Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор 14
1.1 Состояние вопроса 14
1.2. Теоретические аспекты снижения горючести и методы получения огнезащищенных текстильных материалов на основе целлюлозных, полиэфирных и смесевых волокон 18
1.2.1. Взаимосвязь параметров пожарной опасности с химическим составом и структурой волокнистых полимерных материалов 18
1.2.2. Термостойкие волокна и специфика их поведения в области высоких температур 24
1.2.3. Методы огнезащиты целлюлозных материалов 26
1.2.4. Особенности термодеструкции полиэтилентерефталата и основные способы снижения его горючести 31
1.3 Состояние нормативной базы и методы оценки пожарной опасности текстильных материалов 40
1.3.1. Шторы, занавеси, портьеры 42
1.3.2. Методы испытаний постельных принадлежностей 43
1.3.3. Методы испытаний специальной рабочей одежды 44
1.3.4 Методы испытаний элементов мягкой мебели 46
1.3.5. Методы испытаний напольных текстильных ковровых покрытий 49
1.3.6. Крупномасштабные испытания 54
1.4. Основные направления исследований 54
2. Исследование механизма и кинетики термолиза текстильных материалов, модифицированных замедлителями горения, и их взаимосвязь с показателями пожарной опасности
2.1. Изучение закономерностей процессов термодеструкции и термоокисления тканей из хлопка, полиэфира и их смеси в присутствии замедлителей горения 61
2.1 1 Методика исследования кинетики термолиза текстильных материалов 62
2.1.2. Изучение закономерностей термоокислительного разложения тканей из целлюлозных волокон 69
2.1.3.Особенности действия средств огнезащиты целлюлозных текстильных материалов 71
2.1.4. Изучение закономерностей термоокислительного разложения тканей из полиэфирных и смесей хлопковых и полиэфирных волокон 83
2.2. Изучение закономерностей процесса воспламенения и распространения горения по тканям из натуральных, синтетических волокон и их смесей от малокалорийных источников зажигания 98
2.3. Исследования сравнительной эффективности действия огнезащитных составов на тканях из целлюлозных и полиэфирных волокон и их смесей , 110
3. Особенности выбора средств огнезащиты для текстильных материалов различного функционального назначения 120
3.1. Огнезащита тканей для специальной рабочей одежды 120
3.1.1. Обоснование выбора оптимального соотношения компонентов в тканях из смеси волокон для эффективной огнезащиты в присутствии замедлителей горения 120
3.1.2. Обоснование выбора оптимального соотношения смеси волокон в термостойких и содержащих полиэфирное волокно тканях для эффективной огнезащиты 129
3.1.3. Влияние огнезащитной обработки на основные.
эксплуатационные свойства тканей специальной защитной одежды 140
3.2. Огнезащита текстильных материалов.использующихся в качестве элементов мягкой мебели 143
3.2.1. Особенности выбора эффективной огнезащиты для обивочного материала элементов мягкой мебели 143
3.2.2. Влияние огнезащитной обработки на токсичность и дымообразующую способность обивочных мебельных тканей 151
3.3. Огнезащита текстильных материалов для постельных принадлежностей 155
3.3.1. Особенности выбора огнезащитных средств для текстильных материалов постельных принадлежностей 156
3.3.2. Влияние огнезащитной обработки на основные эксплуатационные свойства тканей постельных принадлежностей 159
3.4.Огнезащита текстильных ковровых покрытий 164
4. Крупномасштабные (натурные) огневые испытания 168
4.1. Обоснование проведения испытаний 168
4.2. Методика проведения эксперимента 170
4.3. Результаты крупномасштабных огневых испытаний 176
4.3.1. Эксперименты с использованием огнезащищенных текстильных материалов 176
4.3.2. Сравнительные эксперименты с использованием огнезащищенных и неогнезащищенных текстильных материалов 176
4.3.3. Эксперименты с использованием неогнезащищенных текстильных материалов
4.4. Исследование тепловой мощности источников зажигания 186
4.5. Обоснование параметров проведения испытаний по определению эффективности огнезащиты текстильных материалов 190
4.5.1. Размер образцов 190
4.5.2. Продолжительность воздействия источника зажигания 193
5. Разработка рекомендации по комплексной оценке огнезащитной эффективности текстильных материалов 196
5.1. Комплексный подход к оценке огнезащитной эффективности тканей для специальной защитной одежды 196
5.2. Оценка эффективной огнезащиты элементов мягкой мебели и их классификация 202
5.3. Оценка эффективной огнезащиты текстильных материалов для постельных принадлежностей и их классификация 208
