ВСПЕНИВАЮЩАЯСЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ОГНЕЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2002 года по МПК C09D5/18 C09K21/00 C09K21/14 

Изобретение относится к области получения огнезащитных покрытий для тепловой защиты от воздействия пламени металлических и неметаллических поверхностей конструкций в авиа-, судо-, машиностроении, космической и электронной промышленности.

Известны огнезащитные вспенивающиеся композиции для получения гибких пленочных покрытий, используемых для защиты конструкций от пожара, содержащие в своем составе пленкообразующие полимеры, такие как поливинилэфир, полиакрилат или их сополимеры, и в качестве вспенивающего агента - вспучиваемый графит в количестве 10-90% от массы композиции (ФРГ 3822088, С 08 К 3/04, 1990).

Недостатком покрытия на основе этой композиции является малая огнестойкость вследствие термоокислительной деструкции покрытия при воздействии температуры 150^oС и выше.

Известна огнезащитная вспенивающаяся композиция на основе вспучиваемого графита 10-60 вес.%, полимерного связующего - основы - 5-25 вес.% (хлоропреновый каучук, полиэтилен, поливинилацетат или полиакрилат, или их смеси, или водные латексные дисперсии), вещества, образующие углеродный каркас при возгорании, например фенолформальдегидную смолу 2-25 вес.% и микрошарики 0.5-5 вес.% (ФРГ 4135678, С 08 К 21/00, 1991). Композиция наносится в виде пасты или используется путем нанесения на стекловолокнистый или углеродный текстильный прочес при изготовлении огнезащитных пластин и лент для уплотнения швов и отверстий конструкций.

Недостатками этой композиции, не позволяющими длительно эксплуатировать ее в условиях высокотемпературного нагрева, являются образование малопрочного пенококса, отсутствие в ее составе ингибиторов горения и образующийся при термодеструкции фенолформальдегидных связующих углеродный каркас, подвергающийся интенсивному окислению при температурах выше 250^oС.

Наиболее близкими по технической сущности, принятыми за прототип, являются вспенивающиеся композиции ВОЗП-4 и ВОЗП-4у для огнезащитного покрытия металлических и неметаллических поверхностей (ТУ 1-595-15-538-98), содержащие в своем составе диметилсилоксановый каучук в качестве полимерной основы, меламин в сочетании с пентаэритритом в качестве вспенивающих агентов, аммоний монофторфосфорнокислый в качестве антипирена, диэтилдикаприлат олова в качестве отвердителя и бензин в качестве растворителя при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
Основа: диметилсилоксановый каучук (ГОСТ 13835) - 100
Вспенивающие агенты:
пентаэритрит (ГОСТ 9286) - 40-60
меламин (ГОСТ 7579) - 25-35
Антипирен: аммоний монофторофосфорнокислый (ГОСТ 3771) - 40-60
Отвердитель: диэтилдикаприлат олова (К-18) (ТУ 6-02-805) - 4-6
Растворитель: бензин (ГОСТ 443) - 15-25
Данные огнезащитные композиции не могут быть использованы для защиты внутренних обитаемых помещений, так как процесс вспенивания в условиях пожара сопровождается выделением большого количества сильно дымящих газообразных продуктов (оксида углерода, активных радикалов полиолов и т.п.), вредно воздействующих на человеческий организм. Кроме того, пенообразная часть вспучивающегося огнезащитного покрытия не обладает устойчивостью к касательным напряжениям трения от газообразного потока, что делает покрытие неэффективным при защите внешних поверхностей летательных аппаратов и ограничивает его применение в других транспортных средствах (автомобильных, железнодорожных). Длительное отверждение (24 ч при температуре 20^oС) не позволяет изготавливать покрытие ленточного типа.

Технической задачей изобретения является создание вспенивающей композиции для изготовления высокоэффективного огнезащитного покрытия, устойчивого в условиях высокого давления от газового потока, средств пожаротушения, не выделяющего значительного количества дымящих газообразных веществ в условиях воздействия пламени и обеспечивающего защиту изделий от воздействия пламени с температурой 1100±50^oС. Композиция должна наноситься методами пневмонапыления, шпателем и обеспечивать возможность нанесения ее на ленты для изготовления ленточной огнезащиты.

