51
2.2. Методы исследования 52
2.2.1. Метод кислородного индекса 52
2.2.2. Метод высокотемпературного пиролиза 53
2.2.3. Метод определения параметров зажигания полимеров 54
2.2.4. Определение скорости распространения пламени по поверхности полимеров 56
2.2.5. Методика для измерения мощности излучения от пламени 58
2.2.6. Методика исследования устойчивости горения полимеров в нестационарных условиях при сбросе давления 60
2.2.7. Метод исследования горения конденсированных веществ при повышенных давлениях 62
2.2.8. Методика исследования склонности к воспламенению и устойчивости зажигания полимеров в замкнутом объеме 63
2.2.9. Метод приготовления полимерной композиции на основе полидиметилсилоксанового каучука 66
Глава 3. Регулирование устойчивости на стадии термоокислительной деструкции, зажигания и распространения пламени по полимерным материалам .
3.1. Термокислительная деструкция в изотермических условиях 68
3.2. Зажигание полимерных материалов локальными тепловыми источниками малой мощности 76
3.3. Влияние целевых добавок на параметры зажигания полимерного материала 84
3.4. Устойчивость горения полимеров в нестационарных условиях при изменении состава окислительной атмосферы 88
3.5. Горение полимеров в нестационарных условиях при сбросе давления 92
3.6. Воспламенение и горение полимерного покрытия на основе ПБТФ в замкнутых объемах при повышенных давлениях 98
Глава 4. Распространение пламени по поверхности полимеров и разработка огнегасящих и огне-теплозащитных составов на полимерной основе
4.1. Исследование влияния четыреххлористого углерода и тетрафтордибромэтана на распространение пламени по поверхности полимеров 104
4.2. Влияние дисперсности тригидрата оксида алюминия на горючесть композиций на основе полидиметилсилоксанового каучука 109
4.3. Разработка огнегасящих составов на основе микрокапсулиро-ванных фреонов в полимерной матрице 117
4.4. Разработка основных принципов создания огне-теплозащитных составов на полимерной основе 123
Выводы 133
Благодарности 136
Список литературы 137
- Газификация и пиролиз полимеров
- Метод определения параметров зажигания полимеров
- Зажигание полимерных материалов локальными тепловыми источниками малой мощности
- Влияние дисперсности тригидрата оксида алюминия на горючесть композиций на основе полидиметилсилоксанового каучука
Введение к работе
По данным МЧС за 2007 г в Российской Федерации зарегистрировано 211163 пожара. Согласно мировой статистике более 80% пожаров происходит с участием полимерных и композиционных материалов. В этой связи в последние годы существенно повышены требования пожаровзрыво-безопасности, предъявляемые к полимерным и композиционным материалам во всех областях их применения. Быстрое расширение объема и ассортимента выпуска полимеров и композиционных материалов, все более интенсивное внедрение их во все отрасли, ужесточение требований в условиях эксплуатации обуславливают повышенный интерес к проблеме горения полимерных материалов.
Специфика процессов зажигания, распространения пламени, образования дыма и токсичных продуктов при горении полимеров позволяет выделить горение полимерных материалов в отдельное направление. На протяжении нескольких десятилетий это направление занимается теоретическими и экспериментальными исследованиями в области горения полимерных и композиционных материалов, выявляет критические условия при горении, проводит поиск путей снижения горючести, создает новые методы исследования и оценки их пожарной опасности. По этим вопросам проводятся российские и международные конференции.
Под пожарной опасностью полимерных и композиционных материалов понимают комплекс свойств, который наряду с горючестью включает в себя способность к воспламенению, зажиганию, распространению пламени, количественную оценку дымообразующей способности и токсичность продуктов сгорания.