5.3.1. Классификация воспламеняемости постельных принадлежностей 209
5.4.0ценка воспламеняемости напольных текстильных ковровых покрытий и их классификация 216
5.5. Оценка качества огнезащитной обработки тканей 218
5.5.1. Разработка методики оценки качества огнезащиты на объектах (экспресс методы) 220
5.5.2. Разработка методики контроля качества огнезащиты на микрообразцах 221
Заключение 229
Основные выводы 236
Литература
- Состояние нормативной базы и методы оценки пожарной опасности текстильных материалов
- Изучение закономерностей термоокислительного разложения тканей из целлюлозных волокон
- Обоснование выбора оптимального соотношения смеси волокон в термостойких и содержащих полиэфирное волокно тканях для эффективной огнезащиты
- Сравнительные эксперименты с использованием огнезащищенных и неогнезащищенных текстильных материалов
Введение к работе
Актуальность работы Текстильные материалы (ТМ), в основе которых лежат природные или химические органические полимерные волокна, достаточно широко применяются во многих отраслях хозяйства, в том числе, строительстве Однако наряду с многочисленными достоинствами обладают повышенной пожарной опасностью
Анализ динамики развития пожара свидетельствует, что ТМ, как правило, опасны на его ранней стадии развития и могут способствовать распространению огня по зданию, блокированию путей эвакуации и оказать решающее влияние на материальный ущерб и гибель людей ТМ легковоспламеяяемы, при их горении выделяются токсичные газообразные продукты, в большинстве своем имеют высокую дымообразующую способность.
Разработка огнезащишенных ТМ, в том числе, составляющих
конкретный вид строительной продукции, совершенствование нормативной
базы, регламентирующей их пожаробезопасное применение,
прогнозирование поведения на начальной стадии развития пожара, научно-обоснованное комплексное определение эффективности огнезащиты, разработка системы оценки и контроля качества огнезащитной обработки -важные научные и прикладные вопросы общей актуальной проблемы обеспечения пожарной безопасности людей.
Учитывая сложность и многогранность проблемы обеспечения огнезащиты ТМ без потери ими функциональных свойств и ценовой доступности для широкого применения, представляется актуальной задача обоснования требований, направленных на обеспечение безопасности людей при пожаре, являющихся приоритетными по сравнению с другими требованиями, а также выбора эффективных способов и средств огнезащиты и контроля их качества с учетом практического предназначения материалов
Цель работы - обоснование выбора эффективной огнезащиты ТМ и контроля ее качества на основе изучения механизма и кинетики их термолиза, принципов и критериев прогнозирования пожарной опасности и установление особенностей использования огнезащитных средств (ОС) в зависимости от функционального назначения материалов
Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:
- исследовать механизм и кинетику термолиза ТМ на основе целлюлозных, полиэфирных (ПЭ) и смеси их волокон в присутствии замедлителей горения (ЗГ) различного типа;
выявить особенности процессов термоокислительной деструкции ТМ в присутствии ЗГ различного типа и обосновать критерии для выбора эффективных ОС,
установить основные зависимости воспламенения и распространения пламени ТМ, в том числе огнезащищенных, от состава, плотности и структуры волокон при воздействии источников зажигания;
-на основании крупномасштабных огневых испытаний проанализиро-' вать и оценить эффективность разработанных ОС и обосновать условия проведения испытаний в лабораторных методах;
установить принципы и критерии оценки пожарной опасности и эффективности огнезащиты ТМ в зависимости от их функционального назначения;
разработать требования пожарной безопасности и методы их контроля к ОС для ТМ, в частности, при сертификации;
разработать систему контроля качества выполнения огнезащитных работ для ТМ;
установить особенности выбора эффективных ОС в зависимости от состава и области использования ТМ
Объект и методы исследований Экспериментально-теоретические разработки проблемы проводились применительно к ТМ, составляющим значительную часть предметов интерьера помещений общественных и жилых зданий - портьерам, шторам, занавесям, драпировочным изделиям, ковровым покрытиям, мебельным и постельным композициям и, кроме того, - к материалам специальной защитной одежды.
