Противопожарная монтажная пена характеристики: Пена монтажная противопожарная: характеристики и применение - Стройматериалы в Иркутске

Страница не найдена — proffidom.ru

НПБ

Скачать: НПБ 86-2000.pdf

СП и СНиП

Скачать: СП 31.13330.2012.pdf

НПБ

Скачать: НПБ 202-96.pdf

Системы пожаротушения

Системы порошкового тушения пожара широко используются при тушении пожаров на промышленных предприятиях, складах, электростанциях,

Пожарное водоснабжение

Пожарный кран – это комплекс оборудования (узел) на внутреннем противопожарном водоводе для подачи воды

ГОСТ

Скачать: ГОСТ Р 51114-97. pdf

Страница не найдена — proffidom.ru

Системы пожаротушения

Спринклерные системы пожаротушения – это автоматические средства тушения возгорания. Оросители создают завесу из огнетушащего

НПБ

Скачать: НПБ 180-99.pdf

ГОСТ

Скачать: ГОСТ Р 54344-2011. pdf

ГОСТ

Скачать: ГОСТ 7251-2016.pdf

НПБ

Скачать: НПБ 195-2000.pdf

ГОСТ

Скачать: ГОСТ Р 58383-2019.pdf

Монтажная огнестойкая пена, ее характеристики и сертификат соответствия

Безопасность зданий следует обеспечивать как на стадии строительства, так и при последующих отделочных работах. Минимизировать риск возникновения пожара может применение монтажной пены с негорючими свойствами.

Часто ее путают с обычными герметиками. Разница между ними существенная. Герметики рекомендованы для заделки стыков, полостей с шириной, не превышающей 3 см. Терморасширяющаяся противопожарная пена предназначена для заполнения щелей, размеры которых составляют 3-5 см.

Состав и структура

Пенные изолирующие смеси имеют стабильную структуру, малый вес. Основу композита составляет полиуретан, при образовании которого из мономеров выделяется большое количество углекислого газа. Диоксид углерода, как известно, не поддерживает горение.

Насыщение огнестойкой монтажной пены углекислым газом обеспечивает в существенной степени термостойкость материала. Выталкивание полимерного состава из баллона происходит благодаря пропеллентам. Наиболее распространенными среди них являются пропан и бутан. Оба углеводорода легко воспламеняются, поэтому при распылении пены рядом не должны находиться источники огня.

После исторжения полимерного композита из баллона углеводороды быстро улетучиваются в открытое пространство, не ухудшая огнестойкие характеристики застывающей пены.

Жаростойкая изолирующая пена для монтажных работ насыщена антипиреновыми наполнителями. Она специально окрашена в красный или ярко-розовый цвет. Насыщенность окраски исключает возможность использования обычной желто-коричневой пены, вместо огнестойкой.

Концентрация, состав добавок антипиренов – интеллектуальная собственность производителей, защищенная патентами. Полная информация о технологии получения пенного продукта не предоставляется.

Огнестойкость материала

Класс огнестойкости в обязательном порядке должен быть подтвержден. Главный документ, позволяющий сделать выводы об огнестойких свойствах пены – сертификат соответствия.

Самая надежная пена относится к классу В1. Ею можно пользоваться при строительстве зданий с прогнозируемым большим количеством людей. Состав не поддерживает горения, не разрушается при высоких температурах, постепенно гаснет после ликвидации источника пламени. Его применяют в строительстве детских, образовательных, оздоровительных сооружений.

Следующая группа – В2 включает пенные композиты с умеренной термостойкостью. Материал может плавиться, выделяя некоторое количество вредных газов. Такую монтажную огнестойкую пену можно использовать в помещениях, не предназначенных для присутствия детей, большого количества людей.

Если свидетельство содержит информацию о принадлежности пены к классу В3, то применять ее нежелательно ни в жилых домах, ни в служебных помещениях. Такие монтажные составы обычно в строительстве не используют.

Свидетельство на товар, информация на упаковке включают данные о коэффициенте огнестойкости.

Каждое число – это количество минут, которое выдерживает огнестойкая монтажная пена при контакте с огнем. Некоторые производители рядом с числами указывают обозначения EI:

буквой E зашифровывают потерю целостности материала;
буква I указывает на изменение теплоизолирующей способности.

Например, если на баллончике имеется обозначение EI 150, значит, через 150 минут контакта с огнем застывшая монтажная пена может растрескаться, образовать щели, через которые начнут проникать пламя и газ. Соответственно, способность изолировать пространство сведется к минимуму.

Температура при монтаже

Важно обратить внимание на рекомендованные для монтажных работ температуры окружающей среды. По этому признаку негорючие огнестойкие пены подразделяются на зимние и летние.

С зимними монтажными составами можно работать на морозе, при температуре от -5 до -10 ℃. Во многих регионах страны зимние морозы сопровождаются большим падением температуры.

При сильно отрицательных температурных значениях с монтажными работами следует повременить. Производители не гарантируют заявленные свойства в случае невыполнения указанных условий.

Огнестойкие летние пены можно применять при температуре, значение которой превышает +5 ℃.

Верхний предел температурных величин обычно не лимитируется, хотя специалисты рекомендуют не проводить монтаж при температуре выше +35 ℃.

При значениях, приближающихся к нулевым, фиксирование может стать недолговечным из-за плохой адгезии.

Огнестойкая пена не зафиксируется на объекте должным образом. При любой температуре перед работой швы, подлежащие заделке, нужно очистить. Некоторые специалисты рекомендуют нанести предварительный тонкий слой грунтовки.

История, применение и характеристики огнестойкой монтажной пены

Опубликовано: 2014.01.22

Общие представления об огнестойкой монтажной пене

Огнестойкая монтажная пена — это разновидность монтажной пены, предназначенной для создания огнестойкой изоляции, а также защиты от повышенных и высоких температур. Огнестойкая монтажная пена применяется для тех работ, которые производятся с учетом повышенных требований к огнестойкости помещения.

Вообще монтажная пена была получена 1947 году, группой ученых во главе с Отто Байером. В результате опытов, проводимых с полиуретаном, ученые совершенно случайно получили полимер, имеющий интересные свойства. Байер вряд ли мог предположить, что открытый им пенополиуретан через несколько десятков лет станет широко применяться в строительной сфере. Изначально полиуретаны применялись в промышленности и строительстве как изоляционные плиты. В начале 1970х годов английская компания «Royal Chemical Industry» первой создала баллон с монтажной пеной (PUR), однако первой в строительстве монтажную пену применила Швеция в начале восьмидесятых годов прошлого столетия.

В России огнестойкая монтажная пена появилась в начале 90х годов прошлого столетия.

Характеристики

Адгезия

Огнестойкая монтажная пена обладает великолепными адгезионными свойствами — она хорошо «работает» почти со всеми строительными материалами – кирпичом, деревом, пластиком, металлом, стеклом и пр. Исключение составляют: тефлон, полиэтилен, полипропилен и прочие материалы этого семейства. Хорошие адгезионные свойства огнестойкой монтажной пены, облегчают работу и позволяют выполнять ее быстро и качественно

Влагоустойчивость

Не боится влаги. При защите огнестойкой монтажной пены от ультрафиолетовых лучей не разрушается и не сжимается со временем.

Усадка

Дает небольшую усадку, что повышает прочность соединений. Лучшие образцы огнестойкой монтажной пены имеют коэффициент усадки всего около 3%. Такая прочность соединений, при использовании огнестойкой монтажной пены, позволяет производить монтаж некоторых конструкций, не используя анкерные болты.

Пористость

Правильно созданная пористая структура пены должна обеспечивать стабильность поведения пены со временем. Качественная монтажная пена содержит в своем объеме не менее 88% закрытых пор, что исключает создание «раковин».

Полимеризация

В пустотах шириной до 40 см огнестойкая монтажная пена должна полимеризовываться — т.е. «застывать» — за 2-3 часа. Такое небольшое время полимеризации позволяет существенно экономить и правильно планировать рабочий процесс.

Изоляция

Огнестойкая монтажная пена обладает отличными звуко-, гидро- и теплоизоляционными свойствами. К примеру, коэффициент теплопроводности хорошей пены составляет — 0,032Вт/м. кв., тогда как минеральная и стекловата обладают худшими показателями (0,038В т/м.кв.)

Экологичность

Огнестойкая монтажная пена является экологически чистым материалом.

Назначение и применение огнестойкой монтажной пены

Основная задача огнестойкой монтажной пены — это заполнение пустот в открытых и сквозных швах, в конструкциях, где особо важно создание огнестойкой защиты всего сооружения. Применение огнестойкой монтажной пены возможно как при внутренних, так и наружных работах, в любых климатических условиях. К примеру, это небольшие пустоты в противопожарных преградах, в пустотах между дверными и оконными блоками и стеновым проемом.

Помимо своей основной функции, огнестойкая монтажная пена является еще и отличным тепло- и звукоизолятором, не пропускающим дым и газы.

Таким образом, везде, где необходимо снизить теплопотери, можно с успехом применять огнестойкую монтажную пену.

Благодаря своей консистенции, огнестойкая монтажная пена, при нанесении на вертикальные покрытия, стекает вниз и обеспечивает, тем самым, заполнение существующих пустот.

Способ применения

Перед применением огнестойкой монтажной пены желательно придать ей температуру того помещения, в котором она будет «работать». Поверхности, на которые будет наноситься огнестойкая монтажная пена, должны быть очищены от грязи и пыли и обезжирены. Перед употреблением необходимо потрясти баллончик с пеной.

Баллон с пеной бывает двух видов — любительский и профессиональный. Состав пены в обоих баллонах совершенно одинаков. Разница только в выпускном клапане баллона. В любительском баллоне на пластмассовый клапан надевается трубочка, через которую выпускается пена. Профессиональный баллон имеет резьбу, предназначенную для крепления на специальный пистолет для баллонов.

Некоторые полезные советы

Пустота заполняется не полностью, так как выдавленный объем пены увеличиться в 2-3 раза.

При заполнении пустот диаметром более 5 см, пена наносится в несколько слоев, причем каждый последующий слой наносится после затвердевания предыдущего.

Если температура Вашего баллончика с пеной существенно ниже комнатной, ни в коем случае не нагревайте баллон над огнем, опустите Ваш баллончик минут на 20 в теплую воду.

Если Вы закончили работу с пеной на этот день и будете продолжать работу, к примеру, завтра, а в баллончике остается пена, создайте каплю пены, которая надежно закроет вход в трубочку баллончика.

При необходимости нанесения пены на сухую поверхность, немного увлажните эту поверхность, так как полимеризация и превращение пены в твердый пенополиуретан проходит под действием влаги.

Отделочные работы поверх монтажной пены, такие как обрезка, окраска, оклейка и пр., производите только после полного отвердевании пены.

Помните, что огнестойкую монтажную пены необходимо защищать от разрушающего воздействия ультрафиолетовых лучей.

Техника безопасности при работе с огнестойкой монтажной пеной

Производить работы с использованием огнестойкой монтажной пены, рекомендуется в спецодежде и перчатках.

Запрещается:

нагревать баллон свыше 50 град.С
вдыхать пары пены.
работать с поврежденным баллоном, т.к. пена, находится в нем под давлением
хранить вблизи источников огня
после использования содержимого баллончика, нельзя бросать его в огонь

Использовать огнестойкую монтажную пену необходимо в хорошо проветриваемых помещениях.

Загрязнения, созданные огнестойкой монтажной пеной, необходимо удалять сразу после появления. Засохшую монтажную пену удаляют механическим способом — соскабливанием.

Для удобства использования, производители монтажной пены создали аэрозоль-очиститель, способный удалять свежие следы пены.

При случайном попадании огнестойкой монтажной пены в глаза, необходимо сразу же промыть глаза чистой проточной водой, после чего сразу же обратиться к офтальмологу.

Огнестойкую монтажную пену необходимо беречь от детей.

Преимущества использования огнестойкой монтажной пены

Огнестойкая монтажная пена благодаря своим специфическим качествам имеет ряд существенных преимуществ перед обычными монтажными пенами, и дает лучшие результаты.

Так как огнестойкая монтажная пена обладает еще и газо- и дымоизолирующими свойствами, то именно такой пеной рекомендуется уплотнять щели вокруг дымоходов, слуховых окон, между потолком, полом и прилегающими к ним стенами.

Среди преимуществ огнестойкой монтажной пены отметим и относительную дешевизну, а также ее экономичность при нанесении.

Огнестойкая монтажная пена, в отличие от обычной монтажной пены, устойчива к появлению плесени и влаги, спокойно переносит перепады температур от минус 60 град. до плюс 100 град.С.

Так как после застывания, огнестойкая монтажная пена дает более прочный слой чем обычные монтажные пены, то с ней можно производить любые другие работы — резать, красить, оклеивать и т. п.

Нестандартное применение

Помимо стандартного применения огнестойкой монтажной пены, существуют иные, совсем нестандартные варианты ее использования.

Используя ее плотность после застывания, пену используют в качестве материала для изготовления различного рода поделок, изготовления декоративных украшений, скульптур.

Из огнестойкой монтажной пены делают даже бамперы для автомобилей. Суть изготовления изделий из монтажной пены в том, что работая с пеной, Вы можете легко воплощать в жизнь любые идеи и задумки.

Интересно

Американские ученые работают над созданием специальной пены, которая поможет остановить внутреннее кровотечение. Такие ранения представляют особую опасность, так как кровь невозможно остановить без хирургического вмешательства. Специалисты надеются, что новый препарат сохранит жизнь раненым и поможет им продержаться до оказания соответствующей помощи.

Агентством по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США, совместно с компанией Arsenal Medical, на основе полиуретана уже разработано такое средство. Препарат состоит из двух жидких компонентов, которые при смешивании увеличиваются в объёме в 30 раз, подобно монтажной пене.

После инъекции получившееся вещество, больше похожее на кашу, заполняет брюшную полость и мягко обволакивает внутренние органы. Таким образом, удается как минимум на час остановить кровопотерю. Как показывает статистика, именно первый час после получения тяжёлой брюшной травмы является определяющим для спасения жизни человека.

Создатели отмечают, что удалить пену из брюшной полости медикам будет несложно. Она не прилипает к тканям и хирурги могут полностью убрать её всего за минуту.

Помните, что применение огнестойкой монтажной пены — это лучший способ остановить распространение пожара, обезопасить Вас и Ваше помещение.

что из себя представляет, маркировка, достоинства и недостатки, виды и производители, критерии для выбора

Пена монтажная профессиональная ТЕХНОНИКОЛЬ 240 огнестойкая 1000 мл.
Фото Петрович

Пожарная безопасность является одним из показателей качества возведенных зданий. Для достижения необходимых параметров используются специальные материалы, к перечню которых относится и огнеупорная (огнестойкая, противопожарная) монтажная пена.

Полиуретановые составы являются отличными изоляторами и защищают от дыма, ядовитых газов и огня. Применяется монтажная пена в тех случаях, когда необходим высокий уровень защиты от возгораний. Ведь если устойчивостью обладают основные строительные материалы, то и вспомогательные должны соответствовать аналогичным требованиям.

Что из себя представляет огнеупорная пена, особенности, достоинства и недостатки

Огнестойкая пена является одной из разновидностью монтажных составов. Представляет собой одно- или двухкомпонентный состав, увеличивающий собственный объем после нанесения. По мере застывания смесь приобретает жесткую форму, что и позволяет фиксировать различные конструкции: оконные рамы, дверные блоки и прочие. Основой огнестойких пен является жидкий полиуретан. В состав входят и другие компоненты, каждый из которых выполняет собственные функции:

катализаторы делают возможным использование пены при минусовых температурах окружающей среды;
стабилизаторы обеспечивают равномерность нанесения и стойкость консистенции на различных поверхностях;
газ обеспечивает выталкивание состава из баллона;
вспенивающие вещества (вспениватели) обеспечивают увеличение смеси в объеме и ее затвердение;
огнестойкие свойства пены определяют антипрены (используются как правило минеральные) и графит или подобные вещества;
красители придают красный или розовый цвет, который позволяет отличить противопожарную пену от обычной и определить огнестойкость состава.

Справка. Огнестойкая пена может уступать обычным составам по степени пенообразования.

Принцип «работы» у огнеупорных материалов стандартный: при распылении увеличивается примерно в два раза, застывает и создает высокую степень адгезии, полимеризация происходит благодаря внутренним химическим реакциям или воздействию влаги, присутствующей в воздухе.

Противопожарные составы обладают стандартными свойствами:

высокая адгезия с различными строительными материалами, плохо сцепляется с пластиками, стеклом, полиэтиленом;
простота использования и обработки, излишки легко срезаются;
устойчива к плесени, грибку и повышенной влажности;
сохраняет собственные свойства при температурах в пределах от -60 до +100 градусов по Цельсию;
био- и химическая стойкость.

Пена монтажная Tytan B1 огнеупорная профессиональная 750 мл. Фото Петрович

Особенностью огнестойких пен является способность выдерживать температуру до 1000 градусов. Она не воспламеняется под воздействием открытого огня в течение определенного периода времени, указанного на упаковке и в маркировке. По истечении этого времени пена все же загорается, но при прекращении пламени самостоятельно затухает. Воздействие высоких температур при этом не приводит к тому, что смесь будет плавиться, стекать и капать.

Недостатком противопожарной монтажной пены является отсутствие стойкости к воздействию ультрафиолета. Прямые солнечные лучи вызывают разрушение. Поэтому после нанесения необходима обработка: покраска, нанесение штукатурки или шпаклевки.

Виды огнезащитной пены, маркировка

Классификация огнестойких составов осуществляется по нескольким признакам:

Сфера применения. Бытовая и профессиональная. Значительная часть противопожарной пены, представленной на рынке, относится ко второму типу. Составы для профессиональных нужд выпускаются в больших по объему баллонах, емкость которых превышает 750 мл. Они предназначены для установки пистолета. Бытовые составы оснащаются специальной пластиковой трубочкой-аппликатором. Профессиональная пена обладает лучшей устойчивостью к отрытому огню.

