АЭРОЗОЛЬОБРАЗУЮЩИЙ ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ПОЖАРОТУШЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК A62D1/00 

Изобретение относится к области создания средств для предотвращения пожаров, их тушения и сдерживания огня.

До последнего времени наиболее универсальными средствами пожаротушения являлись огнетушащие порошки, главными недостатками которых являются высокий расход и слеживаемость при хранении, что снижает эффективность их применения.

В последние годы появился новый класс средств пожаротушения - аэрозольобразующие твердотопливные составы (АОТС). Они предназначены для использования в различного типа устройствах, установках и системах объемного пожаротушения. Их действие основано на генерации в процессе горения огнетушащего аэрозоля, состоящего из смеси инертных газов и высокодисперсных частиц ингибиторов горения.

Известны аэрозольобразующие составы из класса порохов аэрозольных смесевых.

Данные составы состоят из твердых компонентов: окислителей азотнокислых Na, K, хлорного или углекислого Na, K, перхлоратов Na, K; аммония, бихромата K и связующих типа нитроцеллюлозы, полиэфира, каучуков, эпоксидной или резольной смолы. [1]
Один из известных аэрозольобразующих твердотопливных составов из класса порохов ПАС-11, принятый за прототип, имеет следующий компонентный состав, мас.

Окислитель -
азотнокислый калий 65
хлорнокислый калий 10
Связующее (эпоксидная смола) остальное [2]
Вышеперечисленные составы имеют ряд недостатков, в частности, в данных составах, в том числе и прототипов, низкий удельный объем газов: количество газов, образующихся при сгорании 1 кг состава равно 3,2 м³. Судя по температуре горения последних (до 1600 K) и большому содержанию связующего, такого типа составы обладают низким коэффициентом избытка окисляющих элементов (α), а, значит, в газовой составляющей аэрозоля содержится большое количество соединений, способных к догоранию в воздушной среде (CO, H₂, OH и т.п.), которые в очаге пожара могут стать дополнительным источником горения.

Задачей изобретения является разработка экологически чистого аэрозольобразующего твердотопливного состава с высоким удельным объемом газов и с высоким α в пределах 0,8-1,0, что обеспечить присутствие в составе образующего при горении аэрозоля, в основном, продуктов полного окисления, входящих в состав компонентов.

Для решения поставленной задачи предлагается состав следующего компонентного содержания, мас.

Окислитель азотнокислый хлорнокислый, или их смесь калий 75,5-86,5
Полимерное связующее 13,0-20,0
Специальные добавки 0,5-4,5
Данный состав отличается повышенным содержанием окислителя, довольно низким содержанием связующего и, следовательно, высоким значением a, близким к единице. Увеличение содержания окислителя для этого состава свыше 86,5% нецелесообразно, поскольку расчеты показывают, что в этом случае a становится больше единицы, в составе аэрозоля появляется свободный кислород и огнетушащие свойства состава снижаются.

В результате опытной проверки оказалось, что увеличение содержания окислителя, введенного в состав в виде монофракции, до 86,5% может привести к ухудшению как реологических характеристик массы при изготовлении состава, так и деформационных характеристик готового состава, что, в свою очередь, может привести к невозможности его использования в некоторых видах изделий. Так, исследования показали, что при использовании одной мелкодисперсной фракции окислителя, состав становится нетехнологичным, а при использовании одной крупнодисперсной фракции топливные элементы становятся пористыми из-за недостатка связующего, что, в конечном итоге, может привести к нестабильному горению. Поэтому для сохранения требуемых реологических и механических характеристик состава необходимо одновременно использовать окислитель в виде смеси двух фракций: мелкодисперсной и крупнодисперсной. Использование одновременно двух фракций позволяет значительно уменьшить свободный объем окислителя (суммарный объем между его частицами). При этом минимальный свободный объем смеси обеспечивается при соотношении фракций, объемные доли,
мелкодисперсная фракция 20-50
крупнодисперсная фракция 50-80
при отношении средних размеров частиц этих фракций не более 0,15.

В таблице 1 приведены оптимальные варианты соотношений включения окислителя в виде смеси 2-х фракций, а также различное содержание окислителя и характеристики состава.

Составы готовились по технологии смесевого твердого топлива. В качестве полимерного связующего были опробованы дивинильный, изопреновый, нитрильный, полиуретановый, тиокольный каучуки, а также эпоксидная смола. Замена полимерных связующих одного на другое не повлияла на изменение термодинамических характеристик состава, оказалась нейтральной.

Специальные добавки введены в состав в количестве катализаторов скорости горения и существенного влияния на изменение коэффициента a и удельного объема газов не оказывают.

Как следует из таблицы, коэффициент a предлагаемого состава находится в пределах 0,87-1,02, а температура горения состава 1520-2677 К. Благодаря этому, а также используемым компонентам, образующийся аэрозоль, в основном, состоит из инертных газов (CO₂, H₂O, N₂ и др.) и соединений калия (KCl, K₂CO₃), которые при температуре горения состава находятся преимущественно в газообразном состоянии, а при охлаждении переходят в конденсированное состояние в виде мельчайших частиц, оказывая сильное ингибирующее действие на процесс горения в воздушной среде всех видов материалов и газов.

Предлагаемый состав обладает высоким удельным объемом газов, что обеспечивает интенсивное разбавление и вытеснение воздушной среды из очага пожара и способствует его подавлению за более короткое время. Как следует из таблицы, удельный объем газа предлагаемого состава 3,8-5,6 м³/кг, что, в среднем, на 30% выше, чем у составов, принятых за прототип.

Приведенная оценка огнетушащих свойств предлагаемого состава показала, что его минимальная огнетушащая концентрация составляет:
при тушении ЛВЖ 0,02-0,05 кг/м³
при тушении древесины 0,05-0,08 кг/м³,
что находится на уровне составов, принятых за прототип.

Натурные испытания предлагаемого состава показали его высокую эффективность, позволив сократить время тушения модельного очага пожара в среднем на 15-20% по сравнению с составами, принятыми за прототип.

Таким образом, сущность изобретения заключается в одновременном применении окислителя в виде смеси двух фракций мелкодисперсной и крупнодисперсной при соответствующем соотношении, а также в измененном количественном соотношении компонентов известного состава. Изменение количественного состава окислителя привело к получению нового положительного эффекта аэрозольобразующего состава: экологической частоте аэрозоля, повышению удельного объема газов и огнетушащей эффективности состава.

Использование: средство для предотвращения пожаров, их тушения и сдерживания огня. Сущность изобретения: аэрозольобразующий твердотопливный состав для пожаротушения содержит полимерное связующее 13-20 мас.%, окислитель - азотнокислый или хлорнокислый калий или их смесь 75,5-86,5 мас.% и катализаторы горения в 0,5-4,5 мас.%. Окислитель использован в виде смеси мелкодисперсной и крупнодисперсной фракций при их массовом соотношении (20-50): (50-80), соответственно. Состав является экологически чистым с повышенным удельным объемом газов и высокой огнетушащей способностью. 1 табл.

Аэрозольобразующий твердотопливный состав для пожаротушения, содержащий полимерное связующее, окислитель азотнокислый или хлорнокислый калий или их смесь, отличающийся тем, что он содержит окислитель в виде смеси мелкодисперсной и крупнодисперсной фракций при их массовом соотношении (20 - 50) (50 80) соответственно и дополнительно содержит катализаторы горения при следующем соотношении компонентов, мас.

Окислитель 75,5 86,5
Полимерное связующее 13,0 20,0
Катализаторы горения 0,5 4,5