Способ токсикологической оценки продуктов горения полимерных материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК A62C3/10 

жара, т.е. обеспечивающему последовательное возникновение тления, воспламенения и догорания остатка.Продукты горения в смеси с воздухом (концентрация кислорода на уровне 16% ± i 0,2) поступают в две из экспозиционных камер (п К + 1, где К - число интересующих стадий), автоматически изменяющих свой объем от нулевого, причем первая экспозиционная камера набирает продукты горения в течение всего времени эксперимента до полного сгорания образца, а вторая лишь на первой стадии горения (тление). По окончании первой стадии горения вторая экспозиционная камера закрывается и открывается третья, в объеме которой накапливаются продукты второй стадии (пламенное горение). При возникновении третьей стадии (догорание карбонизированного остатка) закрывается третья экспозиционная камера и открывается четвертая. По окончании эксперимента первая и четвертая экспозиционные камеры закрываются. При этом объем экспозиционных камер изменяется автоматически по сигналу датчиков давления внутри них.

В каждой из предкамер размещены по 10 подопытных животных, в качестве которых используют белых мышей самцов массой 18-22 г, Время экспозиции мышей начинается с момента соединения объема предкамеры с объемом экспозиционной камеры и продолжается 5-30 мин. По истечении времени экспозиции определяют количество погибших животных.

Для получения исходных данных к расчету показателя среды сжигаются несколько (5-8) одинаковых образцов материала, причем при испытании каждого из них во всех экспозиционных камерах проводится разбавление среды продуктов горения чистым воздухом, обеспечивающее снижение процента летальных исходов у подопытных животных. Различные концентрации продуктов горения, полученные описанным способом, позволяют определить зависимость количества летальных исходов у подопытных животных от массы сгоревшего материала на каждой стадии его горения.

На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства, реализующего способ токсикологической оценки

продуктов горения материалов; на фиг. 2 - графики изменения температуры поверхности образцов (фанера и теплоизоляционный материал ЬС-7. ) при испытаниях с регулируемым режимом нагрева.

Устройство для токсикологической оценки продуктов горения полимерных

материалов содержит камеру сгорания 1 , внутри которой помещены источник нагрева 2, например, малоинерционный электронагреваемый излучатель 3 регулирования мощности, держатель 4 с

5 помещенным на нем образцом 5 испытываемого полимерного материала, на поверхности которого закреплен датчик 6 температуры исследуемого образца, весоизмерительное устройство

0 7 для измерения массы сгоревшего образца, систему охлаждения продуктов горения 8, газоанализаторы кислорода 9 и оксидов углерода, а также механизм регулирования подачи воздуха,

5 состоящий из воздуходувки 11 и трех управляемых вентилей 12 - 14,экспозиционные камеры 15 и 16 переменно-, го объема, выполненные в виде патрубков 17 и 18 канала камеры сгора0 ния 1. Внутри патрубков 17 и 18 размещены подвижные стенки 19 и 20, снабженные механизмами их перемещения 21 и 22, управляемыми датчиками 23 и 24 давления, а от канала камеры сгорания 1 патрубки 17 и 18 отделены отсекающими заслонками 25 и 26, снабженными механизмами их перемещения 27 и 28.

Кроме того, устройство содержит

0 запирающую заслонку 29 с механизмом перемещения 30, а также программно- временной блок 31, ко входу которого подключен датчик 6 контроля режима испытаний, а выходы соединены с уп5 равляющими входами механизмов перемещения 27 - 30, отсекающих и запирающей заслонок 25, 26 и 29. Выход газоанализатора кислорода 9 подключен к первому управляемому вентилю

Q 12, который расположен на трубопроводе 32, соединяющем воздуховоду 11 с объемом камеры сгорания 1, второй и третий управляемые вентили 13 и 14 расположены на трубопроводах 33 и 34, соединяющих воздуходувку 11 с экспозиционными камерами 15 и 16 соответственно. Клетки с подопытными животными помещены внутри предкамер 35 и 36, которые расположены, напри-1

5

5

мер, в углублениях подвижных стенок 19 и 20 экспозиционных камер 15 и 16 и отделены от объемов соответствующих экспозиционных камер крышками 37 и 38. Устройство содержит также усилитель 39, предназначенный для согласования выходного сигнала датчика 6 со входом программно-временного блока 31.

Устройство работает следующим образом.