Пена монтажная профессиональная огнеупорная KRAFTOOL Kraftflex Premium B1 750 мл. Фото Стройландия

Класс огнестойкости. Время, в течение которого пена успешно сопротивляется воздействию открытого пламени, зависит от класса огнестойкости, обозначающегося маркировкой на баллоне:

В1, наивысшая огнестойкость. Предназначена для изоляции зданий с повышенными требованиями относительно пожарной безопасности и с максимальной концентрацией людей. Используется при монтаже печей, каминов и другого оборудования, создающего повышенную опасность. Сохраняет свойства при длительном воздействии открытого пламени, не поддерживает горение.
В2, огнестойкость среднего класса (уровня). Используется для сооружений с малой проходимостью. Не может продолжительное время противостоять открытому огню. Под воздействием высоких температур плавится с выделением незначительного количества токсинов. Самостоятельно затухает при устранении пламени. Подходит для герметизации водопроводных, канализационных и тепловых коммуникаций.
В3 — горючая пена, не пользующаяся популярностью в современном строительстве из-за низкой эффективности, самозатухает при прекращении действия пламени.

Коэффициент огнестойкости — параметр, демонстрирующий время сопротивления открытому огню при температуре в 1000 градусов, измеряется в минутах, указывается в маркировке, например, EI 30. Пена не загорается и сохраняет собственные свойства в течение 30 минут. Составы данного вида рекомендуются для применения в зданиях с проходимостью не более 300 человек. EI 60 и EI 90 сопротивляются огню 60 и 90 минут соответственно, предназначены для использования в учебных и медицинских учреждениях, торговых центрах. EI 120, EI 240 и EI 360 — составы, обеспечивающие наивысший уровень защиты, противостоят огню до 360 минут. Подходят для зданий , к которым предъявляются повышенные требования к пожарной безопасности.

Сезон применения, температурные условия при нанесении. Различают летнюю, всесезонную и зимнюю пену. Летнюю необходимо наносить при температуре от +5 до +30/35 градусов. Всесезонная рекомендуется к применению летом или весной/осенью, поэтому температуры составляют от -5 до +30, в некоторых случаях — от -10 градусов. Зимняя пена подходит для нанесения при температуре минимум -18, встречаются варианты, выдерживающие температуру в -25 градусов, но они не обладают огнеупорностью. В большинстве случаев противопожарные составы относятся к типу всесезонных материалов.

Коэффициент расширения, существенно влияющий на расход материала, измеряется в процентах. Сильно расширяющиеся способны увеличиваться в объеме в пять раз. Средне расширяющиеся — в три, слабо — в два. Распространены на рынке и составы с низким коэффициентом расширения, минимальный показатель составляет 15%.

Справка. Использование пены при минусовых температурах уменьшает коэффициент расширения. В результате объем смеси будет меньше, чем в процессе использования при более высоких температурах.

Состав. Однокомпонентная пена застывает при нормальной влажности воздуха. Перед нанесением рекомендуется увлажнять поверхность, что позволит увеличить адгезионные свойства. Для получения наилучшего результата поверхность необходимо очистить и загрунтовать. Двухкомпонентная застывает в процессе химической реакции.

Выход пены — количество состава, получаемое из одного баллона, измеряется в литрах, часто указывается в маркировке. Наибольшей популярностью пользуются варианты с выходом до 65 литров.

Сколько сохнет? Время образования пленки на поверхности, проведения обработки и полной полимеризации представлены на баллоне.

Цвет. Основными цветами являются красный, розовый, коричневый.

Сферы применения противопожарной пены

Огнестойкая монтажная пена предназначена для применения в тех местах, к которым предъявляются повышенные требования в противопожарной безопасности, а также в зданиях со значительным скоплением людей: образовательные и медицинские учреждения; предприятия общественного питания, рестораны и кафе; торговые центры.

Строительные и ремонтные работы, герметизация и фиксация с огнезащитой выполняются с применением монтажной пены, а именно заделка проемов при прокладке инженерных систем и кабелей, изоляция электрических проводов, выключателей, разъемов и розеток, систем водоснабжения и отопления, установка перегородок, перекрытий и противопожарных дверей.

Пена монтажная пистолетная Mastertex B1 огнеупорная 750 мл. Фото Леруа Мерлен

В СНиПе также присутствуют рекомендацию по использованию: герметизация швов и соединений возле печей и каминов, дымоходов; для бань и саун, в частности, для изоляции оборудования; для зазоров между рамами при высоких требования норм пожарной безопасности.

Кроме этого, пена огнестойкая применяется:

в работах, где требуется утепление и ограждение от возгораний, изоляция кровель, мансард, чердаков;
для термо- и шумоизоляции, герметизации моторных отсеков и автомобильных салонов;
рекомендуется и для обычного монтажа, лучше выбрать пену с небольшим коэффициентом огнестойкости, чем стандартный вариант.

Расход

Производители обычно указывают ориентировочные показатели расхода на единицу площади (1 кв.м.). Но на практике расход зависит от нескольких факторов:

ширина обрабатываемой поверхности,
глубина заполнения, толщина шва,
температура и влажность окружающей среды,
состав пены,
способ нанесения (с помощью аппликатора или пистолета),
равномерность нанесения,
наличие или отсутствие дозирующего устройства,
навыки и уровень профессионализма исполнителя,
способность пены к расширению,
торговая марка.

Пена монтажная GROVER B1 огнеупорная профессиональная всесезонная 750 мл. Фото Максидом

Важной характеристикой является производительность пены. Баллон объемом 300 мл. в среднем дает порядка 30 литров пены, чего достаточно для монтажа одной двери, 500 мл — 40-45 л., возможно установить два окна, 750 мл. — 50-55 л. будет достаточно для заделки щелей двух дверных коробок. Некоторые производители предоставляют параметры расхода собственной продукции. Но приводимые предприятиями данные подразумевают выполнение работ в идеальных условиях, что на практике встречается крайне редко.

Кроме этого, существуют формулы расчета. Если шов прямоугольный, то потребуется следующая формула — Р = Ш х Г, где:

Р — расход, мл/1м.п шва;
Ш — ширина шва, мм;
Г — глубина шва, мм.

Формула расчета расхода пены при заполнении треугольных швов — Р = 0,5 х Ш х Г.

Некоторые компании располагают на собственных сайтах онлайн-калькуляторы, внесение данных (параметры шва, тип и выход пены, сезон выполнения работ) в которые позволит узнать необходимое количество баллонов или длину шва. Но ни одна инструкция и способ расчета не обеспечивают точного результата. Все рекомендации и указания приблизительны. Поэтому рекомендуется приобретать пену с запасом.

Производители

Многие производители предлагают огнеупорные составы, в ассортименте крупных компаний представлены нередко и более одного варианта.

Пена монтажная Soudal огнестойкая 750 мл. Фото Петрович

Приведем примеры:

Makroflex FR77 ПРО с коэффициентом огнестойкости в 240 минут и классом огнестойкости — В1;
Tytan Professional B1, маркировка демонстрирует класс огнестойкости, однокомпонентный состав предназначен для использования при температурах от -10 до +30 градусов;
ТЕХНОНИКОЛЬ 240 PROFESSIONAL — однокомпонентная пена, отличающаяся доступной стоимостью, что обеспечивает ей преимущество перед зарубежными аналогами;
Soudal предлагает сразу три варианта: для бытового применения, для профессиональных нужд и с маркировкой «Click & Fix»;
ОГНЕЗА EI240 наносится при температуре от +5 до +35 градусов, эксплуатируется — от -40 до +80;
Penosil Premium Fire Rated Foam B1 — летняя пена, выдерживающая воздействие огня в течение трех часов;
Nullifire FF197 — однокомпонентное профессиональное средство от американского производителя;
Remontix — пена российского производства, оптимальное соотношение «цена-качество».

Данные варианты противопожарных составов являются не полным перечнем предложений от производителей. Другие предприятия и противопожарные средства представлены отдельно.

Опрос: какая лучшая?

Каждый исполнитель обладает собственным мнением о качестве огнестойких монтажных пен, которое возможно высказать в опросе и в комментариях к статье.

Загрузка …

Как выбрать

При выборе рекомендуется обращать особое внимание на продукцию известных торговых марок. Покупку следует осуществлять у проверенных поставщиков, тогда характеристики будут соответствовать заявленным. Не нужно приобретать продукцию по цене намного меньшей заявленной у производителя и официальных поставщиков. Велика вероятность купить некачественный товар. Материалы ведущих торговых марок нередко подделывают, отсюда большое количество негативных отзывов о пенах отдельных брендов, в частности, ТЕХНОНИКОЛЬ.

Важно обращать внимание на объем баллона и выход пены, у разных производителей первый показатель может совпадать, а второй — значительно различаться.

Пена класса В1 рекомендуется для выполнения монтажа печей и каминов, В2 — для изоляции водопроводных, канализационных, тепловых сетей, В3 — подходит для использования в нежилых помещениях, в которых отсутствуют источники открытого огня.

Видео

Где купить

Продажей монтажных пен различных видов, в том числе и огнестойких, занимаются многие компании. Востребованность материалов обеспечивает широкое разнообразие предложений от производителей и поставщиков, некоторые собраны здесь.

Пена монтажная противопожарная

При всех своих достоинствах стандартная монтажная пена обладает существенным изъяном. Вспененный полиуретан, на основе которого производится материал, обладает высокой горючестью. Это значит, что при распространении фронта пламени, пенополиуретан, которым зафиксированы двери в проеме, может стать причиной распространения пожара сводит на нет все преимущества огнеупорного бронированного полотна. Поэтому для отделочных работ помещений, к которым предъявляются особые требования, используется огнестойкая или противопожарная монтажная пена.

Как работает огнестойкая пенополиуретановая матрица

Основой для изготовления противопожарной массы остался все тот же пенополиуретан, но теперь насыщенный специальными гасящими добавками, но принципиально не влияющими на характеристики вспененной массы как строительного материала.

Благодаря присадкам на силикатов натрия, солей хрома и бария удается обеспечить защиту монтажной пены в условиях сильного нагрева и прямого воздействия фронта горения:

Максимально снизить тепловые потоки, выдаваемого пламенем, проникающие во внутрь огнестойкой монтажной пены, тем самым исключить термическую деградацию и разложение вспененной массы;
Блокировать просачивание через противопожарный слой монтажной пены образующихся при горении дыма и летучих веществ, в том числе угарного газа, диоксинов и продуктов разложения облицовочного пластика и утеплителя;
Снизить восприимчивость горючего пенополиуретана к фронту открытого пламени. За счет выделения ингибиторов-присадок к полиуретану, противопожарная пена не так активно поддерживает горение, как обычный монтажный материал.

К сведению! При соприкосновении с пламенем противопожарная вспененная масса обугливается и частично выгорает в тонком поверхностном слое, темнеет, тлеет, уплотняется до прочной корочки.

Черная обуглившаяся корка противопожарной пены , насыщенная антипиренами и остатками продуктов разложения подобно скорлупе изолирует монтажную пену от соприкосновения с кислородом воздуха и горячим пламенем.

В результате все что сгорело и обуглилось не рассыпается легкой золой подобно бумажному пеплу, а остается на поверхности монтажной массы. Высококлассная противопожарная пена ведет себя подобно капле жидкого стекла, попавшего в огонь. При нагреве капля моментально вскипает и вспенивается в пористую, негорючую минеральную массу, обладающую прекрасными противопожарными качествами. Так работают и присадки в противопожарной пене, только их содержание в монтажной массе на порядок меньше, иначе бы пенополиуретан было бы просто невозможно выдавить из баллона из-за огромной вязкости.

Таким образом противопожарная огнеупорная пена способна изолировать очаг с высокой температурой, даже если нет отрытого пламени.

В соответствии требованиями строительных правил противопожарную пену используют для установки дверей вентиляционных систем в помещениях с идеальными условиями мгновенного распространения фронта горения:

В офисах и учреждениях с большим количеством посетителей;
Торговых центрах, больницах, кинотеатрах и даже стадионах;
Складских помещениях, хранилищах, подземных паркингах.

Пенополиуретаном с противопожарными свойствами заливают монтажные коробки с электропроводкой, крепят боксы с автоматикой, системами питания приводов пожарных ворот, автоматическими пожарными сигнализациями. В некоторых случаях строительные нормы № 2101-97 допускают лишь поверхностную заделку монтажного слоя противопожарной пеной, но чаще всего требуют заполнять проем на 100% огнестойким материалом.

Материалы делят на три категории, из которых В1 – противопожарная масса не воспламеняется и не горит даже находясь во фронте пламени, В2 – высококачественные самозатухающие монтажные пенополиуретаны, В3 – смеси с высокой горючестью.

Как проверяют и сертифицируют монтажные материалы

Противопожарную пену легко отличить от обычной монтажной массы по трем признакам:

Цвет огнестойкой пены колеблется от насыщенного розово-фиолетового до бордово-красного, тогда как обычный пенополиуретан всегда остается светло-желтым или коричневый;
Повышенная плотность. Баллон стандартной емкости с противопожарной массой будет ощутимо тяжелее чем аналогичная емкость с обычной смесью;
Вязкость противопожарного пенополиуретана значительно выше, с одного баллона удается выдавить не более 35 л вспененной массы, тогда как для обычной монтажной пены хорошего качества этот показатель может достигать 45-60 л.

К сведению! Противопожарная пена маркируется на упаковке советующими индексами, например EI240, ЕI60, EI120, EI30.

Буквенно-числовая маркировка является индексом огнестойкости, обозначающим среднее время полного сопротивления фронту пламени, например EI30, означает что слой выдержит воздействие огня лишь в течение 30мин . Сведения должны подтверждаться протоколом испытаний и пожарным сертификатом на монтажную противопожарную пену.

Кроме сведений по классу огнестойкости, указываемых производителем, законодательство требует получения сертификата соответствия на пену монтажную противопожарную по целому спектру дополнительных характеристик:

Индекс воспламеняемости материала по ГОСТ30402;
Показатель РП1-РП4,теплозащита или склонность к распространению огня;
Выделение монтажной пеной дыма, индекс Д1-Д3;
Токсичность продуктов разложения по ГОСТ121044.

Кроме того импортерам и производителям приходится документально доказывать в Роспотребнадзоре безопасность монтажной пены для здоровья человека, а в ФСЭТАНе нужно подтвердить отсутствие озоноразрушающих фреонов, так как товар выпускается исключительно в аэрозольных баллонах.

Наиболее популярные марки противопожарной пены

Не взирая на тот факт, что базовым веществом для противопожарной пены всех марок остается пенополиуретан огнестойкие монтажные материалы могут сильно отличаться по качеству. Поэтому имеет смысл обозначить первую пятерку торговых марок, многократно подтвердивших качество огнестойкой продукции:

Финская Makroflex;
Итальянская Nullifire;
Эстонский Penosil или бельгийский Soudafoam
Российские Огнеза и Redsun.

Большинство торговых марок противопожарных монтажных материалов представлено достаточно большим количеством вариантов как профессионального так и любительского направления.

Финские и итальянские противопожарные пены

Одним из наиболее старых и известных производителей вспененных материалов в Европе считается финская корпорация Макрофлекс. Можно насчитать не менее десятка марок монтажная пена огнестойкая макрофлекс, большая часть из которых успешно производятся в по всему миру, включая Россию.

Финская пена Makroflex FR77, производства Германии, имеет следующие характеристики:

Индекс сопротивления горению или огнестойкость — EI240;
Прочность монтажной пены на остлаивание -5 Н/см²;
Время полного отверждения 12 ч;
Водопоглощение составляет всего 0,3%.

С одного баллона в 750мл выходит до 45л противопожарной массы, вторичное расширение отсутствует. После раскрытия баллон может храниться в течение года без потери противопожарных качеств пены. Плотность вспененного материала -14 кг/м³, что является одним из лучших в своем классе.

Не менее популярной считается линейка монтажная противопожарная полиуретановая пены Nullifire. Продукция итальянского производителя несколько проще и легче чем противопожарные материалы Макрофлекс, но они в большей части ориентированы на быструю отделку и не требуют выдерживания по 12ч для полной стабилизации противопожарного материала.

Среди марок, представленных на отечественном рынке, особо следует выделить противопожарную монтажную пену Nullifire FF197. Огнестойкий материал можно подвергать обрезке и очистке уже через 40-60мин после нанесения.

Пена выдерживает нагрев в течение 240 мин при сохранении класса В1. Характеристики монтажная противопожарная полиуретановая пена Nullifire практически не отличаются Макрофлекса 77, но есть одна особенность. Если финская вспененная масса выдерживает прямой ультрафиолет солнца и не деградирует как подавляющее большинство монтажных пенополиуретанов, то Nullifire требует защиты от солнца с помощью фирменных акриловых лаков и герметиков.

Выпускается Nullifire 197 в аэрозолях по 880мл, с одного баллона получается стандартные 45л пенополиуретана. Материал идеально подходит для заделки узлов прохождения дымоходов, печных труб, каминных стояков.

Среди недорогих импортных марок монтажного вспененного полиуретана можно отметить продукцию компании Пеносил –Fire RaterB1. Материал рассчитан на 2-3ч сопротивления огню по классу В1, но в отличие от большинства противопожарных пенополиуретанов как импортного, так и отечественного производства, Fire RaterB1 обладает высочайшей степенью расширения. При минимальном расходе можно запенить объем, почти на 40% больше чем Макрофлексом.

Отечественные противопожарные пены

Относительно давно на рынке появилась и стала популярной пена Remontix Pro 65FireStop. С одного баллона 850мл можно получить до 65л противопожарного пенополиуретана. Класс горючести-Г1, индекс сопротивления огню –Е1120. Относительно недорогая и качественная монтажная масса обладает двумя недостатками:

Наличие вторичного цикла расширения в 25%;
Повышенная восприимчивость к ультрафиолету.

Поэтому Remontix, как и большинство импортных материалов требует дополнительной защиты от солнечного света.

На сегодняшний день лидером продаж по соотношению «цена-качество» можно назвать российскую огнестойкую монтажная пена Огнеза, одноименной компании.

Вспененный материал рассчитан на использование в частном и малоэтажном строительстве. Стойкость к фронту горения составляет 4ч по классу В1. Масса обладает высокой адгезией прекрасно прилипает даже к запыленному бетону. С одного баллона в 929 мл получается 45л монтажной массы.