Для решения поставленной задачи предложена вспенивающаяся композиция, имеющая следующий состав, мас. ч.:
Основа: метилфенилсилоксановый каучук (ТУ38-103-129-77) - 100
Отвердитель: кремнесилазан (ТУ 6-02-1003-75) - 5-20
Вспенивающие агенты:
интеркалированный графит (экспериментальный) - 15-30
перлит (ТУ21-УССР-780-74) - 15-30
Антипирен: нитрид бора (ТУ 2-036-707-77) - 15-30
Связующее: метилфенилсилоксановая смола (ТУ 6-02-946-74) - 8-20
Органический растворитель - 40-90
Предлагаемая композиция может наносится на металлические и неметаллические подложки. В качестве неметаллических подложек могут быть использованы ткани, ленты, иглопробивные материалы, войлоки и маты из стеклянных, полимерных и углеродных волокон. Предлагаемая композиция отличается тем, что ее можно наносить на стеклоленту тканой структуры.

Композиция наносится пульверизатором, шпателем, поливом и другими применяемыми в промышленности способами.

Предлагаемая композиция отличается от композиции прототипа тем, что в качестве основы содержит метилфенилсилоксановый каучук, в качестве вспенивающегося агента - смесь интеркалированного графита и перлита, в качестве антипирена - нитрид бора, в качестве отвердителя - кремнесилазан. Композиция дополнительно содержит метилфенилсилоксановую смолу в качестве коксообразующего связующего.

Смесь интеркалированного графита и перлита обеспечивает реализацию процесса вспучивания покрытия без выделения летучих продуктов и получение плотного монолитного кокса с равномерно распределенной мелкой пористостью. Отсутствие сильного дымления газообразных летучих продуктов позволяет использовать покрытие в обитаемых отсеках транспортных средств: в пассажирских салонах, кабинах экипажа, обитаемых отсеках космических аппаратов.

Введение в композицию метилфенилсилоксановой смолы обеспечивает образование пенослоя, состоящего из высокопрочного термоэрозионностойкого пенококса, устойчивого с срезывающим усилиям газового или аэродинамического потока, позволяющего использовать покрытие на наружных поверхностях летательных аппаратов, мотогондолах, контейнерах защиты полезной информации. Надежность огнезащитного покрытия при этом многократно возрастает, так как в условиях пожара пенослой перекрывает нижележащие слои, незатронутые термодеструкцией.

Метилфенилсилоксановая смола, имея повышенное относительное удлинение при растяжении, в сочетании с метилфенилсилоксановым каучуком позволяет получить эластичное покрытие, в том числе и ленточного типа, с высоким относительным удлинением, низким модулем упругости в сочетании с высокой термостойкостью, необходимой для повышения огнезащитных свойств.

Нитрид бора в процессе нагрева плавится с образованием вязкой пленки, которая растекается по стенкам пор и затрудняет окисление и выгорание пенококса.

Использование кремнесилазана в качестве отвердителя и смеси растворителей позволяет получить вязкость композиции на уровне 60-120 с и регулировать ее жизнеспособность от 30 мин до 2 ч, обеспечивая тем самым возможность нанесения огнезащитного покрытия на ленточную подложку и изготовление ленточной огнезащиты для трубопроводов. Ленточная подложка из термостойких волокон обеспечивает повышенную надежность огнезащиты в условиях экстремального термодинамического воздействия при пожаре и аварийном уносе пенококса с этого слоя.

Примеры осуществления.

Пример 1. Покрытие наносили следующим образом: на одну сторону дюралевой пластины из сплава Д19 после подготовки поверхности наносили грунт по принятой технологии, а затем пульверизатором огнезащитную композицию. Композиция выдерживалась при температуре 20+5^oС в течение 24 ч. Испытания покрытия осуществляли в условиях воздействия продуктов сгорания воздушно-бензиновой смеси при температуре потока 1100±50^oС и давлении Р_о=1,2 атм в течение 15 мин (методика ВИАМ). В процессе испытания измеряли температуру подложки термопарой. Толщина покрытия составляла 3±0.5 мм, толщина подложки 1.25 мм.

В примере 2 и 3 покрытие наносили соответственно на стеклопластик и пенопласт и проводили испытания в тех же условиях, что и в примере 1.