Графики изменения температуры поверхности испытываемых образцов при испытаниях с регулируемым реки- мом нагрева имеют вид, представленный на фиг.2. При этом обе кривые могут быть разбиты на п участков,которые характеризуют стадии горения полимерных материалов. Так, напри- мер, участки 1-2 и и l -2f соответствуют стадии нагрева образца,участки 2-3 и 2 - 3 - режиму развития процесса тления, участки 3-4 и 3 - 4 - режиму развития пламенного горе ния, участки 4-5 и kl - 51 - режиму затухания пламенного горения, а участки 5-6 и 51 -б - стадии догорания карбонизированного остатка.

Пусть, например, нас будут инте- ресовать результаты исследования ма- териапа на участках 2-3 и 3-4.

Перед началом испытания образец 5 устанавливают на держатель 4 и весоизмерительное устройство 7 фиксиру ет начальную массу образца. Отсекающие заслонки 25 и 26 находятся в закрытом состоянии, а подвижные стенки 19 и 20 экспозиционных камер 15 и 16 - в исходном, при этом объем экспозиционных камер 15 и 16 близок к нулю. Вентили 12 - 14 закрыты, а запирающая заслонка 29 открыта.Включена прокачка газоанализаторов,система охлаждения 8 заполнена про- точной водой, что при любых условиях испытаний не позволяет температуре в экспозиционных объемах подняться выше 30 С. Информация о необходимом режиме теплового воздействия на образец определяется в предварительных опытах и закладьюается в блок 3 регулирования мощности.

Газоанализатор кислорода Ч настроен так, что поддерживает содержа- ние кислорода в объеме камеры сгорания на уровне 16% ±0,2. Как только содержание кислорода будет меньше установленного значения, он подает сигнал на открытие управляемого вентиля 12, что обеспечивает подачу воздуха в камеру сгорания,При превышении верхнего допуска содержания кислорода вентиль 12 по сигналу с газоанализатора 9 запирается, запрещая таким образом дальнейшее разбавление. При этом газоанализатор оксидов углерода настроен аналогичным образом на поддержание определенной концентрации оксидов углерода внутри экспозиционных камер.

По сигналу испытателя включается блок 2 нагрева образца и программно- временной блок 3. Первый из них подает напряжение на излучатель,нагревающий образец испытываемого материала. При этом датчик 6 контроля режима испытаний через усилитель 39 подает сигналы на программно-временной блок 31, который управляет работой механизмов 27 - 30 перемещения отсекающих и запирающей заслонок в соответствии с заданным режимом теплового воздействия.

При достижении требуемого значения температуры на обогреваемой поверхности образца, соответствующего началу первой (из интересующих нас) стадии горения (точка -2 кривой) программно-временной блок 31 выдает сигналы на закрытие запирающей заслонки 29 и открытие отсекающей заслонки 25 первой экспозиционной камеры 15. При этом давление внутри канала камеры сгорания I начинает возрастать, а изменение этого давления фиксируется датчиком 23 давления, который выдает сигнал на механизм 2 перемещения подвижной стенки 19. Увеличение объема первой экспозиционной камеры 15 осуществляется до тех пор, пока давление на мембрану датчика 23 не будет близким к нулю (например, в промежутке (-1) - (+1) мм вод.ст.). При этом внутри камеры сгорания 1 осуществляется предварительное разбавление среды продуктов горения.

Как только температура поверхности образца 5 достигнет значения, соответствующего окончанию первой стадии горения (точка 3), блок 31 выдает сигнал на механизм 27 перемещения заслонки 25, которая опускалась в нижнее (по чертежу I положение, отсекает объем экспозиционной камеры )5 от объема камеры сгорания 1. По показаниям газоанализатора оксидов углерода 10 через открытый управляемый вентиль 14 в объеме первой экспозиционной камеры 15 при необходимости осуществляется вторичное разбавление среды продуктов горения до нужной концентрации, после чего вентиль 14 запирается, дверца предкамеры 35 открывается, и начинается затравка первой группы животных, продолжающаяся 5-30 мин.

Одновременно с этим при охлаждении среды в экспозиционной камере 15 датчик 23 регистрирует падение давления и включает реверс механизма 21 перемещения стенки 19, при этом объем экспозиционной камеры 15 уменьшается до тех пор, пока не будет скомпенсирован объем, вызванный тепловым расширением воздуха.

По окончании затварки фиксируют объем первой экспозиционной камеры 15 и количество летальных исходов у подопытных животных и по показаниям весоизмерительного устройства 7 определяют массу образца, сгоревшую на исследуемой стадии.