Следует отметить, что перечисленные выше характеристики пожарной опасности и горючести часто противоречат друг другу и улучшение одного из свойств может сопровождаться ухудшением других. Кроме того, введение добавок с целью снижения пожарной опасности полимерных материалов,
7
может приводить к снижению атмосферостойкости, изменению
электрофизических параметров, некоторому ухудшению физико-механических, оптических и других эксплуатационных и технологических свойств, а также приводить к увеличению стоимости материала. По этой причине необходимы комплексные подходы к решению этой проблемы, включая оптимизацию рецептур.
Горение полимерных и композиционных материалов сложный, многостадийный, самоподдерживающийся аэротермохимический процесс, контролируемый условиями массо- и теплообмена. Явление горения полимерных и композиционных материалов включает в себя элементы газовой динамики, теплообмена, горение перемешанных газовых смесей и диффузионное горение неперемешанных газовых систем.
Горение полимера является процессом, который протекает во времени.
Схематически процесс можно представить следующим образом: тепло от
внешнего источника попадает на поверхность полимерного материала,
прогревает его до температуры газификации, начинается газификация в месте
прикладывания источника тепла, продукты деструкции смешиваются с
окислительной атмосферой, смесь прогревается внешним источником, при
достижении температуры воспламенения смесь воспламеняется,
выделяющееся при этом тепло частично попадает на поверхность полимера и ускоряет процесс газификации. Таким образом, процесс протекает с положительной обратной связью. Самоорганизация в системе горящего полимера осуществляется посредством упорядоченных потоков энергии и вещества, т.е. процессов тепло- и массопереноса. информация об их протекании в различных условиях важна и существует много работ по исследованию каждой стадии процесса .
Однако многие вопросы в области снижения горючести и воспламеняемости полимерных материалов остаются до настоящего времени нерешенными. В частности, задачи снижения устойчивости горения полимерных материалов и возможности регулирования процесса являются,
8 несомненно, актуальными. Исследования в этой области позволяют
количественно описать процессы, протекающие при воспламенении и горении,
установить механизмы действия регуляторов горения и сформулировать
научно-обоснованные подходы и методы регулирования горения полимерных
материалов и продуктов их деструкции, что имеет важное практическое
значение
Сложность этих процессов иногда приводит к определенным
противоречиям в трактовках механизма стадий горения. Наложение этих
процессов друг на друга в пространстве и пересечение стадий во времени
требует изучения устойчивости диффузионного горения полимеров и поиска
способов регулирования его устойчивости путем вмешательства в
положительную обратную связь.
Способы вмешательства- это увеличение теплоты газификации
материала, понижение температуры пламени при разбавлении горючей смеси
негорючими продуктами термодеструкции, уменьшение скорости газификации
летучих горючих продуктов деструкции за счет образования
карбонизированного промежуточного слоя, и «разрушение» теплового слоя в
конденсированной фазе путем диспергирования.
Из этой качественной схемы можно наметить пути снижения горючести полимерных и композиционных материалов: либо вмешательство в конденсированную фазу путем введения целевых добавок, оказывающих влияние на скорость и состав продуктов деструкции или добавок, влияющих на тепловую картину прогрева конденсированной фазы, либо создание помех и манипулирование параметрами газовой окислительной среды, либо нарушение различными способами баланса между газовой и конденсированной фазами, приводящее к потере устойчивости в системе: тепловой источник — конденсированная фаза — газовое диффузионное пламя — окислительная среда.
Характер протекания процесса горения полимерного материала зависит от целого ряда внешних факторов: состава и давления окислительной
атмосферы, величины и направления вектора силы тяжести, скорости и
направления натекающего потока, температуры окружающей среды, наличия дополнительных внешних источников тепла и т. д.