Заключение

Говоря о монтажных противопожарных массах нельзя не упомянуть о легендарном материале – бельгийской огнестойкой полиуретановой пене Soudafoam 1K FR. Цена за один баллон выше чем российских Огнезы или Redsun, но материал того стоит. Во-первых правильно уложенный огнезащитный слой может выдерживать напор фронта горения в течение 6-ти часов, без просечек продуктами горения и угарным газом. Во-вторых, Soudafoam обладает высокой прочностью и плотностью, поэтому ее используют на особо ответственных участках также как и обычную монтажную массу, например приклеивают древесину. Лишним подтверждением высоких характеристик Soudafoam является то, что она достаточно популярна у профессионалов- облицовщиков.

Пена противопожарная, огнестойкая, огнеупорная

Главная » Пена противопожарная, огнестойкая, огнеупорная

Отдельная разновидность монтажной пены, обладающая особыми характеристиками. Высокая огнестойкость и огнеупорность этого материала дает возможность использовать его на тех объектах, к которым предъявляются повышенные противопожарные требования. Негорючая пена сохраняет все свои функциональные характеристики даже при воздействии открытого огня и высоких температур. Реализуемая нашей компанией, является чрезвычайно экономичной, поскольку позволяет не только выгодно осуществить монтажные работы, но и сократить трудозатраты на установку противопожарных выходов и люков.

375 Р
Высококачественная профессиональная однокомпонентная полиуретановая пена для монтажа, герметизации и изоляции конструкций с повышенным классом огнестойкости.
447,50 Р
СЕРТИФИКАТ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РФ. Cопротивляемость действию огня до 229 минут. Огнезащитная полиуретановая пена быстрого соединения Soudafoam FR GUN – это однокомпонентная, саморасширяющаяся, готовая к применению полиуретановая пена. Применяемый пропеллант совершенно безвреден для озоновой прослойки атмосферы. Стойкость к огню может достигать 229 минут (Протокол испытаний 9279). При установке огнестойких оконных и дверных рам. Огнестойкие и дымоизолирующие соединения между стенами, потолками и полами.Заполнение пустот.Герметизация пустот в конструкциях крышГерметизация проходных отверстий проводки кабелей и трубопровода.Звуконепроницаемая изоляция.Сцепление изоляционных материалов.Нанесение звукопоглощающих слоев.Улучшение теплоизоляции на холодильных складах.
385 Р
ПЕНА ОГНЕСТОЙКАЯ DBS 9802-NBS Однокомпонентная, монтажно-изоляционная противопожарная пена предназначена для огнестойких уплотнений. Свойства Огнестойкая. Негорючесть. Затвердевает под влиянием атмосферной влаги. Обеспечивает хорошую акустическую и термическую изоляцию. Не пропускает дыма, воздуха и газов. Обладает хорошей адгезией к различным строительным поверхностям. Экологическая. Заполняет любые полости.
410 Р
Противопожарная пена Nullifire ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА • сертифицированы по последним британским и европейским стандартам BS EN 1366-4, DIN 4102 Часть 1 (B1), EN13501 и СЕРТИФИКАТ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РФ: • Класс огнестойкости — B1 • Очень хорошие адгезионные качества к большинству строительных материалов • Действует как эффективная защита от огня до 4-х часов (BS EN 1366-4)
522,50 Р
Применение огнестойкой монтажной пены Premium FIRE BLOCK: для заполнения швов между жёсткими минеральными или металлическими стройматериалами, где свойствам пены предъявляются повышенные требования по огнестойкости. В таких местах огнестойкость пены достигает 240 минут, что по Европейским стандартам соответствует B классу стройматериалов, а по Немецким стандартам — B1 классу при установке дверных рам для тепловой изоляции пространства между оконной коробкой и кладкой для изоляции линии водопровода для изоляции и шумопоглощения ванн и душевых поддонов для заполнения сквозных трещин в каменной кладке и др. при кровельных работах по теплоизоляции и приклеиванию черепицы
445 Р
СЕРТИФИКАТ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РФ. ПЕНА ОГНЕСТОЙКАЯ Однокомпонентная, монтажно-изоляционная противопожарная пена предназначена для огнестойких уплотнений. Свойства Огнестойкая. Затвердевает под влиянием атмосферной влаги. Обеспечивает хорошую акустическую и термическую изоляцию. Не пропускает дыма, воздуха и газов. Обладает хорошей адгезией к различным строительным поверхностям. Экологическая. Заполняет любые полости. Цвет: розовый. Продажа от 1-ой коробки (12 баллонов).
342,50 Р
Сертифицированная монтажная пена с высокой огнестойкостью. С однородной структурой и небольшим последующим расширением. Отличное сцепление с различными строительными материалами. Качественный результат при самых разных погодных условиях. Используется с пистолетом для пены.
2 550 Р
Применение Гипсокартон, бетон и каменная кладка Пучки кабелей и кабельные лотки Отдельные кабели, пучки кабелей и кабельные лотки Металлические трубы Подходит для нестандартных и труднодоступных отверстий

Воспламеняемость — Ассоциация по производству пенополиуретана

На протяжении многих десятилетий PFA помогала руководить разработкой стандартов как частного сектора, так и государственных постановлений, регулирующих воспламеняемость продуктов, содержащих FPF.

Матрас проходит испытания в соответствии с Федеральным законом о воспламеняемости, 16 CFR часть 1633.

Матрасы

В феврале 2006 года Комиссия по безопасности потребительских товаров США (CPSC) утвердила новый стандарт, устанавливающий обязательные национальные критерии пожарной безопасности для большинства матрасов.PFA активно поддерживал новый стандарт и работал с CPSC, Международной ассоциацией продуктов для сна (ISPA), Советом по безопасности продуктов для сна (SPSC) и другими отраслевыми группами в его разработке. 1 июля 2007 г. вступил в силу новый Федеральный стандарт матрасов с открытым пламенем (16 CFR, часть 1633). Соответствие требованиям в значительной степени достигается за счет использования огнезащитных материалов, которые ограничивают использование внутренних амортизирующих материалов при возгорании матрасов.

ТБ-117-2013 Аппарат испытательный.Под белую ткань кладут зажженную сигарету.

Мягкая мебель

В 2013 году Калифорнийское бюро бытовых товаров и услуг (BHGS) утвердило новую версию Калифорнийского технического бюллетеня 117. Пересмотренный CA TB-117-2013 отвечает на опасения, что более ранний стандарт привел к увеличению использования антипиренов (FR). в пенопласте и мебели. PFA снова работала в тесном сотрудничестве с Бюро, а также с другими заинтересованными сторонами, в том числе с Американским альянсом мебели для дома (AHFA), над разработкой обновленного стандарта.ТБ-117-2013 фокусируется на возгорании мебели от тлеющих источников, таких как сигареты, на долю которых приходится примерно 90% мебельных пожаров.

В конце 2020 года Конгресс США принял California TB-117-2013 в качестве национального стандарта для мягкой мебели, продаваемой на всей территории США.

Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA), ASTM и органы типового строительного кодекса также рассмотрели стандарты горючести мягкой мебели. Коммерческие интересы, которым выгодны изменения в конструкции мебели и требованиях к испытаниям, предложили ряд мер, которые увеличили бы стоимость и сложность производства мебели и ее компонентов.Предложения часто призывают к сопротивлению источникам открытого пламени, таким как горящие занавески или преднамеренно разводимые костры. По сравнению с федеральными и государственными регулирующими органами, органы по стандартизации менее склонны учитывать экономические и производственные проблемы, которые такие изменения возлагают на производителей мебели и потребителей. PFA и ее союзники по отраслям и общественным интересам активно участвуют в разработке стандартов, чтобы избежать необоснованных требований по воспламеняемости, подобных этим.

Автомобили и самолеты

В Северной Америке FPF, используемые в автомобилях, должны соответствовать Федеральному стандарту безопасности автотранспортных средств MVSS-302, который находится в ведении U.S. Департамент транспорта. Это правило, которое применяется как к плиточному, так и к формованному пенопласту, обычно требует огнестойкой обработки пенопласта. Размещение в самолетах регулируется Министерством транспорта в соответствии с разделом 25.853 (a) Федерального авиационного законодательства и Приложением F FAR 25.853 (c). Этот стандарт соблюдается за счет комбинации обработки FR и материалов, препятствующих воспламенению. Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о стандартах воспламеняемости пены, используемой в автомобилях и самолетах.

Будьте активны в предотвращении пожаров

PFA является партнером Управления пожарной безопасности США и Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA).Мы предлагаем вам воспользоваться загружаемыми учебными материалами, чтобы принимать меры по предотвращению пожаров в вашей компании и в вашем районе:

Планирование эвакуации
Менее 75% американских семей имеют план эвакуации на случай пожара. Менее половины семей, у которых есть планы, когда-либо практиковали это. Помогите своей семье, сотрудникам и соседям планировать все заранее. Каждый должен знать, что делать и куда идти в случае пожара. Загрузите и распространите это важное напоминание о планировании побега.

Курение и домашние пожары
Ежегодно почти 1000 курильщиков и некурящих погибают в результате домашних пожаров, вызванных сигаретами и другими курительными материалами. Пожарная администрация США работает над предотвращением смертей и травм в результате пожара в доме, вызванных курением. предотвратимы пожары, вызванные сигаретами и другими курительными материалами.
https://www.usfa.fema.gov/prevention/outreach/smoking.html

Установить. Осмотреть. Защищать.
Установить.Осмотреть. Защищать. Кампания является частью усилий Управления пожарной охраны США по сокращению смертей и травм в результате пожаров по всей стране, призывая жителей устанавливать дымовые извещатели в своих домах, а также регулярно их проверять и обслуживать. Работающие дымовые извещатели и спринклеры спасают жизни.
https://www.usfa.fema.gov/prevention/outreach/smoke_alarms.html

Новости Klausbruckner & Associates »Опасность возгорания полиуретановой пены

Известно, что возгорание пенополиуретана приводит к очень высокому уровню тепловыделения и образованию чрезвычайно токсичных паров.В результате эти типы пожаров создают уникальные проблемы для жизни, пожарных, безопасности имущества и пожаротушения. В этом исследовании возгорание пенополиуретана и процессы его возгорания исследуются с помощью симулятора динамики пожара. Прогнозы программного инструмента были подтверждены результатами испытаний экспериментальных ожогов. Сравнение моделирования и испытаний на огнестойкость продемонстрировало беспрецедентно хорошую корреляцию. Это легло в основу данного исследования, подтверждающего модель и обеспечивающего надежное понимание природы и последовательности различных происходящих событий горения.

Прогнозы модели будут использоваться для оценки воздействия пожаров полиуретановой пены на мощность систем противопожарной защиты, таких как воздействие образования дыма или время срабатывания спринклера.

Обновление , сентябрь 2015 г .: С момента публикации этой статьи исследование пожаров ППУ было расширено с целью сбора дополнительных сведений об их поведении при горении и связанных с ними процессах горения. Обновления этой статьи более подробно обсуждаются ниже, см. Внизу этой страницы.

Введение

Продукты на основе пенополиуретана (ППУ) используются во множестве предметов домашнего обихода, таких как матрасы, обивка, постельные принадлежности и детские манежи. В результате они стали обычным явлением не только в жилых домах, но также на складах и в коммерческих целях.

Известно, что в условиях пожара эти типы продуктов производят очень высокую скорость тепловыделения, что, в свою очередь, может представлять значительные проблемы для пожаротушения, а также для пожарной безопасности и безопасности зданий.В частности, влияние роста пожара и образования дыма от пожаров PUF и его влияние на время срабатывания спринклера и системы контроля дыма представляет интерес для оценки возможностей систем противопожарной защиты.

Использование компьютерного моделирования пожара

Компьютерное моделирование пожара часто является очень экономичным и осуществимым методом анализа пожаров для конкретного сценария и набора условий. Однако пожары и связанные с ними процессы горения основаны на физически сложных и сложных явлениях.Следовательно, использование инструментов компьютерной гидродинамики (CFD) требует хорошего понимания всех задействованных физических процессов.

В то же время важно знать ограничения применяемых численных процедур. Однако, когда сценарии пожара смоделированы правильно, окончательные прогнозы могут быть очень близки к фактическим результатам пожара. Прогнозы этих моделей затем можно использовать для объяснения последовательности и возникновения различных событий в процессе горения, а также их воздействия на окружающую среду.Это часто дает понимание, которое иначе невозможно получить.

FDS, сокращение от Fire Dynamics Simulator, используется в этом исследовании и является одним из ведущих программных инструментов CFD в отрасли противопожарной защиты. Он специально разработан для исследования широкого спектра сценариев возгорания.

Цель и подход

Рис. 1. Огнестойкие испытания NIST: скорость тепловыделения.
(Щелкните для увеличения)

Целью данного исследования является моделирование динамики пожара, т. Е. Распространения пламени, роста пламени и результирующих скоростей тепловыделения для горизонтально расположенных материалов на основе ППУ, а также сравнение прогнозов с фактическими испытаниями на огнестойкость, выполненными NIST (Национальный Институт стандартов и технологий).Для достижения этой основной цели модель должна включать критические процессы горения, которые имеют место во время небольших и крупных пожаров ППУ.

NIST провел экспериментальные испытания на горение ¹ на плитах из пенополиуретана толщиной 4 дюйма (10 см) и шириной 4 фута x 4 фута (1,2 м x 1,2 м). Результаты этих испытаний на горение используются для сравнения с моделью, разработанной для моделирования распространения пламени, тепловых потоков и образования дыма с течением времени (рис. 1).

Модель

Рисунок 2.Фронт пламени и температурный профиль по центральной линии во время горения полиола. (Нажмите, чтобы увеличить)

Разработана модель вычислительной гидродинамики (CFD), основанная на FDS версии 5.5. FDS — это программный инструмент CFD с низким числом Маха. Другими словами, моделируются только пожары, а не взрывы (горения или взрывы). При моделировании возгорания ППУ необходимо внимательно изучить процесс производства ППУ, чтобы лучше понять некоторые важные детали процесса горения. Во время изготовления / производства для создания пены используются два основных материала:

· Изоцианат (обычно толуолдиизоцианат, TDI)
· Полиол простого полиэфира.

Пропорции этих двух материалов составляют примерно одну треть ТДИ и две трети полиола. Коммерческие пены могут также содержать другие ингредиенты, такие как поверхностно-активные вещества и антипирены. Фактически, эти дополнительные ингредиенты могут повлиять на физические свойства ППУ и свойства горения.

В процессе сгорания пена разлагается на свои исходные составляющие, а именно на ТДИ и полиол, и, в конечном итоге, на обугливание. Для этого исследования в экспериментальных испытаниях на огнестойкость ¹ использовалась имеющаяся в продаже, гибкая, негорючая полиэфирная полиуретановая пена.Свойства материала были получены из мелкомасштабных (микрокалориметрических) экспериментов, выполненных ¹, и из литературы.

Таблица 1. Свойства материала PUF

Свойство	Пенополиуретан	Толуолдиизоцианат	Полиэфирный полиол
Плотность	27 кг / м ³ или 1,7 фунт / фут ³	1210 кг / м ³ или 75,5 фунт / фут ³	1012 3 кг / м или 63.2 фунт / фут ³
Теплота сгорания	27100 кДж / кг или 11660 БТЕ / фунт	9600 кДж / кг или 4130 БТЕ / фунт	17500 кДж / кг или 7530 БТЕ / фунт

Дополнительные свойства материала можно найти в ссылке ¹

На основе свойств материала в таблице 1 для этого исследования разработана многослойная модель с двумя материалами (т.е. моделируются уложенные однородные слои TDI и полиола) . Количество ячеек, применяемых в моделях FDS во время разработки, колеблется от полумиллиона до четырех миллионов ячеек.Моделирование выполняется на выделенном компьютере с двенадцатью процессорами Intel XEON с использованием версии FDS для параллельных вычислений.

Первоначальные усилия по моделированию включали моделирование процесса горения для каждого отдельного горючего материала, TDI и полиола соответственно. Этот шаг оказался решающим в создании реалистичной отправной точки для сборки по существу двухфазной модели горения, имитирующей разложение ППУ обратно на ТДИ и полиол при воспламенении.

Обсуждение результатов

Для целей данного обсуждения весь процесс сгорания разделен на три фазы.

Рис. 3. Скорости тепловыделения при моделировании и испытании на огнестойкость.

TDI горения

После возгорания плиты ППУ вдоль одного края плиты огонь распространяется радиально наружу. Из экспериментов ¹ при сжигании ППУ известно, что сначала будет гореть ТДИ, а после его израсходования начнет гореть полиол. Во время горения в этой фазе скорость тепловыделения медленно увеличивается, а затем выравнивается, когда достигается начало фазы горения полиола.

Приблиз. 180 секунд и скорость тепловыделения (HRR) примерно 0,68 миллиона БТЕ / час (200 кВт) (рис. 3), прогнозируемый фронт пламени распространился по поверхности пены, и огонь полностью охватил плиту. В центральной области TDI сгорел, и части слоя полиола теперь обнажены и сгорают, хотя они еще не начали выделять большую часть своей накопленной энергии. Наблюдения при испытании на огнестойкость ¹ демонстрируют, что части пены разрушились, и на дне поддона остался «слой расплава».Во время этой фазы образование дыма постепенно увеличивается, и дым быстро заполняет контрольный объем (Рисунок 5).

Полиол для сжигания

Когда большая часть TDI израсходована, образуется большое количество полиола. Полиол воспламеняется и полностью высвобождает свою энергию. Эта фаза сгорания с высоким тепловыделением длится примерно от 180 до 260 секунд (Рисунок 3). Максимальные зарегистрированные значения HRR при моделировании пожара составляют около 3,7 миллиона БТЕ / час (примерно от 1070 кВт до 1110 кВт).Эти прогнозируемые значения находятся в пределах диапазона HRR, измеренного во время экспериментальных огневых испытаний, т.е. измеренные значения варьируются от примерно 2 миллионов БТЕ / час до 3,7 миллиона БТЕ / час (от 600 кВт до 1100 кВт, рисунок 1).

