Огнестойкие покрытия

Министерство образования и науки Российской Федерации

Волжский политехнический институт (филиал)  бюджетного государственного образовательного бюджетного учреждения высшего профессионального образования Волгоградского государственного технического университета

 

Кафедра «Химическая технология полимеров и промышленная экология»

 

 

 

 

 

 

 Семестровая работа  на тему: «Огнестойкие покрытия»

 

 

 

 

Выполнил:

студент гр. ВТЭ-2

Ершов А.Н.

Проверил:

Кейбал Н. А.

 

 

 

 

Волжский, 2010

Содержание:

1. Введение………………………………………………………………………..3

2. Горение( древесины и полимерных материалов)…………………………..5

3. Составы, вещества и материалы для огнезащиты материалов, конструкций и изделий, их классификация…………………………………………………….9

3. Виды огнестойких покрытий (состав, основные характеристики)………..13

4. Пожарно-технические характеристики покрытий …………………………24

5. Запатентованные покрытия…………………………………………………..29

6. Заключение…………………………………………………………………….34

7. Список литературы……………………………………………………………35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Огонь на протяжении всего развития человечества долгое время был единственным средством для приготовления пищи, отпугивания зверей, освещения и отопления, позднее - выплавки и обработки металлов и, наконец, для работы разнообразных двигателей - от парового до ракетного. Однако и вреда огонь приносил и приносит до сих пор достаточно. Когда дома были деревянными, пожары уничтожали целые города; когда появились новые искусственные материалы, пожары не исчезли, а основным источником опасности стали полимеры. Существенным фактором, сдерживающим внедрение разнообразных полимерных материалов, является их пожарная опасность, обусловленная горючестью и сопутствующими процессами. Пожарная опасность материалов и изделий из них определяется в технике следующими характеристиками: 1) горючестью, то есть способностью материала загораться, поддерживать и распространять процесс горения; 2) дымовыделением при горении и воздействии пламени; 3) токсичностью продуктов горения и пиролиза - разложения вещества под действием высоких температур; 4) огнестойкостью конструкции, то есть способностью сохранять физико-механические (прочность, жесткость) и функциональные свойства изделия при воздействии пламени. В свою очередь, горючесть - это комплексная характеристика материала или конструкции. Она включает следующие величины: 1) температуру воспламенения или самовоспламенения; 2) скорости выгорания и распространения пламени по поверхности; 3) предельные параметры, характеризующие условия, при которых возможен самоподдерживающийся процесс горения, например состав атмосферы (кислородный индекс) или температура (температурный индекс). [1]

Ежегодно в России происходит около 250 тыс. пожаров, в результате которых уничтожается материальных ценностей более чем на 6,5 млрд р. и погибает свыше 18 тыс. человек. Важной задачей является повышение теплостойкости полимерных композиционных материалов, так как полимерное связующее уже при сравнительно невысоких температурах (выше 100 0С) начинает терять упруго-прочностные свойства. Поэтому достижение необходимых показателей огнетеплозащиты стеклопластиков является актуальной задачей, решение которой позволит существенно расширить их область применения. [2]

Задача высокотемпературной и огневой защиты конструкций на основе

металлов и сплавов состоит в образовании на их поверхности теплоизолирующих плотных экранов с низкой температуропроводностью, которые могут в течение длительного времени не разрушаться при действии высоких температур от огня, а также различных агрессивных сред.

Такие покрытия позволяют значительно уменьшить время прогревания металлов и развитие пластических деформаций, что значительно увеличивает огнестойкость и сохраняют эксплуатационные свойства на протяжении заданного времени. [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Процесс горение

2.1 Древесина

Процесс горения древесины – это изотермический процесс, который сопровождается выделением тепла.