Теоретические исследования проводились на базе использования известной теории тепломассопереноса' при пожаре В диссертационной работе применялись стандартные и разработанные методы комплексного термического анализа с использованием совмещенных и синхронизированных систем, математическая обработка результатов с использованием численных методов на базе ЭВМ, методы ИК-спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии для анализа карбонизованных остатков ТМ и изучения их морфологии, стандартные и разработанные методы определения показателей пожарной опасности.
Научная новизна работы заключается в следующем'
в результате комплексных исследований получены новые результаты по изучению кинетики термолиза различных ТМ;
установлены общие закономерности и особенности изменений этих процессов и механизма действия ЗГ, выявлены управляемые ими факторы;
выявлены основные закономерности и взаимосвязь эффективности ЗГ со свойствами ТМ (составом, плотностью, структурой),
разработана комплексная методика композиционного термического анализа для исследования и количественной оценки процессов окисления кокса ТМ в присутствии ЗГ;
определены принципы и критерии выбора эффективной огнезащиты ТМ из целлюлозных, ПЭ и смеси их волокон;
установлена более высокая эффективность воздействия полифункциональных фосфоразотсодержащих соединений на процесс замедления термолиза хлопка и ПЭ, по сравнению с моно- и бифункциональными ЗГ, за счет повышения интенсивности и глубины процессов карбонизации, образования поверхностного слоя, состоящего из термостойких полифосфоновых кислот;
- определены особенности процесса термоокислительной деструкции
- целлюлозных тканей в присутствии ЗГ на основе полифункционалъного
соединения - аминотрисметиленфосфоновой кислоты («АМФ»), заключающиеся во взаимодействии с полимерной матрицей в процессе термолиза с образованием сшитых структур, приводящих к формированию карбонизованного остатка, характеризующегося высокими теплозащитными свойствами и морфологической однородностью.
Практическая ценность работы Решена научно-техническая проблема по обоснованию выбора эффективных ОС и создания комплекса методов оценки пожарной опасности и контроля качества огнезащиты текстильных материалов различного функционального назначения, для чего были разработаны
- методики контроля качества ОС текстильных материалов и
выполнения огнезащитных работ на объектах;
практическое руководство по способам и средствам огнезащиты ТМ;
способ получения тканей из смеси хлопка и ПЭ пониженной пожарной опасности с использованием нового замедлителя горения антипирена «АМФ».
Применение представленных практических методических разработок позволило создать ТМ пониженной горючести из смеси волокон путем эффективной огнезащиты и выбора оптимального соотношения .компонентов.
Проведенные крупномасштабные огневые испытания с
использованием разработанных огнезащищенных ТМ показали
обоснованность установленных критериев эффективности огнезащиты и необходимость использования ТМ пониженной горючести для обеспечения пожарной безопасности людей Кроме того, произведено обоснование
условий проведения оценки и контроля качества эффективности ОС ТМ в прогнозных (лабораторных) методах испытаний
Результаты работы позволяют сформулировать требования к составам для эффективной огнезащиты ТМ на стадии их разработки, применения в зависимости от области назначения.
Диссертация обобщает результаты исследований, которые проводились под руководством и непосредственном участии автора в Федеральном государственном учреждении «Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны» (ФГУ ВНИИПО) МЧС России с 1980 года при выполнении ряда Государственных программ (в т ч МВД, Госстроя России), плана НИР ФГУ ВНИИПО МЧС России.
Выводы и рекомендации диссертации реализованы при разработке'
ГОСТ Р 50810-95 «Пожарная безопасность текстильных материалов Ткани декоративные. Метод испытания на воспламеняемость и классификация»;
НПБ 109-96 «Вагоны метрополитена. Требования пожарной безопасности»,
ВНПБ-03 «Вагоны пассажирские. Требования пожарной безопасности»;
НПБ 244-97 «Материалы строительные. Декоративно-отделочные н облицовочные. Материалы для покрытия полов Кровельные, гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы. Показатели пожарной опасности»,
СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений»,
НПБ 257-2002 «Материалы текстильные Постельные
принадлежности. Мягкая мебель Шторы. Занавеси. Методы испытаний на воспламеняемость»;
ГОСТ Р-2004 « Материалы текстильные. Покрытия и изделия ковровые напольные. Метод определения воспламеняемости и классификация»;
ГОСТ Р EN 1307 «Материалы текстильные. Покрытия ковровые ворсовые машинного способа производства Классификация»,
Руководства «Способы и средства огнезащиты текстильных материалов», М: ВНИИПО, 2004;
Сборника «Огнезащита материалов, изделий и строительных конструкций». -М.:ВНИИПО, 1999;
Справочника «Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций, пожарная опасность материалов, огнестойкость инженерного оборудования зданий».- М: ВНИИПО, 1999.