Полиол горит настолько горячо, что, по сути, образует «огненный столб» с сильным жаром (рис. 4). Модель предсказывает, что фронт пламени на мгновение приближается к высоте более 14 футов с температурой пламени, достигающей 1500 градусов по Фаренгейту (примерно 820 градусов по Цельсию, рис. 2).Рассчитана пиковая плотность теплового потока (тепловая мощность на единицу площади) 0,2 миллиона БТЕ / ч / фут ² (760 кВт / м ²). Выработка дыма параллельна развитию тепловыделения в том смысле, что в течение этой фазы оно увеличивается, достигает пика и затем уменьшается. К моменту завершения второй фазы сгорания все еще остается несгоревшая ППУ.

После сжигания полиола

Рис. 4. Развитие фронта пламени (без дыма) для индексов времени 150 сек, 220 сек и 300 сек.(Нажмите, чтобы увеличить)

Оставшийся PUF (в конечном итоге разлагающийся на TDI и полиол) будет гореть в течение некоторого времени (260–500 секунд), в течение которого еще выделяется значительное количество тепла. Однако из-за довольно небольшого количества сгорания ППУ (в начале этой фазы примерно 10% от общего количества доступного ТДИ и полиола) общее выделенное тепло намного меньше по сравнению с предыдущей фазой. Тем не менее, показатели тепловыделения от 0,5 до 0,7 миллиона БТЕ / час (от 150 до 200 кВт) все еще достигаются (Рисунок 3).Во время этой фазы высота пламени и образование дыма сначала немного возрастают (с тенденцией к небольшому увеличению тепловыделения), а затем уменьшаются до тех пор, пока огонь не погаснет.

Особые наблюдения FDS

Рис. 5. Развитие дыма при открытых граничных условиях, т.е. дым не накапливается в (вентилируемом) контрольном объеме для временных индексов
150 сек, 220 сек и 300 сек. (Нажмите, чтобы увеличить)

Имитационная модель включает две совершенно разные модели горения, одну для твердого топлива, а другую для жидкого топлива.Значительные усилия были затрачены на «объединение» двух моделей горения. Легко показать, что модель твердого топлива вполне способна точно предсказать динамику возгорания одного компонента TDI, и то же самое можно сказать о применении модели жидкого топлива для полиола.

Однако, как только две отдельные модели объединяются в единую модель, становится очевидным, что взаимодействие процессов горения является более сложным, чем предполагают модели для каждой из отдельных составляющих.Например, полиол при высоких температурах сгорает сразу же, в отличие от более низких температур, когда начало процесса сгорания с высоким тепловыделением, по-видимому, происходит с задержкой. Это может быть эффект фазового перехода, но требует дальнейшего изучения.

Возможно, дополнительная сложность, показанная во время разработки модели, ожидается, учитывая необходимость в первую очередь упростить процесс горения до «модели слоистого пиролиза» и невозможность применить более физический подход к разложению, другими словами, применяя « Layer »по сравнению с подходом к моделированию« ячейка за ячейкой », при котором каждая ячейка PUF разлагается на TDI и Polyol, а затем превращается в ее остаток.

В результате, это обязательство состоит в том, чтобы комбинация этих двух моделей создавала реалистичное представление задействованной физики и давала результаты, которые выгодно отличаются от экспериментальных. В итоге была получена конструкция модели, которая отличается не только своей простотой, но и полнотой в обращении и объяснении экспериментально наблюдаемых процессов горения. Присущая модели простота конструкции позволяет легко применять ее к другим сценариям сжигания с другой геометрией, ожидая получения точных результатов.

Заключение

Многослойная модель CFD разработана с использованием FDS для изучения огнестойкости плит из ППУ толщиной 4 дюйма (10 см), используемых во многих коммерческих целях. Прогнозы модели по сравнению с реальными испытаниями на горение демонстрируют очень хорошую корреляцию и точные прогнозы процессов горения, преобладающих при горении пенополиуретана.

Воздействие пожаров ППУ кратко описывается следующим образом:

Первоначальные огнестойкие свойства плиты из ППУ характеризуются воспламенением ТДИ.Как только TDI израсходован, полиол начнет гореть, что приведет к значительному увеличению тепловыделения. Высота пламени, образующегося во время этого процесса, в несколько раз превышает высоту пламени, возникающую при первоначальном горении ТДИ. Это важное соображение в сценариях складских помещений, особенно для стеллажного хранения с высокими стеллажами открытого пенополиуретана, считающегося «вспененным пластиком группы А».
Полиол перед тем, как начать горение, разложился до жидкого состояния и поэтому будет течь или капать, потенциально создавая места вторичного воспламенения и опасности.Фактически это нагретая горючая жидкость (с токсичными продуктами горения).
Хотя горение полиола относительно короткое и интенсивное, после того, как большая часть его израсходована, он вместе с оставшимся ТДИ продолжает гореть при более низких скоростях тепловыделения в течение довольно долгого времени и до тех пор, пока весь ППУ не сгорит и огонь не самозатухнет. .
Образование дыма при горении ТДИ меньше, чем при горении полиола, когда образование дыма достигает пика. Можно ожидать, что видимость вблизи очагов пожаров ППУ будет сильно нарушена — даже вскоре после возгорания.Однако реальное воздействие на видимость и токсичность будет зависеть от рассматриваемых параметров отдельной комнаты и окружающей среды.
вызывают серьезные опасения и создают опасность для жизни, поскольку при сжигании ТДИ и полиола образуются высокотоксичные пары оксидов азота и углерода, включая чрезвычайно токсичные углеводородные соединения, такие как цианистый водород.
Моделирование динамики возгорания при горении плит из пенополиуретана является сложной задачей и требует глубоких знаний о различных процессах разложения и химических реакциях.
Процесс горения характеризуется двухфазным разложением ТДИ и полиола, которое сложно моделировать. Многослойная модель точно предсказывает скорость тепловыделения во время горения. Это демонстрируется сравнением результатов моделирования с результатами реальных испытаний на сжигание.
Результаты моделирования демонстрируют способность FDS моделировать процессы двухфазного горения, в частности пожары PUF.
Разработка этой проверенной модели формирует основу и понимание для инженерного анализа для оценки времени срабатывания спринклера и образования дыма для больших зданий, которые содержат перекрытия и области из пенополиуретана при пожаре.

Обновление : дополнительные обсуждения отложенного сжигания полиола

Были проведены дополнительные исследования, в которых полиол (после его разложения из ППУ) сгорает без задержки (далее мы будем называть этот тип процесса горения «горением полиола без задержки», NDPC). Кривые смоделированных скоростей тепловыделения сравниваются с кривыми экспериментально полученных скоростей тепловыделения. Основное предположение для этого исследования состоит в том, что устранение задержки горения полиола приведет к кривым HRR, которые не демонстрируют всех эффектов задержки, как показано на рисунке 3, в периоды 110–180 секунд и 250–320 секунд.

В целях моделирования NDPC корректируются только числовые параметры, относящиеся к задержке процесса сгорания полиола, в то время как все остальные параметры модели остаются неизменными. Задержка горения полиола ранее обсуждаемой модели (показанной на рисунке 3 и называемой моделью с задержкой горения полиола, DPC) определяется как 100% эталонной задержки. На основании этой ссылки было выполнено дополнительное моделирование с 50% задержкой горения полиола (50% DPC). Опять же, все остальные параметры модели, использованные в этом дополнительном моделировании, остались неизменными.Цель этого второго моделирования — продемонстрировать постепенное влияние задержек сгорания полиола на общую HRR ППУ в условиях горения.

Рис. 6. Сравнение кривых HRR с различными задержками сгорания полиола

Обсуждение

Рисунок 7. Наклонные виды контурных линий разложения ППУ в начале горения полиола (верхнее и нижнее изображения, площадь поверхности полиола при горении окрашена в коричневый цвет). Среднее изображение: косая проекция ожога в то же время указатель (прибл.120 секунд), но с добавлением фронтов пламени.
(Нажмите, чтобы увеличить)

Во время фазы сгорания TDI кривые, отслеживающие скорость тепловыделения NDPC, идут параллельно кривым, отслеживающим выделение тепла, моделируемым моделью DPC, как показано на рисунке 6. Это наблюдение не должно вызывать удивления из-за того, что только TDI является горение во время этой фазы и все его материалы и параметры горения остались неизменными среди моделей. Как обсуждалось ранее, как только часть ТДИ полностью сгорит, на дне поддона начинает образовываться лужа расплава (рис. 7).Как только слой расплава сформирован, моделирование NDPC предсказывает немедленное возгорание полиола и немедленное высвобождение всей его доступной химической энергии. Максимальные показатели тепловыделения достигают примерно 580 кВт.

При сравнении с фактическими испытаниями на горение видно, что общие характеристики горения NDPC довольно плохо соответствуют характеристикам горения огневого испытания № 2 NIST, его наиболее близкого соответствия из всех испытаний на огнестойкость. Однако моделирование 50% DPC показывает гораздо лучшую корреляцию с экспериментальными огневыми испытаниями в целом и огневым испытанием №1 NIST в частности.

Задержки сгорания

полиола значительно повлияют на наблюдаемые максимальные скорости тепловыделения. Это подтверждается результатами моделирования HRR и их корреляцией с огневыми испытаниями, т. Е. Наблюдаемые пики тепловыделения составляют примерно 580 кВт (NDPC), 790 кВт (50% DPC) и 1100 кВт (100% DPC, эталонная задержка). .

Задержки горения полиола через плиту PUF для случая моделирования 100% DPC могут быть визуализированы с помощью трехмерной карты, рис. 8. Однако следует отметить, что трудно создать точные представления задержек горения с учетом неизвестна природа их причин.В приближении для имитации фактических задержек горения был нанесен дополнительный слой полиола с более низкой скоростью горения и различной толщиной по плоскости плиты. Моделируемые модели задержки полиола основаны на изменениях (локализованной) потери массы TDI через плиту PUF во время горения.

Различная толщина дополнительного слоя приведет к полному сгоранию открытого однородного слоя полиола с определенными задержками по всей плите. Фактически, результирующие временные задержки будут соответствовать распределению толщины, применяемому в дополнительном слое.Массу полиола, используемую в дополнительном слое, брали из общего баланса массы полиола.

Гипотеза

Если мы сосредоточимся на динамике возгорания при горении полиола и проигнорируем для краткости влияние сценариев вентиляции, можно сделать следующую гипотезу: общее количество тепла, выделяемого ППУ и регулируемое горением полиола, зависит от размера площадь поверхности при полном сгорании полиола в ванне расплава. Определена эффективная площадь слоя расплава, которая является основным фактором, способствующим сгоранию полиола с высоким тепловыделением.Эта эффективная площадь слоя расплава регулируется:

(1) Скорость разложения ППУ или скорость образования полиола
(2) Скорость истощения полиола

Следует отметить, что скорость истощения полиола также является функцией задержки сгорания полиола. Давайте дополнительно проясним этих участников и обсудим их отношения. Если полиол уже начинает полностью гореть на значительной площади, в то время как большая часть доступного полиола все еще создается (случай NDPC), то это снизит пиковые скорости тепловыделения ППУ, которые возникают позже в процессе горения.Однако это произойдет только в том случае, если оставшийся объем полиола (топливная нагрузка) этого раннего сгорания недостаточен для поддержания непрерывного горения до тех пор, пока не будет наблюдаться пиковое значение HRR.

Рис. 8. Смоделированная диаграмма задержки полиола (горелка расположена вдоль левого края).
(Щелкните, чтобы увеличить).

Другими словами, если в этом случае можно предположить, что поток жидкого полиола практически отсутствует с учетом вязкости полиола, предполагаемые относительно высокие углы смачивания границы раздела жидкость-подложка и относительно тонкий слой расплава на основе исследуемого образца ограниченная толщина и горизонтальная ориентация, тогда «локализованный объем» сгорающего полиола на ранней стадии будет уменьшен до такой степени, что останется очень мало материала для сгорания и, таким образом, будет выделяться тепло во время сгорания на поздней фазе оставшегося полиола.Это состояние представляет собой локальное «выгорание» полиола. В результате эффективная площадь поверхности слоя расплава при обжиге полиола уменьшается.

Влияние этого локального выгорания на HRR можно увидеть в испытании NIST № 2 и испытании № 4 на Рисунке 1. С другой стороны, оптимальные скорости тепловыделения будут иметь место, если задержки сгорания полиола соответствуют следующим условиям: (a) площадь поверхности ванны расплава имеет максимально возможный размер для данной геометрии образца с (b) достаточной глубиной слоя расплава (топливной загрузкой), чтобы поддерживать полное сгорание в течение достаточно длительного времени, чтобы достичь пика HRR.Результат этого влияния на HRR показан на Рисунке 3.

Сводка

Из этих имитаций и сравнений с результатами фактических испытаний на огнестойкость сделан вывод, что полиол будет гореть после разложения с некоторой задержкой, прежде чем будет высвобождена его полная химическая энергия. Испытания на огнестойкость показали, что величина задержки может варьироваться в зависимости от ожогов ППУ, даже при использовании испытательных образцов из одной и той же партии пенополиуретана ¹. Причины таких задержек сгорания неизвестны.

Мы надеемся, что эти дополнительные объяснения и подробности о вспененных материалах на основе полиуретана при горении дадут ответы на больше вопросов, чем они создают. Мы уверены, что многие идеи, обсуждаемые здесь, должны быть применимы и для других сценариев возгорания PUF, таких как процессы горения PUF с центральным зажиганием и с торцевого воспламенения. Возможно, самое главное, мы приветствуем любые усилия по углублению понимания горения ППУ. Это постоянная область исследований, которая, кажется, становится только более важной с течением времени, поэтому любые ценные идеи, которыми могут поделиться другие, будут приветствоваться.

Артикул:

[1] «ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРА НА ПЛИТЫ ИЗ ПОЛИУРЕТАНА» Prasad, K. R .; Kramer, R .; Marsh, N .; Ниден, М. Р., Отдел пожарных исследований, NIST, Гейтерсбург, 2009 г.

Явления возгорания жестких пенополиуретанов

3.1. Характеристика пены

СЭМ-микрофотографии поперечных сечений каждой пены были сделаны при увеличении 100 и показаны на рис. Все материалы имеют однородную ячеистую структуру, а также в основном закрытые ячейки.Это типично для жестких пенополиуретанов и желательно для большинства целей, поскольку стенки с закрытыми ячейками вызывают не только низкое водопоглощение и низкую проницаемость для влаги, но также удержание вспенивающего агента, что отвечает за их низкую теплопроводность. RPUF с плотностью около 30 кг / м ² часто имеет содержание закрытых ячеек 85–95% [1]. Исследованные пены показывают довольно однородные размеры ячеек, которые увеличиваются с уменьшением плотности пены. Кроме того, разные пены имеют сравнимую морфологию клеток при одинаковых плотностях, что делает их сопоставимыми по характеристикам горения.

СЭМ-микрофотографии клеточной структуры всех исследуемых материалов.

приводит результаты по теплопроводности и прочности на сжатие. Теплопроводность пен с закрытыми порами зависит от плотности, размера ячеек и газа внутри ячеек пены и не является линейной зависимостью. Фактически, теплопроводность определяется теплопроводностью твердого тела и газа, а также радиационным теплопереносом между стенками ячеек [37]. Приведенные данные показывают, что минимальная теплопроводность обычно находится в диапазоне 50–70 кг / м ³.Это согласуется с литературой [37] и связано с увеличением твердой проводимости, уменьшением радиационного вклада и небольшим уменьшением газовой проводимости с увеличением плотности. В литературе сообщалось, что ППУФ, продуваемый пентаном, имеет более низкую теплопроводность, чем ППУФ, продуваемый водой [38]. Это подтвердили измерения. Обычные RPUF, используемые для строительства, имеют плотность около 30 кг / м ³, а их теплопроводность может составлять всего 24 мВт / м · К [2]. Поскольку состав пен, исследованных в этом исследовании, не был оптимизирован в отношении их теплопроводности, λ увеличивается по сравнению с коммерческими системами.Из-за повышенной стабильности пенопластов с более высокой плотностью прочность на сжатие увеличивается с увеличением плотности [1]. В то время как PUR-P и PUR-H показали одинаковые значения прочности на сжатие при одинаковых плотностях, PIR-30-P имел значительно повышенную прочность на сжатие, составляющую 348 кПа, по сравнению с 195 кПа для PUR-30-P и 170 кПа для PUR-. 30-Н. Однако прочность на сжатие при плотности 100 кг / м ³ была аналогичной для пен PUR и PIR.

Таблица 2

Результаты определения характеристик пены.

ПИР-50-П 1091 ± 28

Материал	λ при 10 ° C (мВт / м · K)	Прочность на сжатие (кПа)
PUR-30-P	29,6 ± 0,2
PUR-50-P	25,7 ± 0,2	338 ± 4
PUR-30-H	29,8 ± 0,2	170 ± 8
PUR-50-H	27,7 ± 0,2	343 ± 14
PUR-70-H	28.5 ± 0,2	424 ± 10
ПУР-100-Н	26,6 ± 0,2	1025 ± 23
ПИР-30-П	28,6 ± 0,2	348 ± 2
28,2 ± 0,2	355 ± 4
ПИР-70-П	25,1 ± 0,2	369 ± 11
ПИР-100-П	29,8 ± 0,2

3.2. Анализ пиролиза и предельный кислородный индекс

В TG все материалы показали свою основную стадию разложения между 250 и 500 ° C.Кривые ТГ и скорости потери массы (MLR) пен PUR-P и PUR-H показаны на рис. Поскольку все пены измерялись как порошковые, плотность исходных материалов не оказывала значительного влияния на процесс пиролиза.

Результаты ТГ пен PUR-P, PUR-H и PIR-P.

Результаты ТГ показаны в. PUR-P и PUR-H показали аналогичное поведение при разложении с широким пиком между 250 и 500 ° C и четырьмя меньшими локальными максимумами. Для сравнения рассматривался только первый локальный пик. Температуры первого пика колебались от 290 до 296 ° C.Все пены имели остаток приблизительно 20 мас.%, А T _95% находился в диапазоне от 274 до 281 ° C; температура пиролиза (T _макс) составляла от 290 до 296 ° C.

Таблица 3

Результаты измерений TG и LOI.