Пример 4. Ленточное огнезащитное покрытие изготавливали по следующей технологии: тканую кремнеземную ленту термообрабатывали при температуре 800^oС в течение 45 мин. Композицию состава изготавливали путем смешения компонентов в последовательности, обеспечивающей жизнеспособность 2.5 ч. Смесь заливали в кювету лентопротяжного станка, который обеспечивал протяжку ленты через щелевой зазор и нанесение огнезащитной композиции на ленту. Лента с огнезащитным покрытием сматывалась в бобины. Толщина слоя композиции на ленте составляла 2+0.5 мм при толщине тканой ленты 0.15 мм.

Модель для испытаний представляла собой трубку из алюминиевого сплава марки Д16 диаметром 25 мм с толщиной стенки 1 мм, с зачеканенной термопарой на внешнюю поверхность. На трубку был нанесен стекломат толщиной 3 мм, на поверхность которого была нанесена лента с огнезащитной композицией. Подготовленный образец испытывали на стенде, режим работы которого описан в примере 1. В процессе испытаний осуществляли визуальное наблюдение и замер температуры трубки.

В примере 5 приведен состав покрытия с системой растворителей, отличной от примеров 1, 2, 3, 4. Покрытие изготавливали по технологии, аналогичной технологии, описанной в примере 1.

В примере 6 покрытие, изготовленное по составу композиции прототипа, наносили на пластину из алюминиевого сплава марки Д19 толщиной 1,25 мм и испытывали по режиму, приведенному в примере 1.

В табл. 1 приведены составы заявляемых вспенивающихся композиций огнезащитного покрытия (примеры 1-5) и состав огнезащитного покрытия-прототипа по примеру 6.

В табл.2 приведены свойства огнезащитного покрытия на основе заявляемых вспенивающихся композиций (примеры 1-5) и композиции-прототипа по примеру 6.

В примерах 1, 2, 3, 4, 5 покрытие дымило незначительно и пенослой не имел эрозии. При испытании образцов с покрытием- прототипом покрытие сильно дымило и частично уносилось с поверхности, начиная с 7 мин испытаний.

Как видно из табл.2, заявляемые композиции обеспечивают значительно более низкий прогрев защищаемой поверхности и эксплуатируются без уноса пенококса.

Заявляемая огнезащитная вспенивающаяся композиция используется для изготовления высокоэффективного многофункционального огнезащитного покрытия изделий для внешних поверхностей и обитаемых отсеков транспортных средств.

Описывается вспенивающаяся композиция для огнезащитного покрытия, нанесенная на металлическую и неметаллическую подложки, заключающаяся в том, что в качестве полимерной основы используют метилфенилсилоксановый каучук, в качестве отвердителя - кремнесилазан, в качестве вспенивающего агента - смесь интеркалированного графита и перлита, в качестве антипирена - нитрид бора и дополнительно содержит метилфенилсилоксановую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: метилфенилсилоксановый каучук 100, кремнесилазан 5-20, интеркалированный графит 15-30, перлит 15-30, нитрид бора 15-30, метилфенилсилоксановая смола 8-20, органический растворитель 40-90. Техническим результатом является повышение устойчивости покрытия к высокому давлению, температуре пламени 1100-50^oС, а также покрытие не выделяет значительного количества дымящих газообразных веществ. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Вспенивающаяся композиция для огнезащитного покрытия, наносимая на металлическую и неметаллическую подложку, включающая полимерную основу, отвердитель, вспенивающий агент, антипирен и органический растворитель, отличающаяся тем, что в качестве полимерной основы используют метилфенилсилоксановый каучук, в качестве отвердителя - кремнесилазан, в качестве вспенивающего агента - смесь интеркалированного графита и перлита, в качестве антипирена - нитрид бора и дополнительно содержит метилфенилсилоксановую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Метилфенилсилоксановый каучук - 100
Кремнесилазан - 5-20
Интеркалированный графит - 15-30
Перлит - 15-30
Нитрид бора - 15-30
Метилфенилсилоксановая смола - 8-20
Органический растворитель - 40-90
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неметаллической подложки используют ткани, ленты, иглопробивные материалы, войлоки и маты из стеклянных, полимерных и углеродных волокон.