Данная работа посвящена проблеме исследования устойчивости процесса горения полимерных материалов и поиску эффективных путей снижения горючести полимерных и композиционных материалов
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы. В первой главе приведен литературный обзор работ по основным закономерностям процесса горения полимерных материалов, влиянию внешних условий на характеристики процесса горения полимерных и композиционных материалов, по изучению проблемы устойчивости горения полимерных материалов и анализу способов снижения горючести. Во второй главе представлены методики исследования процесса пиролиза; зажигания, горения полимерных материалов, исследования процесса горения в нестационарных условиях при сбросе давления, в условиях введения добавок в окислительную среду. В третьей и четвертой главах представлены полученные результаты исследований, проведен их анализ и сделаны соответствующие выводы.
Газификация и пиролиз полимеров
При достижении поверхностью полимерного материала при нагреве от внешнего теплового источника уровня термостойкости начинается деструкция с поверхности. Продукты деструкции являются топливной компонентой для процесса горения неперемешанных систем. Таким образом, поставщиком продуктов для процесса диффузионного горения полимеров является конденсированная фаза. Для выяснения механизма горения полимеров особое значение имеют исследования процесса пиролиза и термоокислительной деструкции полимерных материалов [60]. Под пиролизом обычно понимают термическую деструкцию в инертной среде, под газификацией - совместную термическую и термоокислительную деструкцию в ходе горения, хотя в некоторых литературных источниках авторы вводят свои термины-определения. В процессе горения трудно непосредственно получить информацию о механизме и кинетике газификации. Поэтому приходится разделять эти стадии и исследовать процесс газификации в условиях, моделирующих пламенное горение. Термодеструкции полимеров посвящено много работ [18, 20-26].
Полимеры по поведению в процессе деструкции принято делить на две группы. Отнесение полимеров к той или иной группе связано прежде всего с особенностями их поведения при тепловом воздействии. К первой группе принято [20] относить полимеры, деструктирующие при пиролизе нацело или образующие небольшое количество нелетучего остатка. Среди них выделяют деполимеризующиеся с большим выходом мономера (типа ПММА) и деструктирующие почти нацело с малым выходом мономера (например ПЭ, ПС). Ко второй группе относят полимеры, образующие при пиролизе большое количество нелетучего термостойкого остатка - кокса. Из них выделяют полимеры, деструктирующие с отрывом боковых фрагментов и дающие летучие продукты и карбонизованный остаток (например ПВХ, целлюлоза), и сшитые полимеры, дающие меньше летучих продуктов и много кокса (эпоксидные и фенолоформальдегидные смолы).
В целом, процессы деструкции применительно к условиям горения полимеров исследованы недостаточно, и вопрос осложняется еще больше, если протекают процессы образования смол и карбонизации. Как правило, термическую деструкцию изучают в изотермическом и динамическом температурных режимах. Кроме этого используют еще квазиизотермические, специальные и экзотические режимы, термоциклические и со сложной функцией температуры от времени, с большими радиационными и конвективными потоками. В изотермическом режиме деструкция протекает во всем объеме и зависит от размеров и формы образца [21]. В предельном динамическом случае интенсивных тепловых потоков деструктивные процессы сосредотачиваются в узком поверхностном слое - зоне линейного пиролиза [22]. Линейным пиролизом принято называть стационарное одномерное распространение фронта реакции термического разложения конденсированного вещества при подводе тепла от внешнего теплового источника. Впервые исследовать разложение конденсированных веществ таким методом предложили Шульц и Деккер [30]. Образец исследуемого материала прижимался к твердой нагретой поверхности. Определяемым параметром является скорость перемещения фронта разложения, которая зависит от температуры нагревателя, силы, прижимающей нагреватель, давления окружающей атмосферы, сечения образца и т.д. При малых скоростях перемещения(и 10"3 мм/с) эта скорость равна скорости линейного пиролиза. При больших скоростях такой однозначности нет. В таких условиях температура нагревателя значительно выше температуры пиролиза и появляется «физический разрыв» между поверхностью нагревателя и поверхностью материала - газовая прослойка.