Материал	T _95% (° C)	T _max (° C)	Остаток (мас.%)	Сред. Остаток (мас.%)	LOI (об.%)
PUR-30-P	274	290	19.9	19,8 ± 0,1	19,5 ± 0,3
ПУР-50-П	275	291	19,7	19,8 ± 0,1	20,4 ± 0,2
ПУР-30144 297			21,5	20,4 ± 1,1	20,1 ± 0,2
ПУР-50-Н	281	292	21,5		20,5 ± 0,2
						ПУР-50-Н	19,3	21.0 ± 0,2
ПУР-100-H	275	290	19,3		21,3 ± 0,1
ПИР-30-П	279	338	26,7	21,5 ± 0,2
ПИР-50-П	279	339	27,8	22,4 ± 0,2
ПИР-70-П	289	340	289	340
ПИР-100-П	293	339	27.1	23,1 ± 0,1

Пены PIR-P показали поведение разложения с одной основной стадией разложения около 340 ° C. Повышенная термостойкость пен PIR обусловлена структурой изоциануратного кольца [39]. Разложение PIR-P начинается в диапазоне от 279 до 293 ° C и немного увеличивается с увеличением плотности. PIR-P обычно давал большее количество остатка: в среднем 27,4 мас.%.

содержит результаты измерений предельного кислородного индекса (LOI) для всех пен, которые были протестированы.Внутри каждой группы материалов LOI увеличивался с увеличением плотности, хотя эффект невелик. Действительно, влияние плотности ограничено от 1,2 до 1,6 об.% И было связано с повышенной тепловой инерцией и лучшим выходом полукокса пен с более высокой плотностью. LOI PUR-30-H немного увеличился, 20,1 об.% По сравнению с 19,5 об.% Для PUR-30-P, что, вероятно, является следствием использования негорючего вспенивающего агента. Из-за более высокой термостойкости пен PIR-P LOI увеличился примерно на 2 об.%, Начиная с 21.От 5% до 23,1%.

3.3. Поведение при пожаре

3.3.1. Время до воспламенения

Из-за ячеистой структуры пен и низкой тепловой инерции, которую это влечет за собой [40,41], tig всех материалов, измеренных с помощью конического калориметра, составлял 4 с или меньше (). Небольшое увеличение tig было измерено для увеличения плотности, которое было незначительным, но было связано с повышенной тепловой инерцией пен с более высокой плотностью. В общем, tig для термически толстых материалов можно описать как [4,42]:

tig = π4λρc (Tig − T0) 2q˙ext ″ 2 − CHF,

(2)

где Tig — температура воспламенения пены, T0 — температура окружающей среды, q˙ext ″ — внешний тепловой поток, а CHF — критический тепловой поток, необходимый для зажигания RPUF в конусном калориметре.Измеренная теплоемкость, а также расчетное и измеренное значение tig для всех материалов показано в. Для расчета tig использовались следующие параметры: Tig = 305 ° C [40]; Т0 = 20 ° С; q˙ext ″ = 50 кВт / м ²; CHF = 23 кВт / м ² [4].

Таблица 4

Удельная теплоемкость, а также расчетная, измеренная и скорректированная tig для пен с плотностью 50 кг / м ³.

± 1 1315 0,16

Материал	tig (s) Измерено	c (Дж / кг K)	tig (s) Рассчитано	tig (s) Рассчитано
PUR-50-P	1304 ± 52	0.14	0,90
ПУР-50-Н	2 ± 1	1315 ± 47	0,15	1,30
ПИР-50-П	3 ± 1	0,79

Рассчитанные tig занижают измеренные на порядок величины. Причина этого в том, что формула для оценки tig имеет некоторые приближения, например, она предполагает, что все количество падающего излучения поглощается в поверхностном слое.Однако как полупрозрачная среда пена демонстрирует глубокое поглощение инфракрасного излучения [30]. Поскольку первые стенки ячеек в верхнем слое имеют только часть полного поглощения, глубокое поглощение может быть основным фактором для определения tig. [43] Чтобы проверить это, был проведен простой эксперимент, как описано в [31,32]. Измеренные значения интенсивности, толщины образцов и рассчитанные коэффициенты поглощения отображаются в.

Таблица 5

Измеренные интенсивности ( I / I ₀), толщина образца ( S ), коэффициенты поглощения ( a ) и поглощение зоны пиролиза (αpy) для каждой пены с плотность 50 кг / м ³.

Материал	I / I ₀ (%)	S (мкм)	a (мм ^-1)	αpy
PUR-50-P	63 ± 4	91 ± 13	5067	0,40
PUR-50-H	58 ± 1
104 ± 9	0,34
ПИР-50-П	69 ± 2	76 ± 11	4900	0.44

Измерения падающего излучения на измерителе теплового потока после прохождения через сжатый образец пенопласта показали, что менее 50% излучения поглощается в поверхностном слое от 76 мкм для ПИР-50-П до 104 мкм для PUR-50-H.

показывает микрофотографию SEM средней стойки и клеточных стенок PUR-50-P, PUR-50-H и PIR50-P, показывающую, что размер стойки составляет приблизительно 10 мкм, а толщина отдельной клеточной стенки меньше. чем 1 мкм.Поэтому глубокая абсорбция является решающим фактором при определении tig для всех протестированных пен.

СЭМ-микрофотография поперечного сечения стоек и стенок ячеек для PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P, а также соответствующих зон пиролиза.

Для получения более надежных результатов оценки tig был определен эффективный тепловой поток (q˙eff ″) для расчета tig для RPUF. Следовательно, коэффициент поглощения, который описывает долю излучения, поглощаемую на заданном расстоянии, определяется как:

был рассчитан для каждой пены на толщину зоны пиролиза, способствующей воспламенению [30].Значение 0,10 мм рассматривалось для PUR-50-P, 0,08 мм для PUR-50-H и 0,12 мм для PIR-50-P. Зона пиролиза, способствующая воспламенению, быстро изменяется в начале испытания коническим калориметром. Если на первом этапе стенки и стойки ячеек поглощают излучение, то через короткое время поглощающий слой состоит из жидких продуктов пиролиза. Поскольку этот слой неоднороден по поверхности образца, толщины для расчета коэффициента поглощения были грубо оценены путем анализа изображений, полученных с помощью изображений поперечных сечений закаленной пены, как показано на рис.Поглощение зоны пиролиза (αpy) для каждой пены указано в. Эффективный тепловой поток был определен как:

q˙eff ″ = αpy · q˙ext ″.

(4)

Значения tig, оцененные путем приложения эффективного теплового потока, перечислены в. Соответствующие результаты все еще недооценивают реальный tig и носят скорее качественный характер, чем представляют собой количественную оценку. Было показано, что исследованные пены практически мгновенно воспламеняются при воздействии теплового потока 50 кВт / м ².Однако результаты того же порядка величины и представляют собой хорошее приближение к измеренному tig.

3.3.2. Burning

Результаты измерений tig, PHRR, tPHRR, THR, остатка и TML / THR показаны на коническом калориметре. Теплопроводность пенопласта в основном была низкой, поэтому ячеистые полимеры очень быстро реагируют на тепловой поток. Поэтому поверхность всех испытанных образцов быстро нагревалась после воздействия внешнего теплового потока конусного калориметра.Это привело к быстрой поставке продуктов пиролиза и, следовательно, к быстрому развитию устойчивого горения. Все образцы подверглись отчетливому обугливанию, и ни один из них не продемонстрировал структурного разрушения и не образовал очага пожара жидких продуктов пиролиза.

Таблица 6

Результаты испытаний конусного калориметра.

ПУР-50-Н ПИР-30-П ПИР-100-П

Образец	tig (s)	PHRR (кВт / м ²)	tPHRR (s)	THR (MJ / m ²)	TIG (	)
PUR-30-P	2 ± 1	368 ± 3	15.0 ± 1,0	27 ± 2	15,5 ± 0,4	2,0 ± 0,1
ПУР-50-П	3 ± 1	405 ± 7	16,5 ± 1,5	40 ± 2	16,4 ± 0,0	1,9 ± 0,1
PUR-30-H	2 ± 1	366 ± 14	16,5 ± 4,5	27 ± 2	18,5 ± 3,7	2,0 ± 0,1
2 ± 1	395 ± 1	16.5 ± 1,5	41 ± 2	15,7 ± 1,0	1,9 ± 0,1
ПУР-70-Н	3 ± 1	417 ± 1	16,5 ± 1,5	57 ± 1	16,9 ± 0,1	1,9 ± 0,1
PUR-100-H	4 ± 1	428 ± 13	19,5 ± 1,5	87 ± 1	16,5 ± 0,0	1,9 ± 0,1
2 ± 1	234 ± 6	13.5 ± 1,5	28 ± 1	16,7 ± 0,9	2,1 ± 0,1
ПИР-50-П	3 ± 1	226 ± 1	16,5 ± 1,5	47 ± 1	22,8 ± 1,1	2,1 ± 0,1
ПИР-70-П	3 ± 1	226 ± 9	15,0 ± 1,0	55 ± 4	23,5 ± 2,2	2,1 ± 0,1
4 ± 1	219 ± 5	18.0 ± 1,0	81 ± 3	24,5 ± 1,8	2,0 ± 0,1

Кривые HRR всех протестированных материалов представлены в. Графики показывают типичное горение материалов, образующих остатки [36]. Возгорание немедленно сопровождалось PHRR и образованием углеродсодержащего защитного слоя. Затем, на втором этапе, происходило платообразное поведение HRR с менее интенсивным горением. Длина этого плато зависела от плотности материалов и, следовательно, от количества горючего материала.Период горения удлинялся с увеличением массы образца, но имел одинаковую интенсивность в каждой группе материалов. Для некоторых образцов можно было идентифицировать незначительные пики в конце плато, которые были вызваны растрескиванием поверхности остатка.

Кривые HRR для вспененного полиуретана ( a ), вспененного пентаном, ( b ) полиуретана, вспененного водой, и ( c ) вспененного полиуретана, вспененного пентаном.

Ранее сообщалось о влиянии плотности на характеристики горения как для гибких, так и для жестких пен [33,44].Представленный массив кривых также известен для обугливания образцов разной толщины. Увеличение толщины образца при сохранении постоянного химического состава материалов приводит к длительной фазе устойчивого горения. По сравнению с характеристиками горения настоящих пен, повышенная плотность образца вызывает аналогичный эффект. При сохранении химического состава пены постоянным количество горючего материала увеличивается [36]. Аналогичное горение наблюдалось для не обугливающихся полимеров, таких как полиметилметакрилат (ПММА).После воспламенения ПММА демонстрирует фазу устойчивого горения с почти постоянной HRR, продолжительность которой определяется толщиной образца и, следовательно, количеством горючего материала [45]. Явление повышенного устойчивого горения для пен основано на том же эффекте, но вместо увеличения толщины образца для большего количества горючего материала плотность является изменяемым параметром. В то время как для различных толщин образца фронт пиролиза, потребляющий образец, является постоянным, но время горения увеличивается, поскольку фронт должен проходить большее расстояние, для образцов с различной плотностью фронт пиролиза должен проходить такое же расстояние, но его скорость уменьшается с увеличением плотности.Эксперимент по изменению свойств, включая толщину образца, показал такое же результирующее влияние на скорость потери массы горящих полимеров. Увеличение толщины образца не повлияло на среднюю или максимальную скорость потери массы до тех пор, пока толщина образца была достаточно большой для достаточного глубокого поглощения [42].

Специальные пенообразователи действуют как газообразный антипирен в пенопластах с закрытыми порами. Трихлорфторметан (CFC-11) действует как ингибитор пламени, обладает способностью гасить радикалы и, как известно, улучшает огнестойкость пен [41].Из-за его озоноразрушающей способности он был запрещен в 90-х годах; следовательно, воспламеняемость RPUF стала серьезной проблемой. Воспламеняемость вспенивающих агентов все еще является предметом исследований [46], поскольку вспениватели, используемые в настоящее время, могут быть негорючими (например, HFC 365/227 93/7 или вода) или легковоспламеняющимися (например, смесь изомеров пентана). Тем не менее, PUR-P и PUR-H работали одинаково при плотностях 30 и 50 кг / м ³ соответственно. Результаты исследованных конусных калориметров, полученные для обоих материалов, не показали существенных различий.Несмотря на то, что содержимое закрытых ячеек является легковоспламеняющимся (изо- и циклопентан для вспененных пентаном пен) или инертным (CO ₂ для вспененных вспененных материалов), PHRR, средний HRR и пожарная нагрузка различаются для каждого из них. другие лишь незначительно. Поскольку пентан добавляет не более 3-5 мас.% К общей массе и, таким образом, почти не добавляет топлива или повышенного EHC, огнестойкость RPUF определяется в основном твердым полимером, а не газовой фазой [8]. Исследования вспененных пен из пентана и HFC 365mfc показали, что они принципиально не отличаются от вспененных вспененных материалов с CFC-11 или HCFC 141b по своим огнестойкости [47,48].

PHRR PUR-H увеличился с 366 кВт / м ² для PUR-30-H на 17% до 428 кВт / м ² для PUR-100-H, вероятно, из-за большего количества горючего материала в поверхностном слое, что привело к большему количеству продуктов пиролиза и привело к более высокому PHRR для образцов с более высокой плотностью. Чем выше количество продукта пиролиза в верхнем слое, тем больше тепла может выделяться, что приводит к увеличению PHRR для материалов с более высокой плотностью. Из-за большей пожарной нагрузки материалов с увеличенной массой THR также выросла с плотностью пены.Выход полукокса незначительно изменился с плотностью в группе всех испытанных пен PUR-H, в диапазоне от 15,7 до 18,5 мас.%. Это соответствует остаточной массе, полученной от TG, даже несмотря на то, что остатки от TG были немного выше по сравнению с результатами конусного калориметра. Вероятно, это происходит из-за некоторого окислительного разложения, добавляемого к пиролитическому разложению в условиях принудительного пламени.

PHRR образцов PIR-P немного снизился с увеличением плотности. Для этих материалов эффект более отчетливого обугливания преобладал над эффектом большего количества горючего материала на поверхности для материалов с более высокой плотностью, как это наблюдалось для образцов PUR-H.PHRR и средний HRR значительно ниже по сравнению со всеми протестированными образцами PUR, но все они показали длительное время до исчезновения пламени. Лучшая общая огнестойкость пен PIR обусловлена структурой изоцианатного кольца. Ранее сообщалось о положительном влиянии на термическую стабильность, а также на поведение при пожаре [41,49,50]. Однако было обнаружено, что улучшенная термическая стабильность не обязательно приводит к лучшим противопожарным характеристикам [51]. Это улучшение, скорее всего, является результатом лучшего обугливания и, следовательно, лучшего защитного слоя, который исследуется и подробно описывается далее в этой статье.С увеличением плотности и, следовательно, большего веса образца THR увеличивается. По сравнению с пенами PUR-P и PUR-H пожарная нагрузка была очень похожей. Даже несмотря на то, что HRR был намного ниже, время до погашения увеличивалось. Плотность остатка увеличилась с 16,7 мас.% Для PIR-30-P до 24,5 мас.% Для PIR-100-P, что указывает на то, что превосходные характеристики обугливания также приводят к увеличению выхода полукокса с увеличением плотности. Это основано на том факте, что большее количество горючего материала в верхнем слое может образовывать более плотный слой угля, более эффективно защищающий нижележащий материал.Напротив, остаток, полученный от TG, был даже выше и аналогичен для всех пен PIR-P. В этом случае результаты конического калориметра отличаются от результатов ТГ, поскольку макроскопические эффекты, такие как образование защитного слоя, плохо распознаются ТГ. EHC не претерпел значительных изменений ни для одной из пен.

Остатки экспериментов конусного калориметра отображаются в. Существуют фундаментальные различия в качестве остатков на макроскопическом уровне, даже несмотря на то, что исследование угля с помощью СЭМ показало, что поверхность каждого остатка была замкнутой и компактной.Защитные слои, образовавшиеся во время горения образца, были одинакового качества в каждой группе материалов, независимо от их плотности. В то время как PUR-P и PUR-H образовывали остатки с видимыми отверстиями, остатки PIR-P имели замкнутую и компактную поверхность. показывает поверхность образцов с плотностью 50 кг / м ³, которые были закалены на 50 мас.% TML. Поскольку пены PUR-P и PUR-H демонстрируют незначительный выход полукокса, а полукокс, образующийся во время горения, кажется, имеет низкую вязкость, так как он пузырится во время горения, их остатки имеют открытую поверхность и, следовательно, не покрывают весь образец.Обугливание пен PUR-P и PUR-H было хрупким и хрупким, обеспечивая лишь незначительную защиту, поскольку их поверхность не была закрытой. Образцы PIR-P показали остатки закрытой поверхности, покрывающие весь образец, из-за их повышенного выхода полукокса. Сразу после зажигания образовался замкнутый и плотный защитный слой. После погашения пламени остаток был стабильным и плотным. Это хорошо коррелирует с наблюдениями PHRR и HRR во время фазы устойчивого горения, поскольку PHRR и средний HRR были значительно ниже для пен PIR-P.

Остатки в коническом калориметре пен PUR-P, PUR-H и PIR-P.

Макрофотография поверхностей остатков ПУР-50-П, ПУР-50-Н и ПИР-50-П.

3.4. Развитие температуры внутри горящих образцов

Во время испытания конусным калориметром развитие температуры внутри горящих образцов отслеживалось на глубине 10, 20 и 30 мм. Кривая HRR и развитие температуры внутри образцов были построены во времени и отображены для PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P.Графики демонстрируют отличные теплоизоляционные свойства пен. Несмотря на то, что PHRR верхнего горящего слоя для обоих материалов был достигнут уже через 16,5 с, температура, измеренная на глубине 10 мм, оставалась низкой. Как только фронт пиролиза приближался к термопаре, происходило резкое повышение температуры. К тому времени, когда T _95% был достигнут на глубине 10 мм, защитный слой на поверхности уже сформировался, и HRR начал падать до устойчивого горения HRR.После прохождения термопары пена сгорела в огне, так что термопара была частично покрыта остатками и частично обнажена. Таким образом, он измерял температуру пламени, которая является причиной ошибочного сигнала температуры выше 500 ° C. Падение температуры, отображаемое буквой b для сигнала 30 мм, было вызвано растрескиванием остатка. Нечто подобное произошло в c.