Результаты диссертации использованы в лекциях УЦ ФГУ ВНИИПО МЧС России.
На защиту выносятся:
основы эффективной огнезащиты ТМ;
результаты обоснования критериев термоокислительной деструкции ТМ из целлюлозных, ПЭ и смеси их волокон для выбора эффективных ОС,
- комплексная методика композиционного термического анализа для
исследования и количественной оценки процессов окисления кокса ТМ в присутствии ЗГ;
методики контроля качества огнезащитных составов ТМ и выполнения работ;
классификационные методики оценки пожароопасное ТМ в зависимости от их функционального назначения,
результаты комплексного экспериментального исследования пожароопасности огнезащищенных ТМ
Достоверность полученных результатов подтверждается данными крупномасштабных огневых испытаний, адекватностью теоретических моделей реальным условиям начальной стадии развития пожара, правильностью выбора критериев эффективной огнезащиты ТМ и подтвержденными результатами натурных огневых экспериментов, удовлетворительными точностью экспериментальных методов и погрешностями измерений.
Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждены достаточным объемом исследований (в том числе, крупномасштабных опытов), длительной апробацией методик, соответствием результатов лабораторных и крупномасштабных огневых экспериментов, положительным опытом внедрения результатов работы в ГПС и других ведомствах.
Апробация работы. Результаты работы, ее основные положения и выводы докладывались и обсуждались на: Всесоюзной научной конференции «Проблемы модификации природных и синтетических волокнообразующих полимеров (Москва, 1991), XI Всесоюзной научно-практической конференции «Проблемы предотвращения и тушения пожаров на объектах народного хозяйства (Москва, 1991), II Международной конференции по полимерным материалам (Волгоград, 1992), Всероссийской конференция «Полимерные материалы пониженной горючести» (Волгоград, 1994), Международной научно-практической конференции «Пожарная безопасность и методы ее контроля» (Санкт-Петербург, 1997), XII Научно-практической конференции «Крупные потери
предупреждение и тушение (Москва, 2001), I Международной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения пожарной безопасности Северо-Западного района» (Санкт-Петербург, 2001), XVI Научно-Практической конференции (Москва 2001), VII Научно-практической конференции «Техносферная безопасность» (Ростов-на Дону, 2002), Четвертом конгрессе химиков-текстильщиков и колористов (Москва, 2002), VI Международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника и технология экологически чистых производств» (Москва, 2002), Международном симпозиуме «Комплексная безопасность России -исследования, управление, опыт» (Москва, 2002), Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Иваново, 2002), 2 Международной научно-практической конференции «Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидации» (Минск, 2003), Международном Симпозиуме по техническому текстилю, нетканым материалам и защитной одежде (Москва, 2003), V Международной конференции «Полимерные материалы пониженной горючести» (Волгоград, 2003), XVI Международной научно-практической конференции «Снижение риска гибели людей при пожарах» (Москва, 2003), Всероссийской Конференции «Безопасность музеев и библиотек - 2003» (Тула, 2003), Конференции «Безопасность учреждений культуры, хранилищ культурных ценностей» IX Международного Форума «Технологии безопасности» (Москва, 2004).
Публикации и личный вклад автора По теме диссертации опубликована 91 печатная работа. В диссертации обобщены результаты многолетней самостоятельной работы, а также выполненной с коллегами (И.А.Болодьян, А.Н.Баратовым, Н С Зубковой., М.А. Тюгановой, Н В Смирновым, Дудеровым Н.Г., О И.Молчадским, Ю.К.Нагановским, Н. А.Терешиной, В Ю.Шитиковым, А А.Меркуловым и др.) и соискателями автора. Под руководством и непосредственном участии автора определялись направления исследований, разрабатывались установки, методики экспериментов, осуществлялся анализ и обобщение полученных результатов, формулировались выводы и проводилось внедрение в практику.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений Работа содержит 277 страницы текста, иллюстрированного 63 рисунками, имеет 36 таблиц и 168 наименований литературы.