С учетом этих замечаний значительный интерес представляет возможность непосредственного расчета температуры поверхности пиролиза Ts из серии опытов, в которых задается температура нагревателя То и измеряется скорость линейного пиролиза U. Методика проведения такого расчета представлена Штейнбергом [5]: Уравнение баланса тепла, затрачиваемого на линейный пиролиз, имеет вид К = [Ств (Ts " ТJ + Q] (2) где rh = UpTB — массовая скорость линейного пиролиза; А, — теплопроводность газа — продукта линейного пиролиза; ств — теплоемкость твердого вещества, Q - теплота газификации, L - ширина погранслоя. Штейнбергом показано, что точное аналитическое решение системы нелинейных уравнений в частных производных в двумерной области даже в простейших случаях не может быть получено, поэтому принимается допущение о том, что температурный градиент в продольном направлении существенно выше температурного градиента в поперечном направлении. Для такого случая автором получены и проанализированы аналитические выражения для скоростей линейного пиролиза. В результате анализа автор установил, что с уменьшением скорости пиролиза боковые теплопотери становятся менее существенными по сравнению с осевыми и характер зависимости скорости процесса от температуры становится практически таким же как и в случае полного отсутствия боковых теплопотерь. По данным автора для полиметилметакрилата в качественном согласии с теорией линейного пиролиза линейное разложение протекает в зависимости от теплофизических условий в одном из трех режимов — внутреннем кинетическом (при доминирующей роли внешних теплопотерь), внутреннем диффузионном (в отсутствии теплопотерь) и в т. н. «третьем режиме» — по существу аналогичном второму, но с существенно более высокими кинетическими константами Е и к0. Практический интерес представляет распад во втором и, особенно, в третьем режимах.
Обнаруженная при температурах Ts 800 - 870 К смена кинетического механизма распада ПММА (как линейного, так и сшитого) с увеличением к0 и Е с величин к0 = 1012 ч-10 V1 и Е - 43ккал/моль до k0 1021 -ИО23 и Е 70 -г- 80 ккал/моль соответственно, свидетельствует о том, что экстраполяцию данных, определенных обычными кинетическими методами в низкотемпературной области, для расчетов горения полимеров следует осуществлять с большой осторожностью. Есть все основания полагать, что относительная доля вещества, разлагающегося с такими высокими кинетическими параметрами, с увеличением температуры Ts резко возрастает.
Исследование макрокинетики высокотемпературного разложения конденсированных веществ в условиях пространственно-неизотермического нагрева наиболее применимо по отношению к диффузионному горению в зоне первого диффузионного предела на передней кромки пламени. Эти данные позволяют объяснить некоторые общие закономерности горения ряда полимеров, существенно отличающихся как по своему строению, так и по константам разложения [33].
Метод определения параметров зажигания полимеров
В данной работе для изучения склонности полимерных материалов к зажиганию использовались предварительно нагретые джоулевым теплом нихромовые цилиндры различных диаметров. Для того, чтобы исключить катализ реакций окисления на поверхности нихрома и влияние его на параметры зажигания, особенно при высоких концентрациях кислорода в окислительной среде, нагреватели помещались в тонкостенные керамические и кварцевые трубки. Экспериментальная установка представлена на рис.2.3. Она включает: низковольтный блок питания (10) нагревателя (8), используемого для поджигания полимеров, систему регистрации тока накала (11) нагревательного элемента, систему крепления и подачи образца и нагревателя. В работе использовались листовые горючие материалы. Испытания на склонность к зажиганию проводились путем приближения раскаленного нагревателя до контакта с горючим материалом. Образец (12) испытываемого материала располагался горизонтально на юстировочном столике (13) на подвижной тележке (14), которая перемещается по юстировочному столику (13) в специальных зажимах. Значение критического тока для каждого материала находится методом последовательных приближений с точностью одного процента. Случайная ошибка определения Тз в среднем не превышала 10С.