Кривая скорости тепловыделения и развитие температуры внутри горящего образца ( a ) PUR-50-P ( b ) PUR-50-H и ( c ) PIR-50-P.

Сравнивая сигналы температуры с сигналами PIR-50-P, время достижения T _95% на каждой глубине измерения значительно увеличилось для PIR-50-P. Это вызвано более низким значением MLR в условиях испытаний конусным калориметром и лучшими огнестойкими характеристиками этого материала. Для пен PIR эти наблюдения хорошо коррелируют с уменьшенным PHRR, уменьшенным средним HRR и их повышенным выходом полукокса и, следовательно, улучшенным защитным слоем по сравнению с пенами PUR-P и PUR-H. Кроме того, приближение к первой термопаре на глубину 10 мм для фронта пиролиза по-прежнему занимает больше времени, чем для пен PUR.Это также хорошо коррелирует с результатами конического калориметра, такими как PHRR, средний HRR и остаток. Графики температурного сигнала в c более гладкие, так как термопара была полностью покрыта углем.

показывает изменение температуры внутри горящих образцов для пен PUR-H и PIR-P для самой низкой и самой высокой плотности соответственно. Наклоны графиков исследуются путем определения максимума первой производной, которая определяется здесь как максимальная скорость нагрева (MHR).На графиках видно, что наклон температурных кривых тем круче, чем меньше плотность. дает понять, что начало повышения температуры на глубине 10 мм существенно задерживается за счет увеличения плотности. Хотя tPHRR, полученный при испытании конусным калориметром, почти не зависит от плотности, скорость фронта пиролиза составляет. Это доказывает, что образование защитного углеродистого слоя зависит только от количества горючего материала, которое расходуется огнем. Увеличение плотности пены приводит к более раннему образованию полукокса.MHR, показанные в, были зарегистрированы в течение первых 100 с для PIR-30-P, в то время как фронт пиролиза прошел последнюю термопару только через более 300 с для PIR-100-P. Сигналы термопар для PIR-100-P на глубине 20 мм и 30 мм показали очевидное повышение температуры от температуры окружающей среды до примерно 100 ° C, что было вызвано теплопроводностью во время горения через пену. После этого произошел небольшой перегиб сигнала, а затем произошло более резкое повышение температуры, что можно объяснить приближением фронта пиролиза.Падение температуры, отображаемое для 30-миллиметрового сигнала PUR-30-H, было вызвано растрескиванием остатка.

Изменение температуры внутри пен ( a ) PUR-H и ( b ) PIR-P пен при плотности 30 и 100 кг / м ³.

Таблица 7

Максимальные скорости нагрева на глубине 10, 20 и 30 мм для всех протестированных материалов.

Образец

Глубина 10 мм

Глубина 20 мм

Глубина 30 мм

MHR (° C / с)

tMHR (s)

MHR (° C / s)

tMHR (s)

MHR (° C / s)

tMHR (s)

ПУР-30-П

ПУР-50-П

PUR-30-H

PUR-50-H

21 50

PUR-70-H

112

PUR-100-H

127

195

ПИР-30-П

ПИР-50-П

172 П

141

239

ПИР-100-П

107

231 74014 9018 9018

содержит максимумы скоростей нагрева (MHR), выведенные из температурных кривых, а также время, в которое произошло MHR (tMHR) для каждой глубины измерения (10, 20 и 30 мм).В целом, в каждой группе материалов MHR показывает уменьшение с увеличением плотности и с увеличением глубины измерения. Скорее всего, это эффект уменьшения теплового потока конических калориметров по мере увеличения расстояния от термопары, но также и результат увеличения толщины нагара и, следовательно, лучшего защитного слоя. Более низкий MHR и более длинный tMHR указывают на лучший защитный слой с увеличением глубины измерения, но не обязательно на более низкую скорость фронта пиролиза, поскольку существует перекрывающийся эффект теплопроводности через образец.Следовательно, MHR уменьшилась на глубине 20 мм и 30 мм по сравнению с 10 мм.

Пены PUR-P и PUR-H показали самые высокие скорости нагрева в отношении плотности. MHR для вспененных пен из пентана была немного выше при 10 мм, что, вероятно, является эффектом легковоспламеняющегося вспенивающего агента, хотя общие характеристики огня, определенные с помощью конического калориметра, не пострадали по сравнению с RPUF, полученным из вспененного водой. Однако по сравнению с пенополиуретаном значительная разница наблюдалась для PIR-P.MHR, измеренная на глубине 10 мм, снизилась с 89 ° C / с для PUR-30-H на 52% до 43 ° C / с для PIR-30. Это явление является следствием более высоких огнестойких характеристик пен PIR-P в условиях принудительного горения, о чем говорилось ранее. Пены PIR обычно демонстрировали самый низкий MHR и самый длинный tMHR.

В целом, измеренное повышение температуры замедляется с увеличением плотности и увеличением глубины измерения. Кроме того, максимальные скорости нагрева уменьшились, а время до максимальных скоростей нагрева увеличилось.Хотя это, вероятно, является эффектом теплопроводности через образец и не имеет значения для определения фактической скорости фронта пиролиза, это указывает на критическое изменение характеристик горения пены с увеличением плотности. Для пен с низкой плотностью сигнал температуры резко возрастал, как только фронт пиролиза приближался к термопаре. Напротив, для пен с высокой плотностью наблюдалось более умеренное повышение, включая незначительное повышение температуры внутри образца перед пиролизом, вызванное теплопроводностью через объем пены.Это означает сдвиг горения в сторону твердого неклеточного материала с увеличением плотности.

Информация о скорости фронта пиролиза может быть получена из изменения температуры, измеренной внутри горящих образцов. T _95%, полученный от TG, использовался для определения времени, в которое фронт пиролиза достиг глубины измерения температуры. Длительная фаза устойчивого горения в испытании конусным калориметром при постоянном размере образцов связана с уменьшением скорости фронта пиролиза.Чтобы исследовать это явление, скорость была рассчитана с учетом времен T _95%. Следовательно, скорость определялась на глубине образца от 10 до 20 мм и от 20 до 30 мм. Это было определено как метод 1. Интересно, что потеря массы, полученная при испытании конусным калориметром, указывает на линейное поведение на протяжении всего испытания до тех пор, пока не погаснет пламя. График нормализованного веса образца с течением времени показан для каждого тестируемого материала в. Данные измерений начинаются с tig и записывались до тех пор, пока не погасло пламя.Для каждого материала наблюдался излом кривой потери массы. Это знаменует переход от пламенного горения и пиролитического разложения к послесвечению углеродистого остатка. Нормализованные веса образцов подбирались, начиная от tig до момента затухания, и рассчитывалась результирующая скорость фронта пиролиза. Поэтому было сделано предположение, что уменьшение массы пропорционально уменьшению объема и что количество остатка, образовавшегося во время сгорания, было постоянным во времени. Это было определено как Метод 2.Результаты метода 1 и метода 2 были сопоставлены и нанесены на график по глубине образца. Это сравнение было выполнено для каждой пены с плотностью 50 кг / м ³ и показано на.

История нормализованного веса образца для пен ( a ) PUR-P, ( b ) PUR-H и ( c ) PIR-P.

Сравнение скорости фронта пиролиза, полученной с помощью термопары, и данных по потере массы для PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P.

И метод 1, и метод 2 выявили уменьшение скорости фронта пиролиза для всех пен.Как уже обсуждалось выше, это, вероятно, является следствием увеличения толщины слоев угля и уменьшения интенсивности излучения конического нагревателя с увеличением расстояния [34]. Кроме того, появление PHRR непосредственно после зажигания в самом начале измерения конусным калориметром свидетельствует о самой толстой зоне пиролиза или самой быстрой скорости фронта соответственно [35]. В то время как данные о потере массы конического калориметра указывают на постоянную скорость фронта пиролиза (), измерения с помощью термопары фактически доказывают, что скорость немного уменьшается с увеличением глубины измерения.Причиной того, что данные о потере массы остаются постоянными, может быть дополнительное тление остатка уже во время пламенного горения, как это было в предыдущем исследовании пен PIR и фенольных пен [52]. Тем не менее, эти два сигнала показывают хорошую корреляцию между Методом 1 и Методом 2 для PUR-50-P и PUR-50-H, оба из которых сгорают более неравномерно, чем пеноматериалы PIR. Фактически, была даже более сильная корреляция между результатами PIR-50-P, поскольку горение было более плавным.

Средние скорости фронтов пиролиза пен плотностью 50 кг / м ³ приведены в.Результаты были усреднены на глубине от 10 до 30 мм для обоих методов, чтобы охватить одну и ту же область измерения. Метод 2 дает снижение скорости на 13% для PUR-50-P и на 23% для PUR-50-H, соответственно. Напротив, скорость PIR-50-P увеличилась на 13% по сравнению с методом 1. Причины этого, вероятно, кроются в ограничениях обоих методов. Результаты метода 1 пострадали от неравномерно горящего образца, разлагающийся поверхностный слой которого не является идеальной плоскостью. Это приводит к тому, что фронт пиролиза достигает термопар в разное время.Скорость фронта пиролиза, полученная из потери массы в тесте конусного калориметра, подвержена системным эффектам рассеяния, поскольку масса образцов очень мала. Сравнение скорости исследуемых пен со скоростью насыпного полимера показывает, насколько быстро ячеистые материалы поглощаются огнем из-за их низкой плотности. Для ПММА, как негорючего полимера, проявляющего термически толстое горение, была измерена средняя скорость фронта пиролиза 0,025 мм / с (1,51 мм / мин) [53].Для эпоксидной смолы (почти не обугливающейся) и ее слоистого силикатного нанокомпозита, образующего защитный слой, были измерены значения 0,012–0,023 мм / с (0,7–1,4 мм / мин) и 0,008–0,012 (0,5–0,7 мм / мин). соответственно [54]. Скорость фронта пиролиза исследованных пен более чем в 10 раз превышала таковую для объемных полимеров.

Таблица 8

Средние скорости фронта пиролиза ПУР-50-П, ПУР-50-Н и ПИР-50-П.

3,5 90,140 90,140 Зона пиролиза

Макрофотографии закаленных образцов представлены на рис. Пиролиз прерывали закалкой в жидком азоте для сохранения структуры образцов в точке потери массы 50% масс.Пены PUR-P и PUR-H демонстрируют полностью неповрежденную структуру пены под фронтом пиролиза и не показывают никакого обесцвечивания. Напротив, пены PIR-P показывают небольшую зону обесцвечивания, указывающую на термическое разложение под углем. Однако толщина обесцвеченной зоны существенно не меняется с плотностью.

Макрофотографии поперечных сечений закаленных образцов.

отображает SEM-изображения поперечных сечений образцов конического калориметра всех протестированных образцов.Несмотря на разницу плотностей, подобное поведение было обнаружено в каждой группе материалов. Здесь необходимо различать пенопласты PUR и PIR. PUR-P и PUR-H демонстрируют определенный фронт пиролиза с четкой границей между неизмененной структурой пены и обугленным остатком. Это можно интерпретировать как результат очень хороших теплоизоляционных свойств пены и скорости фронта пиролиза. Поскольку теплопроводность через образец очень низкая, а скорость потери массы высока, структура пены не претерпевала никаких морфологических изменений до тех пор, пока материал не подвергся пиролизу и не сгорел в огне.Морфология пены затем терялась, когда фронт пиролиза проходил через образец. Это согласуется с более ранним исследованием [55].

СЭМ-микрофотографии поперечных сечений закаленных образцов.

Исследование поперечных сечений пен PIR-P показало различное поведение. Вместо четкого фронта пиролиза наблюдалась зона пиролиза. Предполагается, что естественный выход углерода пен PIR, который отличается от PUR, является причиной этого явления. Микрофотографии, полученные с помощью SEM, показывают, что морфология пены в некоторой степени сохраняется в остатке или что, по крайней мере, полукокс образует пеноподобную структуру.Таким образом, в условиях принудительного горения пены PIR-P дают более эффективный защитный слой, чем пены PUR, с точки зрения их теплоизоляционных свойств.

СЭМ-микрофотографии ПИР-70-П, структуры пены ( a ) и остатков ( b ).

отображает неповрежденную структуру пенопласта PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P, а также структуру их остатков после закалки. Остаток был тонким и хрупким, имел закрытую поверхность, что давало слабую защиту лежащему под ним материалу.Хорошо видно, что часть остатков пенопласта ПИР-П полая, с своеобразной ячеистой структурой. В целом остатки, образованные пеной PIR, были более стабильными, плотными и более толстыми по сравнению с пенополиуретаном. Предполагается, что это явление является основной причиной превосходных огнестойких характеристик и заслуживает более подробного изучения и в более широком масштабе.

СЭМ-микрофотографии структуры пенопластов ПУР-50-П, ПУР-50-Н, ПИР-50-П и остатков.

Свойства пенополиуретана — Технические услуги по пенообразованию

Пенополиуретан

(ПУ) славится своей исключительной эластичностью и универсальностью, что делает их идеальным выбором для использования в строительной и автомобильной промышленности.Эта статья призвана еще больше узнать о физических свойствах пенополиуретана и установить, как эти характеристики помогли сделать этот тип пенопласта таким популярным.

Полиэстер против полиэфира

Существует два основных типа пенопласта, производных от семейства полиуретанов; полиэстер и полиэфир. Чтобы понять свойства пенополиуретана, сначала необходимо провести четкое различие между этими двумя.

Первым типом гибкой полиуретановой пены, которая была разработана в начале 1950-х, была полиэфирная пена.С разработкой полиолов на основе простых полиэфиров в конце 1950-х годов начали производиться пенополиэфиры с более широким диапазоном свойств. Хотя оба являются общепринятыми типами пенополиуретана, существуют различия в их физических характеристиках, которые определяют их пригодность для различных применений.

Физические свойства пенополиуретана

Устойчивость

Возможно, наиболее очевидное различие между полиэфирными пенами и полиэфирными пенами — это более низкая эластичность полиэфирных пен.Эта разница в упругости привела к предпочтению пенополиэфира в амортизирующих материалах, особенно в обивке и постельных принадлежностях.

В целом, по сравнению с пенополиэфиром, пенополиэфир имеет более высокий предел прочности на разрыв, относительное удлинение при разрыве и твердость. В результате полиэфирные пены обладают хорошей устойчивостью к истиранию — отсюда их использование в полировальных пенах. Их более низкая эластичность и более высокая поглощающая способность также делают их более подходящими для использования в упаковочных приложениях.

Устойчивость к растворителям

Пенополиуретан

известен своей устойчивостью к широкому спектру растворителей.Полиэфирные пены здесь обычно превосходят полиэфирные пены, особенно по их стойкости к растворителям для химической чистки. По этой причине области применения гибкой полиэфирной пены включают производство пен для текстильных ламинатов, где их превосходная стойкость к растворителям для химической чистки, характеристики склеивания пламенем и свойства удлинения делают их предпочтительным продуктом.

Пенополиуретан также подвержен разложению под действием кислот, щелочей и пара. Сложноэфирные, амидные и уретановые группы представляют собой участки для гидролитической атаки.Поскольку эфирная группа не подвержена быстрому разрушению, вспененные полиэфиры обычно более устойчивы к гидролизу, чем вспененные полиэфиры.

Антибактериальная защита

Пенополиуретан

показал себя достаточно хорошо при исследованиях роста грибков и микробов по сравнению с другими полимерами. Бактерии изо всех сил пытаются прикрепиться к поверхности полимера, что затрудняет их рост. По этой причине они используются в медицине и гигиене.

Полиэфирные полиуретаны более легко разлагаются под действием микробов, чем полиэфирные полиуретаны, из-за чувствительности сложноэфирной группы к гидролизу, который катализирует большое количество микробных ферментов.Доступны несколько противомикробных добавок, которые можно вводить в пенополиуретан на стадии производства для улучшения его антимикробных свойств.

Пожелтение и изменение цвета

Воздействие УФ-излучения может вызвать обесцвечивание как полиэфирных, так и полиэфирных пен — степень пожелтения зависит от интенсивности излучения. Полиэфирные пенопласты желтеют быстрее, чем полиэфирные пенопласты, хотя пожелтение не оказывает значительного влияния на физические свойства пенопласта любого типа.

Оба типа пены производятся с использованием диизоцианатов ароматического типа. Не пожелтевшую пену можно получить с использованием алифатических изоцианатов, хотя они значительно дороже, чем обычно используемые типы.

Низкая огнестойкость

Как и многие другие материалы органического типа, гибкие пенополиуретаны легко воспламеняются от небольших источников воспламенения из-за их низкой плотности и большой площади поверхности.

Устойчивость к воспламенению пенополиуретана может быть улучшена добавлением антипиренов на стадии производства или последующей обработкой полимерными латексами, содержащими антипиреновые добавки.Методы последующей обработки обычно используются там, где пена должна соответствовать строгим требованиям по воспламеняемости, таким как строительные нормы и правила. В целом, однако, рекомендуется выбирать более огнестойкую пену, если пожарная безопасность стоит на первом месте в вашем списке необходимых свойств.

Как определяются свойства пенополиуретана?

Характеристики эластичного пенополиуретана в основном определяются исходными материалами и рецептурами, используемыми при их производстве.Коммерческие пенополиуретаны номинально производятся с плотностью от 15 до 80 кг / м3. Выбор плотности, которую преобразователь пены использует для конкретного применения, будет определяться конечным использованием пены.

В целом, пенополиуретан — это гибкий и прочный материал для десятков отраслей. Если вам требуется точное проектирование полиуретановых компонентов, свяжитесь с нами, чтобы узнать, чем могут помочь наши опытные инженеры по пеноматериалам.

Безопасен ли полиуретан в случае пожара?

Мы начали серию мифов о полиуретане, рассказав о его поведении перед лицом огня .

Полиуретановые системы присутствуют в нашей жизни в десятках форм. Однако до сих пор есть те, кто сомневается в огнестойкости этого изоляционного материала.

Ниже мы предлагаем серию данных и научных исследований, которые положат конец ложным мифам о реакции полиуретановых систем в случае пожара.

Как ведет себя полиуретан в случае пожара?

Широкий ассортимент изоляционных материалов, изготовленных с использованием полиуретановых систем, не только соответствует действующим нормам энергоэффективности, но и соответствует европейским стандартам огнестойкости.Продукты из полиуретана достигают между F и B-s1, d0 в Евроклассе классификации .