Состояние нормативной базы и методы оценки пожарной опасности текстильных материалов
К числу крупных открытий XX века следует отнести синтез волокнообра-зующих полимеров из низкомолекулярных соединений (мономеров) в промышленных реакторах. Такие полимеры в отличие от природных (хлопок, лен, шерсть) назвали синтетическими. Появилась возможность создания волокон с разнообразными свойствами. Этому способствовало развитие химии полимеров, разнообразие высокомолекулярных соединений, синтезируемых из продуктов переработки нефти, газа, каменного угля и т.д.
Из многотоннажных волокон к искусственным относятся вискозные, медно-аммиачные, ацетатные и триацетатные, а к синтетическим - полиамидные, ПЭ, полиакрилонитрильные, полиолефиновые, полиуретановые, поливи-нилспиртовые. Для химических волокон существуют большие возможности изменения состава полимеров (путем синтеза новых волокнообразующих соединений, модификации существующих), а, следовательно, и свойств получаемых волокон.
Химические волокна, как и натуральные, характеризуются комплексом ценных свойств. Часто свойства натуральных и химических волокон дополняют друг друга, что дает возможность получать из их смесей изделия высокого качества. По многим свойствам химические волокна существенно превосходят природные, что делает их незаменимыми в отдельных отраслях народного хозяйства. Важнейшим преимуществом химических волокон по сравнению с натуральными является их большая однородность по толщине (линейной плотности), длине волоконец и другим показателям. К основным свойствам химических волокон относятся прочность, удлинение, модуль упругости, устойчивость к многократным деформациям и истиранию, устойчивость изделий из химических волокон к сминанию, гигроскопичность, электризуемость, усадка, химическая стойкость. Химические волокна используются для производства тканей и изделий бытового и технического назначения. Волокно в чистом виде и в смеси используется для выработки тканей, нетканых материалов, при производстве ковровых изделии, тарных и мебельных тканей, тканей защитной одежды, гардинно-тюлевых изделий.
В настоящее время выпуск синтетических волокон составляет 80% от общего количества вырабатываемых химических волокон. Опережающими темпами в последнее десятилетие растет производство полиэфирных (ПЭ) волокон. В 2001 г. мировое производство ПЭ достигло 31 млн.т., в то время как в 1996 г. оно составляло немногим более 19,3 млн.т. Следует отметить, что 62,5% производства ПЭ продукции приходится на переработку волокон. О подавляющем развитии ПЭ волокон и нитей среди других видов химических волокон общеизвестно: их доля увеличится с 51% в 1995г. до 65% 2005 г. [2].
В России и странах СНГ также наметилась тенденция роста производства ПЭ волокон, при этом достаточно большой объем тканей различного назначения, выпускаемых текстильной промышленностью, занимают ткани из ПЭ и смеси (полиэфир/хлопок, полиэфир/вискоза) волокон. Это обусловлено некоторыми преимуществами свойств химических волокон по сравнению с натуральными, а также сравнительно низкой стоимостью и доступностью сырья.
В то же время, несмотря на высокую практическую ценность ТМ, повышенная пожарная опасность сдерживает их широкое использование в областях, связанных с необходимостью применения материалов пониженной горючести. Статистика пожаров в зданиях и помещениях, где использовались синтетические и натуральные ТМ в качестве штор, драпировок, занавесей, отделочных и набивочных материалов при изготовлении мягкой мебели, спальных принадлежностей, ковровых покрытий свидетельствует о тенденции увеличения их числа и роста ущерба [3].
Анализ динамики развития пожара свидетельствует, что ТМ при пожаре, как правило, опасны на его ранней стадии развития и могут способствовать распространению огня по зданию, блокированию путей эвакуации и оказать решающее влияние на материальный ущерб и гибель людей. Они легковоспла-меняемы, при их горении выделяются высокотоксичные газообразные продукты, в большинстве своем имеют высокую дымообразующую способность. Достаточно полная статистическая информация о пожарах в результате возгорания ТМ представлена в таблице 1.1.
Погибло 2938 5934 1151
Гибель людей в большинстве случаев наступила в начальной стадии пожара преимущественно от удушья и отравления продуктами горения до прибытия пожарных подразделений. Исследования показали, что, например, при загорании постельных принадлежностей, обивки мягкой мебели от тлеющей сигареты спящий человек погибает от продуктов разложения и горения материалов на 5-6 минуте. Особую опасность такие пожары представляют для гостиниц, зданий больниц, интернатов для престарелых и инвалидов, детских учреждений и других объектов с массовым пребыванием людей.