Для всех исследованных горючих материалов наблюдается резко выраженное явление: существует некоторая температура поверхности нагревателя (Тз) или мощность тепловыделения (Рк) электрического тока на единицу поверхности нагревателя, начиная с которых происходит зажигание этих материалов. Автоматическое движение нагревателя к полимеру в пределах средних скоростей: 0,05-30 мм/сек осуществляется при помощи двигателя РД-09 с редуктором. Регулировка тока нагревателя в пределах 0-100А, проводится при помощи трансформатора (10). Зависимость температуры нагревателя от тока накала определялась по измерению тока и яркостной температуры нагревателя. Для нихромового нагревателя степень черноты которого близка к 0,9 яркостная температура отличалась от истинной не более чем на 10С, что лежит внутри диапазона ошибки измерения температуры. Для определения истинной температуры керамического нагревателя, его поверхность зачернялась, и с учетом того, что температура зачерненного и незачерненного участков равны проводилась калибровка температуры. Систематическая ошибка в определении истинной температуры керамического и кварцевого, незачерненных нагревателей из-за изменения их степени черноты может достигать 30С и более, что учитывалось при измерениях.
Для изучения основных закономерностей распространения пламени по поверхности твердого горючего материала навстречу потока окислителя была разработана экспериментальная установка, схема которой приведена на рисунке 2.4. Образец полимерного материала размеров 20x3x100 мм закрепляется в асбоцементную подложку, в дно которой вмонтирован нихромовый подогреватель и спираль для поджига. Подложка устанавливается в средней части кварцевой трубы диаметром 40 мм и длиной 400 мм. Все измерения проводились в условиях натекающего потока окислителя. Скорость потока и объемная концентрация кислорода задавались с помощью вентилей тонкой регулировки и расходомеров. На входе трубы установлен распылитель, что обеспечивало полное смешение газов и равномерную подачу по всему сечению трубы. Для предотвращения распространения пламени по краям боковые поверхности образцов изолировались слюдяными пластинками, это позволило также избавиться от потоков окислителя с боковых сторон, которые могут привести к ошибкам при изучении параметров тепло- и массопереноса. Для определения влияния параметров внешней среды на характеристики зажигания, так же как и в описанных ранее установках использовались кварцевые трубы диаметром 70-90 мм с подогревом для создания необходимой температуры потока, концентрации кислорода. Для исследования влияния газофазных ингибиторов на процессы зажигания производилось их инжектирование азотом в окислительную смесь. Концентрация ингибиторов в потоке определялась по объемной скорости потока окислителя и скорости расхода ингибитора.
Для наших целей была специально разработана методика, позволяющая определять мощность излучения от пламени. Схема измерительной ячейки приведена на рисунке 2.5. Регистрация мощности излучения осуществляли с помощью датчика полного излучения от пирометра ТЕРА (радиационного). Датчик представляет из себя систему дифференциальных платино-платинородиевых термопар. Спаи, обращенные к источнику излучения, покрыты платиновой чернью с коэффициентом черноты є=1 в широком диапазоне длин волн. Другие спаи термостатировали вместе с корпусом датчика водяным охлаждением. Для регистрации излучения датчик был помещен в сопло окислителя (рис.2). Излучение от пламени проходило сквозь мелкоячеистую латунную сетку сопла. Датчик в сборе вместе с присоединенным к нему цифровым милливольтметром был откалиброван сквозь сетку с помощью модельного черного тела - электропечи СУОЛ с нагреваемой керамической трубой диаметром 50 мм и длиной 1 м. Отверстие трубы закрывали регулируемой охлаждаемой ирисовой диафрагмой, температуру поверхности трубы измеряли пирометром «Проминь». Рассчитывали мощность излучения при заданных температуре печи и диаметре отверстия диафрагмы, затем калибровали датчик излучения сквозь латунную сетку сопла, поднося его к диафрагме на фиксированное расстояние.