Однако в недавнем исследовании ANPE и PU Europe, в котором изучались реальные условия пожара на изолированной крыше с минеральным волокном (материал с рейтингом A1) и полиуретановой системой (материал с рейтингом B-s1, D0 ).

Это была полиуретановая конструктивная система, которая прошла тест Бруфа (t2). Вопреки классификации Еврокласса, минеральное волокно не препятствовало распространению огня, но полиуретановой системе удалось остаться ниже требуемого предела, таким образом (перенесено в начало предложения) , избежав его распространения и способствуя его исчезновению.

Кроме того, в испытании «Огнестойкость систем деревянной облицовки с использованием полиуретана и минеральной ваты в соответствии с EN 1365-1» было обнаружено, что полиуретановые системы способны реагировать на огонь с использованием тех же материалов, тех же креплений, тех же U значение (0,27) как минеральная вата, но с 60% толщины изоляции из-за ее более низкой теплопроводности .

Какова токсичность паров полиуретана?

Полиуретан — это материал органического происхождения и, следовательно, горючий.Если он напрямую пострадал от пожара , пары, образующиеся при сгорании, имеют состав, аналогичный составу других органических продуктов, используемых ежедневно, таких как дерево, пробка или хлопок.

Кроме того, чтобы избежать повреждения конструкций здания огнем, полиуретановые системы защищают другими материалами, более устойчивыми к возгоранию, такими как бетон, кирпич, штукатурка, строительный раствор и т. Д.

Если огонь достиг таких размеров, что эта защита не выдержит, полиуретановые системы при работе с материалом органического происхождения будут гореть, но с определенной особенностью: полиуретан не плавится и не капает , как другие пластмассы (например, полистирол) , но поверхность, контактирующая с пламенем , карбонизирует и защищает сердцевину , тем самым сохраняя некоторую структурную стабильность в течение определенного периода времени.

Какую роль играет полиуретан в возникновении пожара?

Во многих случаях можно услышать, что источником пожаров являются пластмассовые материалы, такие как полиуретан, которые используются для изоляции здания, но определенно не соответствует действительности.

Полиуретан

имеет особенность в том, что при контакте с пламенем он не плавится, а карбонизируется, защищая ядро огня .Это заставляет структуру оставаться стабильной в течение некоторого времени.

По этой причине полиуретановые системы никогда не являются источником возгорания . Начало должно быть другим, и изоляция, если она будет достигнута, будет основываться на конструкции структурного элемента, в который он интегрирован, и времени, которое проходит по мере развития пожара. Когда речь идет о пожарной безопасности, решающее значение имеет дизайн здания.

Важно учитывать, что большинство пожаров вызвано не материалами, используемыми для изоляции промышленных объектов или домов, а плохим управлением накопленными в них отходами или человеческим фактором.

Защита от пожара из полиуретана

Строительные решения, включающие полиуретановые изоляционные материалы, способствуют повышению пожарной безопасности здания и его жителей . Ложные мифы, такие как их токсичность или легковоспламеняемость, были опровергнуты различными тестами, проведенными для проверки этой устойчивости.

Кроме того, огнестойкость полиуретана была проверена на различных этапах строительства.

Полиуретановые изделия очень похожи на другие материалы, относящиеся к более высоким евроклассам, при внутренней изоляции фасадов с системами изоляции с использованием ламинированного гипсокартона, при изоляции фасадов внешней изоляцией SATE или при изоляции крыш под гидроизоляционными битумными мембранами.

В частности, при сравнении реакции плит из полиуретана (PU) и плит из минеральной ваты (MW) не было обнаружено различий в реакции на огонь, поэтому можно утверждать, что использование полиуретановых систем для изоляции здания является безопасным и эффективным. , также в отношении реагирования на огонь.

Границы | Огнестойкие жесткие полиуретановые пенопласты, модифицированные диэтилфосфинатом алюминия и расширенным графитом

Введение

Жесткие полиуретановые пены (RPUF), как новый органический пористый материал, широко применяются в строительстве, трубопроводном строительстве, холодильниках и других областях благодаря отличным тепловым характеристикам. изоляционные характеристики и механические свойства (Hejna et al., 2018; Wang et al., 2018; Li et al., 2020; Wang et al., 2020). Однако RPUF легко воспламеняется и выделяет токсичные и горючие газы, что может привести к тяжелым жертвам при пожаре (Barkoula et al., 2008; Liu and Wang, 2018). Этот недостаток существенно ограничивает дальнейшее применение композитов RPUF и RPUF во многих областях, особенно в строительных конструкциях. Таким образом, многие исследователи пытаются повысить огнестойкость RPUF (Wang et al., 2018; Bhoyate et al., 2019). Обычно аддитивные и реактивные стратегии являются обычными способами повышения огнестойкости RPUF и его композитов.Реактивный огнезадерживающий RPUF изготавливается с использованием фосфорсодержащих диолов и полиолов. Эта стратегия часто ограничивается высокой стоимостью и плохой стабильностью при хранении фосфорсодержащих диолов и полиолов. Наиболее часто используемый в инженерии способ обеспечения огнестойкости RPUF — это аддитивная стратегия, при которой в процесс образования RPUF просто включаются частицы огнезащитного состава. Некоторые типичные антипирены, такие как расширяемый графит (EG), полифосфат аммония (APP), гипофосфит алюминия (AHP), полифосфат меламина (MPP) и стальные шлаки (SS), вводятся для изготовления огнестойких композитов RPUF.Chen et al. подготовить композиты RPUF / EG и систематически исследовать структуру и огнестойкость композитов. Установлено, что загрузка ЭГ 15 phr обеспечила LOI 22,2 об.% Для композитов со значительно сниженными значениями PHRR и THR (Chen et al., 2019). Cheng et al. готовят микрокапсулированный полимочевинный полифосфат аммония (ПОАПП), который в дальнейшем применяется в композитах РПУФ / ПОАПП. Наблюдается, что RPUF / POAPP20 с загрузкой 20 мас.% POAPP обладал LOI 24,8 об.% С уменьшением значения PHRR на 33,9% по сравнению с исходным RPUF (Cheng et al., 2020). Tang et al. соединить полифосфат меламина со стальным шлаком; 2,5 мас.% Стального шлака и 7,5 мас.% Композитов ППУФ, изготовленных методом MPP, достигают LOI 24,0 об.% (Tang et al., 2020).

Гипофосфат металла, как новый антипирен, широко используется для повышения огнестойкости полимеров, включая полилактиды, термопластичный полиуретан и полиамид (Tang et al., 2012; Zhou et al., 2019; Pan et al., 2020 ). Tang et al. сообщают о огнестойких пенополиуретановых композитах на основе диэтилфосфината алюминия (ADP), в которых содержание ADP 30 php придает композитам RPUF значение LOI, равное 23.0 об.% (Tang et al., 2020). Однако из-за пористой структуры очень трудно улучшить огнестойкость композитов RPUF, а высокая загрузка антипирена будет препятствовать пенообразованию и быть вредной для теплоизоляции композитов. Таким образом, имеет смысл изготавливать огнестойкие композиты RPUF с более низким содержанием огнезащитного состава. Стратегия синергизма может быть хорошим способом решения этой проблемы, и сообщается о многих исследованиях синергетического эффекта в системе RPUF. Chen et al.систематически исследовать синергетический эффект модифицированного ионной жидкостью расширяемого графита / 3- (N-дифенилфосфор) аминопропилтриэтоксисилана (IL-EG / DPES) в композитах RPUF. Сообщается, что композиты RPUF с 10 phpp IL-EG и 10 phpp DPES показали лучшую прочность на сжатие и огнестойкость по сравнению с RPUF с добавлением только DPES или IL-EG (Chen et al., 2020). Han et al. (2020) производят огнестойкие композиты RPUF на основе диэтил-бис (2-гидроксиэтил) аминометилфосфоната (DBHP) и органоглины (OMMT).Установлено, что композиты RPUF с нагрузкой OMMT и DBHP обладают значительно повышенным значением LOI и рейтингом UL94, сниженной скоростью тепловыделения и общим тепловыделением, а также повышенным выходом полукокса (Han et al., 2020). Акдоган и др. сообщают о синергическом эффекте расширяемого графита (EG) и октагидрата пентабората аммония (APB) в композитах RPUF. Огнестойкий композит RPUF с 15 мас.% EG и 5 мас.% APB обладает снижением PHRR на 57,5% и снижением THR на 42,8% по сравнению с исходным RPUF (Akdogan et al., 2020).

Расширяемый графит (EG) часто играет роль замедлителя горения, создавая червеобразную структуру, которая может подавлять перенос массы и вещества в конденсированной фазе. Гипофосфатные соли металлов (MHP) обладают огнестойкостью для образования большого количества радикалов PO ·, которые могут гасить H · и HO в газовой фазе. Комбинация огнезащитного эффекта в конденсированной фазе и газовой фазе часто приводит к отличной огнестойкости. Однако есть несколько сообщений о применении системы EG / MHP в композитах RPUF.В этой работе расширяемый графит (EG) комбинируется с диэтилфосфинатом алюминия (ADP) с образованием новой синергетической огнезащитной системы, которая в дальнейшем вводится в RPUF. Серия композитов РПУФ / АДП / ЭГ изготавливается одностадийным методом водоструйной продувки. Термостойкость, теплоизоляционные свойства, огнестойкость и горючесть композитов RPUF / ADP / EG характеризуются термогравиметрическим анализом (TG), измерителем теплопроводности, предельным кислородным индексом (LOI) и испытанием вертикального горения UL-94, микромасштабным горением. калориметрия (MCC) и конусная калориметрия (CONE).Газообразные продукты композитов исследуются методом TG-FTIR. А также остатки полукокса композитов исследуются с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и сканирующего электронного микроскопа (SEM).

Экспериментальная часть

Материалы

LY-4110 (вязкость: 2500 мПа · с, гидроксильное число: 430 мг КОН / г, чистота ≥99 мас.%), Триэтилендиамин (A33, чистота 33 мас.%) И силиконовое поверхностно-активное вещество ( AK880599, чистота ≥99 мас.%) Были предоставлены Jiangsu Luyuan New Materials Co., Ltd, Китай.Полиарилполиметиленизоцианат (PAPI, чистота ≥99,9 мас.%) Был предоставлен Wanhua Chemical Group Co., Ltd, Китай. Дилаурат дибутилолова (ЖХ, чистота ≥99 мас.%) Был получен от Air Products and Chemicals, Inc. Триэтаноламин (TEOA, 99,9 мас.%) Был приобретен от Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd, Китай. Дистиллированная вода, используемая в качестве химического вспенивателя, была произведена в нашей лаборатории. Диэтилфосфинат алюминия (ADP, чистота ≥99 мас.%) Был приобретен у Qingdao Fuslin Chemical Technology Co., Ltd. Расширенный графит (EG, чистота ≥99 мас.%) Был получен от Qingdao Xingyuan Colloidal Graphite Co., ООО Все химические вещества использовались без обработки.

Приготовление жестких пенополиуретановых композитов

Композиты РПУФ были изготовлены безнапорным методом; состав композитов был приведен в таблице 1. Все исходные материалы, за исключением PAPI, смешивали в пластиковом химическом стакане на 1000 мл с помощью высокоскоростной механической мешалки в течение 20 с. Затем в смесь при интенсивном перемешивании в течение 10 с вливали ПАПИ и быстро выливали в форму. Полученную пену отверждали при 80 ° C в течение 5 ч для завершения реакции дальнейшей полимеризации.Образцы были нарезаны до подходящего размера для дальнейших характеристик.

ТАБЛИЦА 1 . Составление композитов РПУФ и ФР-РПУФ.

Измерение и характеристика

Сканирующая электронная микроскопия (SEM, JSM-6490LV, JEOL Ltd, Япония) была введена для наблюдения за клеточной структурой образцов при ускоряющем напряжении 20 кВ. Перед наблюдением поверхность образца была покрыта тонким проводящим слоем.

Теплопроводность была протестирована в соответствии с GB / T 10,297-2015 с помощью измерителя теплопроводности (TC3000E, Xiaxi Electronic Technology Co., Ltd, Китай). Размер образца 30 мм × 30 мм × 25 мм. Были протестированы пять параллелей для каждого образца, и было получено среднее значение.

Кажущаяся плотность композитов RPUF была измерена в соответствии с ISO 845-2006. Размер образца был более 100 см ³, и пять образцов были протестированы для получения среднего значения.

Термогравиметрический анализ (ТГА) выполнен на термоанализаторе Q5000IR (TA Instruments, США). Образец 5–10 мг загружали и нагревали от комнатной температуры до 800 ° C со скоростью нагрева 20 ° C / мин в условиях N ₂.Температура начала разложения (T _-5%) была определена как температура, при которой терялось 5% от первоначальной массы. Средняя температура (Т _-50%) была определена как температура, при которой терялось 50% первоначальной массы.

Испытание предельного кислородного индекса (LOI) проводили при комнатной температуре с помощью прибора для определения кислородного индекса JF-3 (Jiangning Analysis Instrument Co., Ltd, Китай) в соответствии с ASTM D2863-97. Размер образца составлял 127 мм × 10 мм × 10 мм.

Испытание на вертикальное горение UL-94 было выполнено с помощью прибора CZF-3 (Jiangning Analysis Instrument Co., Ltd, Китай) согласно ASTM D3801-96. Размер образца составлял 127 мм × 13 мм × 10 мм.

Горючие свойства образца были охарактеризованы с помощью калориметрии горения в микромасштабе (Govmark, США) согласно ASTM D7309-7. Образец 4–6 мг нагревали от 100 до 650 ° C со скоростью нагрева 1 ° C / с в потоке N ₂, расход 80 мл / мин. Летучие продукты анаэробного термического разложения в газовом потоке N ₂ смешивали с потоком чистого газа O ₂ со скоростью 20 мл / мин перед подачей в печь для сжигания при 900 ° C.Полученные данные MCC воспроизводились примерно до 3%.

Испытание образцов конической калориметрией проводили с помощью конусного калориметра (Fire Testing Technology, Великобритания) в соответствии с ISO 5660. Образец размером 100 мм × 100 мм × 4 мм был обернут алюминиевой фольгой и подвергся горизонтальному воздействию мощностью 35 кВт. / м ² внешний тепловой поток.

Термогравиметрический анализ — инфракрасный спектрометр с преобразованием Фурье (TG-FTIR) проводили с использованием термоанализатора Q5000IR (TA Instruments, США), который был соединен со спектрофотометром Nicolet 6700 FTIR (Thermo Scientific Nicolet, США).Около 5–10 мг образца помещали в тигель из оксида алюминия и нагревали от 30 до 700 ° C. Скорость нагрева составляла 20 ° C / мин в атмосфере азота при скорости потока 70 мл / мин.

Остатки полукокса в образце получали прокаливанием композитов при 600 ° C в течение 10 мин. Морфологию обугленного остатка исследовали с помощью сканирующей электронной микроскопии (JSM-6490LV, JEOL Ltd, Япония) при ускоряющем напряжении 20 кВ. На образцы напыляли проводящий слой.

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) на спектрометре VG Escalab Mark II (Thermo-VG Scientific Ltd.США) с использованием возбуждающего излучения Al Ka (hν = 1,253,6 эВ) было введено для исследования остатков полукокса.

Структурная характеристика

Композиты RPUF и FR-RPUF имеют различную морфологию и различные составы (Таблица 1). Микроструктуру поверхности пенополиуретана можно наблюдать с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). Как показано на Рисунке 1A, образец чистого RPUF показывает сотовые структуры пузырьков обтуратора с относительно гладкой поверхностью и диаметрами в диапазоне от 500 до 800 мкм.После добавления EG пузырьки RPUF / EG30 относительно полные, и размер пузырьков, очевидно, уменьшается по сравнению с чистым образцом (рис. 1B). Между тем, RPUF / EG30 имеет лучшее распределение пор по размерам, что может быть связано с эффектом зародышеобразования EG. Кроме того, некоторые структуры с открытыми порами могут наблюдаться в нескольких пузырьках из-за местного внутреннего напряжения и несбалансированного роста пены (He et al., 2020). Для RPUF / ADP30 регулярность и целостность пузырьков значительно снижены, а неравномерно диспергированные частицы ADP четко видны на поверхности пузырьков (рис. 1C).Этот результат указывает на плохую совместимость между ADP и RPUF, и он не способствует улучшению эффективности огнезащиты и механических свойств RPUF. При объединении ADP и EG вместе в RPUF размер поры пузырьков дополнительно уменьшается с более низкой регулярностью морфологии по сравнению с RPUF / EG30. Между тем, появляется явное явление схлопывания пор и скручивания поверхности из-за совместного действия АДФ и ЭГ. Однако по сравнению с образцом с одним АДФ не наблюдается явных экспонированных частиц АДФ (рис. 1D).Плотность RPUF обычно оказывает важное влияние на характеристики материала. Плотности жесткого пенопласта с различными компонентами суммированы в таблице 2. Плотность чистого RRUF составляла 58,8 кг / м ³, а добавление ADP и EG изменяло плотность пен. Когда ADP и EG были объединены вместе в RPUF, плотность пены уменьшается с увеличением содержания EG. Однако при добавлении 30 php EG плотность пены значительно увеличилась до 69,3 кг / м ³.

РИСУНОК 1 . СЭМ-изображения композита RPUF и FR-RPUF: (A) RPUF; Б РПУФ / ЭГ30; (C) RPUF / ADP30; (Г) РПУФ / АДП15 / ЭГ15.

ТАБЛИЦА 2 . Кажущаяся плотность и теплопроводность композитов РПУФ и ФР-РПУФ.

Теплопроводность

Для RPUF теплоизоляция является важным показателем эффективности. На характеристики теплоизоляции будут влиять многие факторы, такие как тип пенообразователя, размер ячеек, соотношение открытых и закрытых ячеек и плотность пены (Debski et al., 2001). Влияние ADP и EG на теплопроводность также было указано в таблице 2. Можно видеть, что теплопроводность чистого RPUF была всего лишь 0,0392 Вт / м · К. При добавлении различных пропорций ADP и EG в RPUF теплопроводность всех композитов FR-PURF увеличилась. Стоит отметить, что теплопроводность увеличивалась по мере увеличения содержания ЭГ в РПУФ. Когда добавление ADP и EG составляло 6 и 24 php соответственно, теплопроводность RPUF / ADP6 / EG24 увеличивалась до максимального значения 0.0474 Вт / мк. Увеличение может быть результатом сокращения клеток, вызванного EG.