Изучение закономерностей термоокислительного разложения тканей из целлюлозных волокон
Существует многообразие подходов к оценке пожароопасное НТКП, однако, как правило, степень пожарной опасности основывается на испытаниях, определяющих те параметры, которые по отдельности или в совокупности характеризуют безопасность ТМ. К таким параметрам относятся легкость воспламенения, скорость распространения пламени по поверхности материала, количество выделившегося тепла, уровень дымообразования и токсичность продуктов горения при горении и тлении. В некоторых зарубежных методах также оценивается уровень выделения слезоточивых газов и степень выгорания атмосферного кислорода.
Оценка такого параметра, как легкость воспламенения производится в условиях вертикального расположения образца материала и воздействия на него малокалорийного источника зажигания в течение фиксированного времени [82].
Скорость распространения пламени по НТКП после воздействия источника зажигания может определяться различными методами от достаточно простого испытания при воздействии малокалорийного источника зажигания [83] ( метенаминовой таблетки, раскаленной гайки и т.п.) до более сложного - воздействия теплового потока [84].
Лабораторные и среднемасштабные методы, в основном, предполагают использование образцов НТКП в горизонтальном положении с размерами до (1100x250) мм, укрепленных на негорючем основании и помещенных в камеру, оснащенную радиационной панелью, расположенной под углом 60 и обеспечивающей стандартный профиль изменения поверхностной плотности теплового потока по длине образца, и газовой горелкой. После определенной временной выдержки образец подвергается воздействию (в зоне "нулевой" отметки) пилотного пламени газовой горелки в течение времени испытаний Измерению подлежат время воспламенения образца, длина распространения пламени по его поверхности и динамика дымовыделения. С помощью тарировочной таблицы, описывающей профиль изменения поверхностной плотности лучи 51 стого потока, определяются, как правило, величина критической поверхностной плотности теплового потока и оптическая плотность дыма.
В ряде национальных стандартных методов испытаний используют различное расположение образца напольного текстильного покрытия относительно теплоизлучающей панели. Так, в Британском стандарте BS 476 , часть 7 [85] предусмотрено вертикальное положение образца перпендикулярное к плоскости теплоизлучающей панели, нагретой до 8000С, во Французском стандарте NFP 92-506 [86] горизонтально ориентированный образец коврового покрытия располагается параллельно горизонтально расположенной теплоизлучающей панели , имеющей температуру 8500С, а Французский метод «Эпирадиатор» (NFP 92-501) [87], являющийся официальным Правилом во Франции для испытаний некоторых типов НТКП, предназначенных для общественных помещений, предполагает крепление образца под углом 45С к плоскости излучающей панели, тем самым, имитируя ковер, уложенный на лестнице. В ряде стран скорость распространения пламени по поверхности НТКП определяют путем воздействия открытого пламени [88].
Согласно Национальному Строительному Кодексу Канады [89] НТКП, применяемые для коридоров, лестниц, лестничных площадок и холлов общественных зданий, должны отвечать определенным требованиям в системе оценки баллов. Указанные НТКП должны иметь максимальную скорость распространения пламени не выше 300 баллов, а максимальный уровень образования дыма не выше 500 баллов. Метод, применяемый для оценки данных параметров -ULC102.2 1975 «Испытания в туннеле», позволяет определять скорость распространения пламени и уровень дымообразования по образцу ковра, расположенного на полу туннеля.
В большинстве рассмотренных методов испытаний [82-89] проводится классификация НТКП на разные классы (группы)в зависимости от степени распространения пламени по поверхности, регламентирующая их пожаробезо 52 пасное применение согласно национальным требованиям пожарной опасности, изложенным в соответствующих нормативных документах.
Ряд НТКП при горении образуют значительное количество тепла, что делает их более опасными при соприкосновении с другими материалами, т.к. они играют роль источников зажигания. Поэтому в ряде стран используются методы определения уровня возможного тепловыделения [90].
Европейской классификацией по методам, позволяющим оценить тепловыделение при горении, дымообразующую способность, распространение пламени по поверхности, легкость воспламенения и возможность каплепадения горящего расплава, материалы напольных покрытий, том числе ковровых, подразделяются на классы пожарной опасности от А1 до Е по которым определяется область их пожаробезопасного применения.