Зажигание полимерных материалов локальными тепловыми источниками малой мощности
Зажигание полимерных материалов является не первой, но определяющей стадией. Зажигание полимерных материалов- локальным малокалорийным тепловым источником является причиной большинства пожаров. Поэтому с практической точки зрения интерес к результатам исследований на склонность полимеров к зажиганию очень большой. Характер протекания процесса зажигания определяется энергетическими и геометрическими характеристиками локального источника, химическим составом и теплофизическими свойствами продуктов деструкции и параметрами окислительной атмосферы [73]. В данной работе зажигание плоских полимерных образцов проводилось накаленными правильными цилиндрами с большим отношением длины цилиндра к диаметру L/d 10 для устранения краевых эффектов. При приведении в контакт нагревателя с поверхностью полимерного материала происходит прогрев локального участка материала в месте прикладывания нагревателя. Для ПММА представлена картина распределения температуры по поверхности материала, полученная сканированием теплового поля при помощи тепловизионной камеры NEC ТН-5104. Как установлено в исследованиях, процесс может развиваться по двум сценариям после устранения источника: первый вариант остывание локального участка (рис. 3.1.4) при этом происходит снижение температуры осевой линии с одновременным повышением температуры периферийных участков за счет теплопроводности по конденсированной фазе (диссипация тепла). Первый вариант развития процесса наблюдается при температуре источника ниже критической для данной геометрии или при концентрации окислителя ниже предельной для данного материала. Второй вариант развития событий представлен на рисунке 3.1.5: при достижении уровня термостойкости начинается газификация с одновременным перемешиванием продуктов деструкции с окислительной атмосферой. При дальнейшем нагреве смеси продуктов деструкции с окислителем при условии достижения оптимальной концентрации топливной компоненты в горючей смеси происходит ее воспламенение. В наших исследованиях установлено, что при плавном повышении температуры нагревателя существует резко выраженное пороговое явление: для большинства полимерных материалов при заданных геометрических размерах нагревателя начиная с некоторой температуры нагревателя Тз наблюдается моноочаговое воспламенение (рис. 3.1.5), причем геометрические характеристики очага определяются размерами и температурой нагревателя. Появление очагового разогрева представлено на третьей временной отметке рисунке 3.1.5. Мультиочаговое воспламенение, как правило, осуществляется при больших тепловых потоках.
В первом варианте (рис. 3.1.4) съемка тепловизионной камерой NEC ТН-5104 производилась в диапазоне измерений (0ч-200С), а во втором (рис. 3.1.5) в диапазоне измерений (10СН-800С). Результаты измерений обрабатывались с помощью программы MiKroSpec 2.8. (Mikron Infrared, Inc.)
В первой колонке таблицы представлены цветовые изображения термосъемки со шкалой температур, расположенной по правой вертикальной оси. Во второй колонке представлено распределение температур по линии поверхности, обозначенной в левой колонке. В третьей колонке представлено 3D изображение теплового поля на поверхности материала. В четвертой Процесс воспламенения ПММА после нагрева накаленным телом цилиндрической формы колонке обозначены четыре временных отметки с интервалом 5с. При появлении локального очага воспламенения (рис.3.1.5 на отметкеЗ) наблюдается увеличение его площади и возрастание температуры на отметке 4. В дальнейшем такой процесс приводит к появлению устойчивого стационарного распространения пламени по поверхности материала.
Кроме того температура нагревателя Т, превышающая Тз характеризуется периодом индукции зажигания: тз - минимальным временем экспонирования источника с температурой Т Тз по истечении которого произойдет воспламенение в газовой фазе смеси продуктов деструкции полимера с окислительной атмосферой [73, 148, 150]. Таким образом, установлено, что процесс можно характеризовать двумя параметрами: минимальной температурой источника Тз, ниже которой воспламенения при данной геометрии и в данной атмосфере не произойдет ни при каком сколь угодно долгом экспонировании источника с температурой Т, и периодом индукции зажигания — тз.