Когда между первой и вт.орой исследуемыми стадиями горения образца материала не существует временного промежутка, после того, как закроется отсекающая заслонка 25, открывается заслонка 26 второй экспозиционной камеры 16, в последующем аналогично описанному выше происходит затравка второй группы животных продуктами второй стадии горения того же образца материала.

Если такой временной интервал есть, т.е. если исследуется токсичность образцов материала на участках 3-4 и 5-6, то после закрытия отсекающей заслонки 26 с блока 31 поступает сигнал на открытие запирающей заслонки 29, после чего блок 31 переходит в режим ожидания сигнала с датчик а 6 на начало исследования токсичности продуктов горения, соответствующих второй стадии горения полимерных материалов (участок 5-6).

Данное техническое решение позволяет с большей степенью достоверности проводить токсикологическую оценку продуктов горения полимерных материалов, поскольку появилась возможность оценить обстановку, например, на путях эвакуации в различные моменты течения пожара, учесль пожароопасные свойства материала, например скорость выгорания, степень пониже-

ния опасности отравления за счет разбавления продуктов горения, например, путем искусственного вентилирования, а также дать практические рекомендации по обеспечению понижения опасности отравления на путях эвакуации как за счет изменения свойств материалов, так и за счет искусственного разбавления выделяющихся продуктов горения.

Формула изобретения

1.Способ токсикологической оценки продуктов горения полимерных материалов путем сжигания образцов материалов и по результатам инголяции

животных определение токсичности продуктов горения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения достоверности оценки, инголяцию осуществляют на последовательных стадиях тления, воспламенения и догорания остатка, причем оценку токсичности осуществляют после каждой стадии по отношению объема выделившихся продуктов

горения к массе сгоревшего образца, вызвавшей 50 % летальных исходов, а последовательность стадий горения обеспечивают изменением количества тепла, передаваемого от источника

нагрева к образцу.

2.Устройство для токсикологической оценки продуктов горения полимерных материалов, содержащее камеру сгорания с источником нагрева, систему охлаждения продуктов горения,. газоанализаторы кислорода и оксидов углерода, экспозиционную камеру с изменяющимся объемом, датчик температуры исследуемого образца, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов за счет приближения условий испытаний к реальным, оно содержит по крайней мере еще одну экспозиционную

камеру, датчики давления среды,установленные внутри каждой экспозиционной камеры, механизм регулирования подачи воздуха, состоящий из воздуходувки и управляемых вентилей,при

этом выход газоанализатора кислорода соединен с первым управляемым вентилем, расположенным на трубопроводе, соединяющем воздуходувку с камерой сгорания, выход газа анализа-

тора оксидов углерода подключен к второму и третьему управляемым вентилям, расположенным на трубопроводах, соединяющих воздуходувку с соответствующими экспозиционными каме рами, причем экспозиционные камеры выполнены в виде патрубков канала камеры сгорания, имеющих отсекающие заслонки, снабженные механизмами их перемещения, запирающую заслонку, расположенную на входе камеры сгорания, весоизмерительное устройство,

47568310

датчик контроля температуры образца подключен к входу программно-временного блока, выходы которого соеди- йены со средствами управления и перемещения отсекающими и запирающей

заслонками, i

3. Устройство по п.2, о т л и - Ю чающееся тем, что внутри патрубков размещены подвижные стенки, снабженные механизмами перемещения, управляемые датчиками давления.

Изобретение относится к экспериментальной медицине, а именно к токсиколого-гигиеническим исследованиям, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для получения исходных данных при проектировании и разработке противопожарных мероприятий. Целью изобретения является повышение достоверности токсикологической оценки продуктов горения полимерных материалов. Сущность технического решения состоит в том, что ингаляцию животных продуктами горения осуществляют после каждой стадии горения, при этом оценку токсичности на каждой стадии осуществляют по отношению объема выделившихся продуктов горения к массе сгоревшего образца, вызвавшей 50% летальных исходов. Последовательность стадий горения обеспечивается изменением количества тепла, передаваемого от источника нагрева к образцу. 2 с.п. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

)Ј- i AL

18

Физ.1

100

О 2 Ч 6 8 10 11 14 Г,мин Фае. 2

Редактор Н.Горват

Составитель В.Сапронов Техред М.Дидык

Заказ 2102/10

Тираж 397

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина,101

,

Фанера

Корректор Л.Латай

Подписное