Обоснование выбора оптимального соотношения смеси волокон в термостойких и содержащих полиэфирное волокно тканях для эффективной огнезащиты
Деструкция материалов на основе хлопчатобумажной ткани протекает в атмосфере воздуха в трех температурных диапазонах: 30 -160 (200) С потеря сорбционной влаги, которая составляет 4-7 % масс. В зависимости от плотности ткани и структуры волокон; 160 (200)-400 С - термоокислительная деструкция макромолекул целлюлозы, входящих в состав полимерного материала (с потерей « 70 % массы) с максимумом скорости потери массы при 340-350 С (величина которого зависит также от структуры исходного волокна); 400-450С - термоокисление (образование карбонизованного остатка, величина которого для хлопчатобумажной ткани зависит в основном от вводимого красителя и неорганических примесей). По кривой потери массы можно довольно точно определить температурные интервалы и количество выделяющихся газообразных летучих соединений, в том числе легколетучих горючих соединений. После выделения влаги для сгораемых материалов на основе целлюлозы характерно резкое увеличение потери массы, связанное с началом термодест-рукции в диапазоне температур от 200-250 С.
Термодеструкция сопровождается двумя пиками ДТА (рис.2.2) максимумами ДТГ - скоростей потери массы при 340-350 С и 440-470 С. Процессы протекают с выделением горючих газов, при этом максимумы скорости потери массы близки или совпадают с максимумами тепловыделения и выделения горючих газов, что свидетельствует о термоокислении материала. На рис. 2.2. показано, что происходит интенсивное выделение именно горючих газов.
ТГ и ДТГ зависимости для различного вида хлопчатобумажных тканей имеют подобный вид (рис.2.3), но различаются в зависимости от плотности и строения ткани. Так отмечено, что скорости разложения (потери массы) для материалов на основе целлюлозы при 350 С изменялись обратно пропорционально их плотности и доходили до 82,8 %-мин"1 (для тонкой бязи). 600
Для изучения аспектов механизма действия антипиренов на тканях из натуральных волокон в качестве объектов исследования бьши выбраны образцы хлопчатобумажной ткани с поверхностной плотностью 380 г-м", обработанные различными огнезащитными составами: «АМФ» - аммонийной солью аминот-рисметиленфосфоновой кислоты, «Т-2» - бифункциональным производным метилфосфоновой кислоты и «МС-Т» - содержащим в качестве действующего вещества производное фосфорной кислоты.
Анализ полученных ТА данных (табл. 2.1) и зависимостей (рис.2.4-2.6) показал, что для огнезащищенных волокон характерна сглаженность пиков ДТГ кривых термодеструкции. Что связано с более плавной потерей массы - первый малый пик наблюдается в области 350С (рис.2.4), при этом скорости окисления по сравнению с незащищенными целлюлозными тканями значительно ниже, а сам процесс термоокисления сдвигается в область более высоких температур.
Результаты ДТА исследований (рис.2.4) показывают, что для материалов, пропитанных составами «МС-Т» и «АМФ», также как и исходных, термоокислительная деструкция проявляется в виде двух пиков ДТА. Наблюдается закономерное изменение амплитуды пиков ДТА, соответствующих максимумам тепловыделения материала при термоокислении. Снижается интенсивность обоих пиков, а также изменяется соотношение их интенсивностеи. Второй пик ДТА в температурной области 420 -600 С снижается (при обработке составом МС-Т) более чем в 4 раза, а для ТМ, обработанного АМФ, превращается в «плечо».
Данные АГГ газов (рис.2.6) показывает, что на стадиях термодеструкции целлюлозы и окисления кокса происходит закономерное уменьшение интенсивности выделения ГГ и их суммарного выхода.
Анализ численных значений относительной скорости выделения горючих газов и теплового эквивалента удельного выхода горючих газов (полученных при обработке данных кривых совмещенного ТГА и АГГ экспериментов (таблица 1 приложения 1), показывают, что уровень снижения данных характеристик для стадии термоокислительной деструкции целлюлозы у различных ЗГ («АМФ», «Т-2», «МС-Т»), не одинаков. Так, применение 15% состава «АМФ» для достижения эффективной огнезащиты снижает значения параметров по сравнению с исходной тканью почти в 8 раз, тогда как использование 20% составов «МС-Т» и «Т-2» - в 1,5-2,5 раза, что может указывать на различную интенсивность воздействия рассматриваемых ЗГ на подавление стадии газовыделения. Из рис. 2.7. следует, что относительная скорость выделения горючих газов для целлюлозного материала, обработанного 10% раствором «АМФ», значительно ниже скорости выделения газов для того же материала, модифицированного 10% раствором «МС-Т», причем скорость выделения горючих газов из ткани, обработанной «МС-Т», изменяется в меньшей степени по сравнению со скоростью выделения горючих газов из ткани, модифицированной составом «АМФ». Аналогичную зависимость можно проследить для изменения теплового эквивалента удельного выхода горючих газов при обработке ткани выбранными ЗГ.