Влияние дисперсности тригидрата оксида алюминия на горючесть композиций на основе полидиметилсилоксанового каучука
Альтернатива галогенсодержащим антипиренам - менее активные, но экологически значительно более безопасные неорганические антипирены. Известно, что одним из основных способов снижения горючести полимерных материалов является изменение теплового баланса в пламени путем введения неорганического наполнителя. В качестве неорганических антипиренов широко используются тригидрат оксида алюминия, гидроксид магния, борат цинка. Гидроксиды алюминия и магния занимают первое место среди антипиренов по объёму применения (более 40 % всего объёма антипиренов). Это обусловлено их низкой стоимостью по сравнению с системами на основе галогенов или фосфора. Неорганические гидроксиды легки в обращении и нетоксичны.
Правильно подобранная система на основе гидроксида металла позволяет получить дешевый и безопасный при воздействии пламени полимерный материал с небольшим количеством дыма, выделяющимся при терморазложении. Механизм действия происходит по следующей схеме: гидроксиды металлов под воздействием высоких температур разлагаются с выделением воды. Реакция разложения является эндотермической, что приводит к охлаждению смеси продуктов пиролиза с окислителем до температур ниже точки воспламенения. Образование воды способствует разбавлению горючих газов, выделяющихся при разложении, ослабляет воздействие кислорода, подавляет выделение дыма и уменьшает скорость горения.
В настоящей работе проведено исследование влияния дисперсности тригидрата оксида алюминия на горючесть композиций на основе полидиметилсилоксанового каучука. Для исследований были выбраны три характерных размера частиц ТГОА: 2, 10 и 45 мкм. Измельчение ТГОА проводилось ВНИИйодобром (г. Саки). Дисперсный состав измельченных продуктов определяли микроскопическим методом, а также седиментометрическим методом на седиментографе СВ-3. Размер частиц характеризовали средним эквивалентным их диаметром dc.3. Так, как огнезащитное действие ТГОА связано с нарушением теплового баланса в пламени за счет эндотермической реакции разложения антипирена, то его эффективность будет определяться в том числе и скоростью разложения антипирена при высоких скоростях нагрева. Поскольку данные термогравиметрии не дают достаточно полной информации о термодеструкции был использован метод высокотемпературного пиролиза.
Как следует из рисунка 4.1.4 (кривые 1-3) скорости разложения порошков ТГОА, оцениваемые по убыли массы в единицу времени, при высокотемпературном пиролизе зависят от дисперсности порошков. Так, с увеличением размера частиц ТГОА, скорость потери массы возрастает, причем наиболее заметно при температуре выше 673К. Возможно на скорость разложения влияет характер уноса массы, при более грубой дисперсности наблюдалось большее визуальное снижение оптической прозрачности окислительной среды в трубчатой печи. Это может быть обусловлено диспергированием насыпной фракции. Причем степень диспергированиия зависит от дисперсности порошков. Для оценки показателей горючести проводилось измерение кислородного индекса (КИ) и предельной концентрации кислорода ( ПКК) в условиях КИ при поджиге снизу. Результаты представлены на рисунке 4.1.5. С уменьшением размера частиц ТГОА показатели горючести снижаются, причем как для верхнего поджига, так и для нижнего. Влияние дисперсности наполнителя ТГОА на процессы термической и термоокислительной деструкции композиционного материала на основе ПДМС исследовалось термогравиметрическим методом и методом высокотемпературного пиролиза.
Для объяснения механизма действия ТГОА и влияния на эффективность этого действия дисперсности наполнителя в обязательном порядке проводились исследования: 1. термохимических свойства наполнителя, в том числе количества связанной с ним воды в зависимости от дисперсности наполнителя. 2. влияния активной поверхности антипирена-наполнителя на процессы термической и термоокислительной деструкции композита на основе ПДМС, поскольку известно, что гидроксильные группы на поверхности ТГОА способны проявлять как кислотные, так и щелочные свойства.