Термическая стабильность

RPUF обычно проявляет анаэробный процесс термического разложения во время сгорания; таким образом, термостабильность RPUF была исследована с помощью ТГА в атмосфере азота (рис. 2). И некоторые важные параметры, такие как температуры при удельной потере массы (T _-5% и T _-50%), температура при максимальной скорости потери массы (T _max) и остатки при 800 ° C. перечислены в таблице 3.Как показано на рисунке 2, чистый RPUF представляет собой двухэтапный процесс термической деградации. Первая стадия происходила при температуре около 180–325 ° C с потерей веса 34,3%, вызванной разложением твердых сегментов в молекулярных цепях полиуретана с образованием полиолов, изоцианатов, диоксида углерода, аминов и так далее. Вторая стадия, соответствующая потере веса на 49%, происходила при температуре от 325 до 590 ° C и объяснялась разложением сегментов мягкого полиола. Для FR-RPUF T _-5% всех образцов было в определенной степени снижено из-за разрыва слабых связей и более ранней деградации молекулы полиуретана, которая возникла в результате выделения кислотного вещества из EG и ADP.В частности, T _-5% снижалось с увеличением содержания АДФ. Однако более ранняя деградация антипирена была полезна для улучшения огнезащитных характеристик композитов FR-RPUF. Стоит отметить, что ADP и EG по-разному влияли на процесс термического разложения RPUF. С увеличением содержания АДФ на кривой ДТГ для RPUF / ADP30 постепенно появлялся новый пик при 400–550 ° C, что приводило к потере веса приблизительно 20% из-за образования летучих фосфинатных соединений (Zhan et al., 2015). Кроме того, T _-50% для образцов, содержащих АДФ, было немного снижено. Хотя компонент EG не оказывает очевидного влияния на T _-50%, он вызывает значительное снижение T _max. Кроме того, примечательно, что T _max RPUF / EG30 в значительной степени было ниже, чем T _-50%, что указывает на то, что во время сгорания может удерживаться больше пенообразной матрицы. Фактически, остатки полукокса в RPUF / EG30 составляют 19,72%, что намного выше, чем 15,54% в RPUF и 12.97% RPUF / ADP30. Сообщалось, что червеобразный изоляционный слой низкой плотности будет устойчиво образовываться на поверхности матрицы, когда EG активируется во время процесса нагрева, что эффективно препятствует передаче тепла и веществ (Acuña et al., 2020). Принимая во внимание все параметры, RPUF / ADP10 / EG20 показывает лучшую термическую стабильность с максимальным количеством остатков и самой низкой температурой начала разложения, что способствует образованию защитного слоя при пожаре.

РИСУНОК 2 . (A) TGA и (B) DTG кривые композитов RPUF и FR-RPUF под N ₂.

ТАБЛИЦА 3 . Результаты ТГА композитов РПУФ и ФР-РПУФ под номером N ₂. Огнестойкость.

Огнестойкие свойства чистых RPUF и FR-RPUF были сначала оценены с помощью теста на ограничение кислородного индекса (LOI), как показано в таблице 4. Значение LOI для чистого RPUF составляет 18,8 об.%. С добавлением 30 php ADP значение LOI для RPUF / ADP30 увеличилось до 23.0 об.%. После добавления 30 php EG значение LOI RPUF / EG30 может достигать 25,2 об.%, Что выше, чем у композитов, модифицированных одним только ADP. Когда EG и ADP добавляются одновременно, значения LOI для RPUF, очевидно, выше, чем для RPUF / ADP30. Однако образцы показывают разные значения LOI с разными добавками EG и ADP. Среди них значение LOI для RPUF / ADP10 / EG20 может достигать максимальных 25,9 об.%. Стоит отметить, что RPUF / ADP12 / EG (Акдоган и др., 2020), RPUF / ADP10 / EG20, RPUF / ADP7.5 / EG22.5, и композиты RPUF / ADP6 / EG24 имеют более высокие значения LOI по сравнению с RPUF / ADP30 и RPUF / EG30. Эти результаты показывают, что существует хороший синергетический эффект замедления горения между АДФ и ЭГ. Испытание на вертикальное горение (UL 94) используется для оценки огнестойкости композитов RPUF и FR-RPUF. Как показано в таблице 4, по сравнению с отсутствием оценки чистого RPUF, все FR-RPUF имели рейтинг V-1, что указывает на улучшенную огнестойкость композитов.

ТАБЛИЦА 4 .Результаты испытаний композитов RPUF и FR-RPUF по LOI и UL-94.

В качестве простого метода скрининга был проведен анализ MCC, при котором требовалось лишь небольшое количество образцов для исследования горения RPFU и композита FR-RPUF (Chu et al., 2018). Кривые скорости тепловыделения (HRR) могут быть получены из MCC и показаны на рисунке 3. Между тем, как важный параметр для оценки огнестойкости материалов, пиковая скорость тепловыделения (PHRR) была сведена в таблице 5. По сравнению с чистым RPUF , все модифицированные FR-RPUF показывают более низкие значения PHRR.По сравнению с 211,86 Вт / г чистого RPUF, значения PHRR для RPUF / EG30 и RPUF / ADP30 были снижены до 180,15 и 179,61 Вт / г, соответственно, с добавлением 30 php EG и ADP. Когда EG и ADP были объединены вместе в RPUF, значения PHRR образцов имели определенную разницу при различном содержании компонентов. Среди них RPUF / ADP24 / EG6 имел самое низкое значение PHRR 159,85 Вт / г, что на 52,01 Вт / г ниже, чем у чистого RPUF.

РИСУНОК 3 . Результаты МКК композитов РПУФ и ФР-РПУФ.

ТАБЛИЦА 5 . PHRR и THR от MCC и конуса.

Горючие свойства чистых RPUF и FR-RPUF были проверены с помощью конического калориметра. Кривые HRR и общего тепловыделения (THR) показаны на рисунке 4, а данные перечислены в таблице 5. Как показано на рисунке 4A, чистый RPUF достиг пика максимальной скорости тепловыделения вскоре после возгорания (298,28 кВт / м ²). Все FR-RPUF показали отличное от чистого RPUF поведение тепловыделения. По сравнению с чистым RPUF PHRR RPUF / EG30 был снижен до 161.27 кВт / м ², наблюдается снижение на 45,93%. Причина, по которой RPUF с добавлением EG имеет такой низкий PHRR, заключалась в следующем: при нагревании EG расширялся и образовывалось большое количество червеобразного углеродного слоя, который служил физическим барьером в конденсированной фазе и газовой фазе зона горения. Более того, большое количество негорючего газа, образующегося при расширении, снизит концентрацию топлива. Тем не менее, RPUF, модифицированный с помощью EG, имел более продолжительное время горения пламени из-за замедленного выделения горючих газов в присутствии EG.THR RPUF / EG30 составил 23,08 МДж / м ², снизившись на 18,65% по сравнению с чистым RPUF. Снижение THR было не таким большим, как у PHRR. Это произошло потому, что модифицированный ЭГ RPUF обладал более высокой плотностью, чем чистый RPUF; таким образом, в процессе сгорания будет содержаться больше топлива. На кривых HRR некоторых образцов можно увидеть два пика. Это может быть связано с расширением образца во время процесса горения, что привело к сокращению расстояния между поверхностью образца и нагревательной спиралью.Таким образом, образцы могут получать более высокое тепловое излучение, и при сгорании выделяется больше тепла.

РИСУНОК 4 . Кривые HRR (A) и THR (B) в зависимости от времени для композитов RPUF и FR-RPUF.

Анализ газовой фазы

Летучие продукты композитов RPUF и FR-RPUF в процессе пиролиза были исследованы TG-IR. Кривые Грама-Шмидта (GS) и интенсивность поглощения типичных газовых продуктов показаны на рисунке 5А.Интенсивность поглощения композитов RPUF была значительно снижена по сравнению с чистым RPUF с добавлением EG и ADP. Более того, RPUF / ADP15 / EG15 показал более низкую интенсивность поглощения, чем RPUF / EG и RPUF / ADP, что указывает на синергетический эффект подавления дыма между EG и ADP. Интенсивности абсорбции высвободившихся соединений CO ₂ и углеводородов представлены на рисунке 5E, а интенсивность RPUF была ниже, чем у RPUF / EG30. Это может быть связано со структурными характеристиками самого расширяемого графита, которые позволяют легко выделять летучие углеводороды во время горения.Однако из-за расширяемости расширенного графита и его высокой термостойкости расширяемый графит быстро расширяется при высоких температурах. При этом полученные материалы из вспененного графита покрывали поверхность подложки, изолируя тепловое излучение и кислород. Кислотные радикалы внутри промежуточного слоя могут высвобождаться во время расширения, что также способствует карбонизации субстрата. При объединении с ADP в RPUF продукты термического разложения ADP оказывали сильное обезвоживающее действие, и покрытая поверхность полимера карбонизировалась с образованием углеродной пленки.Таким образом, хороший эффект огнестойкости может быть достигнут с помощью этого синергетического метода замедления горения. Кроме того, снижение прочности ароматического соединения может означать снижение выхода ароматических летучих веществ, что приводит к подавлению образования частиц дыма, образованных этими конденсированными ароматическими фрагментами. Более того, продукты ядовитого газа, такие как CO и карбонил, могут серьезно угрожать безопасности человеческой жизни (Chu et al., 2018; Shi et al., 2019; Liu et al., 2020; Shi et al., 2020; Chu et al., ., 2021). Поэтому важно уменьшить выброс этих токсичных веществ. Соответствующие интенсивности поглощения CO и карбонила приведены на фиг. 5C, D соответственно. При добавлении EG и ADP может быть достигнуто значительное снижение абсорбции, и RPU / ADP15 / EG15 имеет самую низкую интенсивность. Это указывает на то, что комбинация EG и ADP может эффективно ингибировать токсичность полимера при горении. Кроме того, полимер, добавленный с ADP, также будет создавать расширенный углеродный слой во время процесса горения для достижения эффектов тепло- и кислородной изоляции и дополнительно предотвращать распространение поверхностного пламени, играя ключевую роль в огнестойкости (Qiu et al., 2019).

РИСУНОК 5 . Поглощение газообразных продуктов композитов RPUF и FR-RUUF в зависимости от времени: (A) Грамм-Шмидта; (B) ароматических соединений; (C) карбонил; (D) CO; (E) CO ₂; (F) углеводород.

Анализ конденсированной фазы

СЭМ был использован для дальнейшей характеристики внешних и внутренних остатков полукокса четырех различных пенополиуретанов, что может дополнительно объяснить их различные характеристики огнестойкости (Xu et al., 2020). Как показано на Рисунке 6, на поверхности остатков чистого RPUF было много углеродных микронных сфер без сплошного и плотного слоя полукокса. Внутренний углеродный слой имел явный разрыв, что оказывало слабое ингибирующее действие на выделение топлива из матрицы и передачу тепла матрице. Наконец, чистый RPUF показал плохие характеристики пожарной безопасности. Напротив, RPUF / ADP30 представил гораздо меньшее количество углеродных микронных сфер на поверхности остатка. На поверхности может быть сформирован относительно сплошной слой полукокса, и слой полукокса внутри был также более компактным.По сравнению с чистым RPUF огнестойкие характеристики RPUF / ADP30 были значительно улучшены. Однако на поверхности обугленных слоев наблюдались явные дыры, которые ограничивали эффект подавления массо- и теплопередачи. В случае комбинации АДФ и ЭГ на поверхности внешнего обугленного слоя также находились углеродные микронные сферы. Специфический червеобразный обугленный слой, образованный расширяющимся графитом, имел очевидный разрыв, который не способствовал улучшению огнезащитных характеристик, в то время как внутренний обугленный слой имел плотную и непрерывную морфологию.

РИСУНОК 6 . СЭМ-изображения внешних и внутренних остатков полукокса композитов RPUF и FR-RPUF: (A) RPUF; Б РПУФ / ЭГ30; (C) RPUF / ADP30; (Г) РПУФ / АДП15 / ЭГ15.

Для RPUF с добавлением только EG внутренняя и внешняя морфология были сходными. Снаружи появлялся сплошной и относительно рыхлый углеродный слой, похожий на червяк, а образовавшийся каркас из обугленного материала был непрерывно плотным, без каких-либо углеродных микронных шариков.Между тем, червеобразный слой угля и каркас слоя угля внутри были более плотными, что имело преимущество в улучшении огнезащитных характеристик.

Более разнообразную информацию о составе поверхности и химическом состоянии остаточных налетов можно получить с помощью XPS-анализа. Как показано на рисунке 7A, обзорные спектры XPS RPUF и RPUF / EG30 состояли из элементов C, N и O, но в остаточном угле нанокомпозитов RPUF / ADP30 и RPUF / ADP15 / EG15 присутствовали дополнительные элементы P.Более того, содержание O в поверхностном обугленном слое RPUF / ADP30 и RPUF / ADP15 / EG15 было на 15,9 и 13,1% соответственно выше, чем у RPUF и RPUF / EG30 (12,1 и 8,4%) соответственно. Этот результат связан с разложением ADP с образованием POx в процессе горения, что может способствовать образованию углерода (Zhou et al., 2020). На рисунках 7B – F показаны спектры P 2p, C 1s, O 1s, N 1s и Al 2p внешнего полукокса RPUF / ADP15 / EG15. Как показано в спектре P 2p, появляются два пика в 134,4 и 135.8 эВ, что было приписано одиночному фосфату и пирофосфату соответственно, что свидетельствует об образовании сшитых соединений оксида фосфора (Zhou et al., 2020). Как показано на спектре C 1s, пики C 1s можно деконволюционировать в три пика при 284,7, 285,7 и 287,3 эВ, соответствующих связям C-C, C-O и C = O соответственно. Соответственно, C-O и C = O также можно найти в спектре O 1s, а пик, соответствующий C = O, также соответствует P = O в фосфатных группах (Qiu et al., 2020). Два пика на 398.8 и 400,6 эВ, относящиеся к связям N-H и C-N, были обнаружены в спектре N 1s (Qiu et al., 2019) из-за карбонитрида после разложения RPUF. Пик при 75,8 эВ обнаружен в спектре Al 2p, представляющем фосфат и / или пирофосфат алюминия (Tang et al., 2013).

РИСУНОК 7 . (A) XPS-обзорный спектр остаточного полукокса для RPUF и его нанокомпозитов после конических испытаний; высокое разрешение, (B) P 2p, (C) C 1 с, (D) O 1 с, (E) N 1 с и (F) Al 2p XPS-спектры RPUF / ADP15 / EG15.

Рассмотрение механизма

На основании вышеизложенного исследования был предложен возможный огнезащитный механизм композитов RPUF / ADP / EG, и соответствующая схематическая иллюстрация представлена на рисунке 8. При возгорании пожар обычно начинался на поверхности композитов. . Частицы EG могут расширяться и образовывать червеобразную структуру с некоторыми отверстиями за счет высвобожденного SO ₂ или NO ₂ (Wang et al., 2011). Частицы АДФ разложились на олигомеры фосфинатов, диэтилфосфиновой кислоты и фосфата алюминия (Orhan et al., 2012; Кая и Хакалоглу, 2014). Олигомеры фосфинатов далее разлагаются на P и PO, которые могут гасить H · и HO · в газовой фазе. Диэтилфосфиновая кислота может способствовать дальнейшему превращению полиуретановой цепи в полукокс и сокращать образование горючего газа. Обугленный в сочетании с фосфатом алюминия образует углеродную пленку и покрывает поверхность червеобразной структуры, значительно повышая компактность остатков обугленного металла. Компактный обугленный остаток может значительно замедлить передачу тепла и веществ и, таким образом, эффективно подавить горение лежащих в основе материалов и, очевидно, повысить огнестойкость композитов RPUF / ADP / EG.Таким образом, системы ADP / EG в основном играют свою роль по механизму замедления горения газ-твердое тело.

РИСУНОК 8 . Схематическое изображение механизма замедления горения для композитов RPUF / ADP / EG.

Заключение

В данной работе исследовалось влияние ЭГ и АДФ на структуру, теплопроводность, термостабильность и огнестойкость RPUF и FR-RPUF. Когда добавление ADP и EG составляло 6 и 24 php соответственно, теплопроводность RPUF / ADP6 / EG24 увеличивалась до максимального значения 0.0474 Вт / м · к. Увеличение может быть вызвано сокращением клеток, вызванным ЭГ. Для FR-RPUF термическая стабильность снижалась с увеличением содержания ADP, а остатки полукокса увеличивались с увеличением содержания EG. Между тем, результаты по характеристикам огнестойкости показали, что добавление ADP и EG может улучшить огнестойкость RPUF, и существует хороший синергетический эффект замедления горения между ADP и EG. Механизм замедления горения исследовался соответственно в газовой и конденсированной фазах.

Заявление о доступности данных

Исходные материалы, представленные в исследовании, включены в статью / дополнительные материалы; дальнейшие запросы можно направить автору-корреспонденту.

Вклад авторов

YH: Формальный анализ, Исследование, Визуализация, Написание оригинального черновика. ZZ: Формальный анализ, расследование, написание и рецензирование. SL: Концептуализация, ресурсы, надзор. DY: Методология, Управление проектами, Написание-рецензирование и редактирование.СЗ: Расследование, Написание-оригинальный черновик. YH: Расследование, написание оригинального черновика.

Конфликт интересов

YH, SL, DY, SZ и YH работали в компании China Construction Fifth Engineering Division Co., Ltd.

Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось без каких-либо коммерческих или финансовых отношения, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Ссылки

Acuña, P., Lin, X., Calvo, M. S., Shao, Z., Pérez, N., Villafañe, F., et al. (2020). Синергетический эффект вспениваемого графита и фенилфосфон-анилиновой соли на огнестойкость жесткого пенополиуретана. Polym. Деграда. Stabil. , 179, 109274. doi: 10.1016 / j.polymdegradstab.2020.109274