Сравнительные эксперименты с использованием огнезащищенных и неогнезащищенных текстильных материалов
Как уже было отмечено, для предприятий, где существует особый риск возникновения пожара (нефтяная и газовая промышленности, металлургия, машиностроение) необходимо повышать огнезащитные свойства защитной рабочей одежды без потери основных эксплуатационных показателей, таких как износоустойчивость, эргономические и гигиенические свойства, устойчивость к загрязнению, возможность производить чистку. В связи с этим, существует актуальная задача разработки огнезащищенных ТМ, удовлетворяющих всем эксплуатационным показателям.
Учитывая то, что существующая в настоящее время сырьевая база ТМ используемых при создании тканей защитной специальной одежды основывается на смесевых составах волокон хлопка и ПЭ или термостойких волокон (СВМ, Номекс), представляется целесообразным сконцентрировать изучение закономерностей горения для создания наиболее эффективных способов защиты именно таких тканей.
Перспективным направлением является использование тканей из смеси натуральных (целлюлозных, вискозных) и синтетических волокон, например, ПЭ, позволяющих повысить эксплуатационные свойства ТМ и расширить области их применения, в частности, для изготовления новых типов спецодежды. Сохранение гигиенических свойств обеспечивается за счет целлюлозной составляющей, а высокие физико-механические показатели - за счет введения
ПЭ. Кроме того, расширение объемов производства ПЭ. волокон позволяет получать недорогие материалы из доступного сырья, что является определяющим при выборе тканей для рабочей одежды.
Исследования, проведенные в главе 2, установили закономерности термолиза материалов на основе целлюлозы и ПЭ в присутствии различных по реакционной способности ЗГ, что позволило выбрать наиболее эффективный из рассматриваемых - огнезащитный состав «АМФ».
В данной части работы представлены результаты исследований полученных огнезащищенных тканей из смеси волокон путем обработки антипиреном с одновременным выбором количественного соотношения состава волокон.
Нами было замечено, что при введении ЗГ («АМФ»), при определенном содержании полимера в ткани, ее огнезащитные показатели повышаются, что обусловило необходимость подбора оптимального соотношения состава ткани для эффективной огнезащиты [130].
Была исследованы образцы тканей рабочей одежды, с разным содержанием хлопка и ПЭ. Для испытаний были отобраны образцы пяти материалов, обработанных составом «АМФ» одной и той же концентрации, но различающихся содержанием хлопка и полиэфира: (100% - хлопок; 60%- хлопок + 40% - ПЭ; 35% - хлопок + 65% - ПЭ; 20 % - хлопок + 80% - ПЭ; 100% - ПЭ).
Образцы указанных тканей обрабатывали водным раствором ЗГ по плю-совочно-термофиксационному методу [52]. Исследования по оценке эффективности огнезащиты проводились комплексом методов. При испытаниях по методу ГОСТ Р 50810 - 95 фиксировались следующие показатели: длина обугленного участка, наличие самостоятельного горения, прогорание до кромки, поверхностная вспышка и воспламенение хлопчатобумажной ваты для выявления более устойчивого из данных материалов к воздействию открытого пламени.
По результатам проведенных исследований все образцы материалов с огнезащитной обработкой имели длину обугленного участка менее 150 мм, отсутствовало прогорание до кромок и образование расплавленных горящих капель, что соответствует классификации тканей, как трудновоспламеняемых согласно требованиям ГОСТа. Однако, по результатам измерения длины обугленного участка (рис. 3.1) видно, что кривая зависимости длины обугленного участка от состава ткани имеет экстремальный характер. Максимальная длина обугленного участка (100мм) отмечена для ткани, содержащей 65% ПЭ. Дальнейшее увеличение содержания ПЭ составляющей приводит к резкому снижению исследуемого параметра, который при соотношении "ПЭ:хлопок" - 80:20 составляет 65 мм.