Разогрев - это нагрев участка древесины от наружного источника тепла до температуры воспламенения. Источником тепла может послужить поднесенная спичка, соседний горящий участок полена или щепки, либо что-что еще, способное греть и нагревать до требуемой температуры. Когда температура прогреваемого участка достигнет 120-150°С — начинается очень медленное и постепенное обугливание дерева, с образованием самовоспламеняющегося угля. При достижении температуры 250-350°С, начинается активное термическое разложение древесины на составляющие. На поверхности дерева появляется видимый обугливающийся слой, который начинает тлеть (гореть без пламени). При этом из обуглившегося слоя начинает выделяться белый (бурый) дым. Белый  дым — это не что иное, как продукты термического разложения древесины, сдобренные приличной порцией водяного пара. При дальнейшем разогреве и повышении температуры, термическое разложение древесины на газообразные составляющие будет усиливаться. Процесс термического разложения (пиролиз) пойдет вглубь древесной массы. Концентрация пиролизных газов в зоне разогрева достигнет критической отметки и произойдет их возгорание (вспышка). Вспышка состоится на границе с кромкой белого дыма и распространится на весь его объем. Возникнет светло-жёлтое пламя. Температура зоны разогрева может резко увеличиться за счет теплоты от сгорания пиролизных газов.

Температура вспышки горючих пиролизных газов находится в пределах 250-300°С. Это температура, при которой становится теоретически возможным процесс воспламенения и горения самой древесины.

Воспламенение. Если и дальше продолжать разогревать древесину, то наступит ее воспламенение. Это начальная стадия горения, в течение которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника, приводит к резкому ускорению термохимической реакции. Практика показывает, что в естественных условиях воспламенение древесины наблюдается при температуре от 450 до 620°С. 
Принципиально важным и непременным условием для воспламенения и горения любого вещества является достаточный приток кислорода и концентрация теплоты горения, которая не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных участков топлива до температуры воспламенения.

Горение древесины. Если упомянутое выше условие соблюдается, то возникшее при вспышке пламя уже не затухает, а охватывает всю обугленную часть древесины. Это означает, что древесина воспламенилась, и процесс воспламенения перешел в процесс горения.

В свою очередь, горение дерева состоит из двух фаз — пламенной фазы и фазы тления.

В режиме тления доминирующим процессом является горение твёрдых продуктов пиролиза (углей). При этом,  пиролизные газы выделяются медленно и не могут воспламениться из-за малой своей концентрации. Газообразные продукты охлаждаются, конденсируются и дают обильный белый дым. При горении в режиме тления происходит движение воздуха в толщу горящей древесины

В режиме пламенного горения ведущим 
процессом является горение газообразных продуктов пиролиза, которое характеризуется движением горячих газов наружу.

Обе фазы горения неразрывно взаимосвязаны и будут продолжаться до тех пор, пока в зоне горения будут соблюдаться три условия: наличие топлива, наличие кислорода и концентрация необходимой температуры.

Затухание древесины.

Если одно из этих условий не соблюдается, то пламя затухает и весь процесс воспламенения и горения, либо прекращается, либо, в точности повторяется с самого начала, в зависимости от стабильности наружного источника тепла.

2.2 Полимерные материалы

Горение полимеров представляет собой очень сложный физико-химический процесс (схема 1), включающий как химические реакции деструкции, сшивания и карбонизации полимера в конденсированной фазе (а также химические реакции превращения и окисления газовых продуктов), так и физические процессы интенсивных тепло- и массопередачи. Реакции в конденсированной фазе фактически приводят к двум основным типам продуктов: 1) газообразным веществам (горючим и негорючим) и 2) твердым продуктам (углеродсодержащим и минеральным). При протекании реакции в газовой фазе в предпламенной области образуются топливо для пламени, сажа и пр.

Специфической особенностью химии пламени является наличие сложного пространственного распределения температуры и концентраций исходных и промежуточных веществ и продуктов, а также для большинства полимеров (а тем более полимерных материалов) - наличие огромного числа разнообразных продуктов деструкции как в конденсированной, так и в газовой, предпламенной области. Все это чрезвычайно затрудняет экспериментальные исследования и создание строгих количественных теорий процессов горения полимеров, которые бы учитывали все химические и другие особенности конкретных систем. Тем не менее, для горения большинства полимерных материалов характерны некоторые общие качественные закономерности, на чем мы кратко остановимся.

Процессы горения полимеров делятся на обычное газовое и гетерогенное горение, или тление. В первом случае большая часть тепла, ответственного за поддержание самостоятельного химического превращения, выделяется в газовой фазе при окислении газообразных продуктов деструкции полимера. При этом область максимальной скорости выделения тепла (газовое пламя) обычно отстоит от поверхности на расстояние порядка миллиметров и более в зависимости от конкретных условий горения. Поверхность полимера в таком случае оказывается значительно холоднее области газового пламени. Температуры поверхности составляют 400 - 650 0 С, а максимальные температуры в газовой фазе достигают 1100 - 12000С и более. При тлении же все тепло выделяется, главным образом, в поверхностном слое конденсированной фазы, где и наблюдаются максимальные температуры (800 - 9000С).

При горении органических полимерных материалов окислителем является кислород воздуха, а горючим - водород и углеродсодержащие газообразные продукты деструкции полимера, которые в результате окисления превращаются в воду и углекислый газ или - при неполном окислении - в угарный газ (СО). Потоки горючего и окислителя в этом случае пространственно разделены, и химическая реакция их взаимодействия обычно лимитируется подачей реагентов к пламени диффузией или конвекцией. Газовое пламя носит тепловой характер, то есть его существование определяется наличием достаточно большого теплового эффекта при сгорании продуктов деструкции полимера и сильной температурной зависимостью скорости реакции окисления (большого значения эффективной энергии активации). При горении полимеров наблюдаются критические явления, характерные вообще для процессов горения. Снижение температуры пламени по тем или иным причинам приводит к скачкообразному переходу от одного режима окисления - горения - к другому - очень медленному окислению. Эти режимы различаются между собой по скоростям на многие порядки. Поэтому можно говорить о существовании критических условий, определяющих границы возможного горения данного материала. Следует отметить, что эти условия зависят от геометрии образцов и пламени, температуры полимера и газовой среды и не являются абсолютными характеристиками данного материала.

Следует отметить, что в большинстве случаев невозможно добиться того, чтобы органический полимер стал абсолютно негорючим материалом и не сгорал в интенсивном огне (пожаре). Однако большинство пожаров возникает от малокалорийных источников тепла и огня - сигарет, спичек, свечей, короткого замыкания. Поэтому очень важно понизить горючесть полимера, чтобы он медленнее загорался, медленнее распространялось пламя, а для загорания требовались бы более жесткие условия (более высокие значения температур, потока энергии и т.д.). [1]

3. Составы, вещества и материалы для огнезащиты материалов, конструкций и изделий.

Для начала следует привести основные термины и определения, характеризующие данную область исследования.

Огнезащитный состав (вещество) (ОЗСВ) - состав, вещество (смесь веществ) или материал, обладающие требуемой огнезащитной эффективностью и специально предназначенные для огнезащитной обработки различных объектов.  
Объект огнезащиты - материал, вещество, конструкция или изделие, подвергаемые обработке ОЗСВ с целью снижения их пожарной опасности или увеличения устойчивости к воздействию опасных факторов пожара.  
Огнезащитная обработка - нанесение ОЗСВ на поверхность (поверхностная пропитка, окраска, обмазка и т.д.) и (или) введение в объем объекта огнезащиты.  
Огнезащитное покрытие - полученный в результате огнезащитной обработки слой на поверхности объекта огнезащиты.  
Огнезащитная эффективность - качественный или количественный показатель, характеризующий свойство ОЗСВ снижать пожарную опасность объектов огнезащиты до требуемого уровня согласно действующей нормативной документации или обеспечивать требуемую нормативную устойчивость их к воздействию опасных факторов пожара. 

В зависимости от вида материала объекта огнезащиты ОЗСВ подразделяются на предназначенные для:

древесины и материалов на ее основе;

металла;

тканей, нетканых материалов и ковровых покрытий;

оболочек электрокабелей;

полимерных и других материалов.

В зависимости от условий эксплуатации ОЗСВ подразделяются на предназначенные для:

сухих отапливаемых помещений;

условий повышенной влажности;

атмосферных условий;

специальных условий.

По способу огнезащитной обработки ОЗСВ подразделяются на:

пропиточные составы и антипирены;

покрытия;

комбинированные.

ОЗСВ по виду огнезащитного покрытия подразделяются на: