Способ определения горючести полимерных материалов Советский патент 1981 года по МПК G01N25/52 

1

Изобретение относится к исследованию физических и химических свойств веместв и может быть использовано для определения пожарной опасности композиционных полимерных материалов (КОМ).

Известен способ определения показателей воспламеняемости материалов, заключающийся в нагреве образца в печи до температуры 750 С. При этом регистрируется повышение температуры или появление пламени. Материал считается не горючим, если при нагревании образца не наблюдается пламени и температура в печи поднимается не более, чем на 50 С 1}

Недостатком этого способа является то, что он позволяет из всех классов веществ вьвделить только негорючие.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ определения горючести полимерных материалов, заключающийся в нагреве образца в воздушной среде до развития горения и измерении подаваемого теплового потока от нагревателя. .Источником нагрева образца служит электронагреватель и газовая горелка с расходом газа 0,1-0,15 л/мин. При проведении опытов испытываемый образец подвешивают вертикально в центре электронагревателя над газовой горелкой.

Опытным путем подбирают такие условия зажигания, при которых отношение количества тепла, выделенного образцом при горении, к количеству 0 тепла, вьвделенному источником зажигания, было бы наибольшим. Это отношение называют показателем горючести К.

В зависимости от величины К материалы относят к следующим rpynneiM горючести :

,1- - негорючие; О,К Ki 0,5 - трудногорюч ие 0,,1 - трудновоспламеняе20мые;

,1 - легковоспламеняеМ7з е 2 .

Недостаток известного, способа определения горючести КПМ заключается 25 в том, что при испытании КПМ STiiM способом получают завышенные показатели горючести. Это является результатом того, что при нагревании образца КПМ с торца происходит его 30 .расслоение. Горение большинства КПМ

происходит в газовой фазе по схеме: нагрев материала,, выделение летучих продуктов разложения, их перемешиваняе с воздухом и горение полученной смеси. Расслоение образца приводит к значительному увеличению площади поверхности, с которой происходит газовыделение. В результате этого летучие , которых выделяется в этом случае значительно больше, чем выделилось бы из монолитного образца, при перемешивании с воздухом и сгорании выделяют большое количество тепла в камеру калориметра, что и приводит к завышению показателя горючести.

Цель изобретения - повышение точности оЯределения горючести композициорких полимерных материалов (КПМ

Поста-вленная цель достигается тем что согласно способу определения горючести полимерных материалов, вклю, чающему нагрев образца в воздушной среде до развития горения и измерени подаваемого теплового потока. Образец трубчатой формы нагревают изнутри до воспламенения, затем подают воздушный поток до полного развития горен-ия с фиксацией времени нагрева, после чего прекращают нагрев, фиксирют время свободного горения и определяют категорию горючести По величине критического запаса тепла Q,вычисленному по формуле

Q q, .где q - удельный тепловой поток от

нагревателя;

Т - время нагрева образ.ца до развития горения, и времени свободного горения.

Под временем нагрева до развития горения понимается такое время нагрева, при котором наблюдается свободное горение ое)разца в - ечение 30 с после выключения источника нагрева.

Прогрев образца при испытаниях, в случае его невоспламенения, продолжают минимум до тех пор, пока термопара, размещенная с наружной стороны трубы, не начинает фиксировать повышение температуры.

Если образец не воспламеняется, увеличивают удельный тепловой поток от источн-ика нагрева.

При возникновении горения источник нагрева выключают и наблюдают за развитием горения. В случае затухания образца, в последующих опытах потепенно увеличивают время работы источника до тех пор, пока после прекращения его работы образец не горит стабильно.

Тепло, запасаемое образцом во время прогрева, можно определить следующим образом. В исследуемом образце размещаются термопары и во время опыта записывается температурное пол по толщине образца. Для момента выключения источника нагрева строится зависимость Т f( X) по формуле

,P cTdx, где Q. - запас тепла в образце,Дж/м

Т - температура образца. К;

с - теплоемкость материала, Дх(/кг.К;

КГ/М

Я

-плотность материала,

-толщина образца, м, .определяют запас тепла на единицу площади поверхности образца. Такой метод требует знания зависимостей теплофизических характеристик КПМ от температуры, определение которых в большинстве случаев очень сложно и трудоемкр.

В связи с этим согласно предлагаемому способу для определения горючести КПМ используют трубчатые образцы. При этом количество тепла от источника нагрева

Оа qC , где q - удельный тепловой поток от

источника нагрева, t - время теплового воздействия

на образец до воспламенения

и развития горения, с достаточной для практики степенью точности можно считать равным теплу запасенному образцом за это же время

Qj Q

Измерение g производится в настроечных опытах.

На основании длительных экспериментальных исследований в лабораторных условиях и анализа возникновения .пожаров в реальных условиях конкретизируют разделение КПМ на группы горючести.

К трудногорючим отнести КПМ которые имеют величину критического запаса тепла более к трудновоспламеняемым - КПМ, которые имеют величину критического запаса тепла в пределах 5-10 к легковоспламеняемым - КПМ, которые имеют величину критического запаса тепла менее 5-10 Дж/м .

В табл. 1 приведены сравнительные оценки горючести КПМ.

Таблица

алы, оатериО,К К$0,5

На фиг,1 изображена экспериментальная установка для определения горючести КПМ в момент прогрева образца, реализующая предлагаемый способ; на фиг.2 - то же , в момент наблюдения за свободным горением; на фиг.З схематично показано изменение температуры образца по его толщи не при нагреве. Установка состоит из стапеля 1, узла 2 крепления нагревателя, нагрев теля 3, воздухозаборника 4, воздуховода 5, вентилятора 6, .регулятора 7 расхода воздуха, смотровых окон 8, узла 9 крепления образца. Цифрой 10 обозначен исследуемый образец. Цифрами 11-13 (фиг.З) обозначены поля температур в момент времени Т , f, . Причем f Q fg. в момент времени t , запас тепла в образце (условно площадь между ось X и температурой кривей 11) недостаточен для воспламенения образца. В момент времени Тп (кривая 12) запас тепла в образце достаточен для воспламенения, но недостаточен для развития горения, т.е. образец сраэу же потухнет, если в этот момент прекратит свою работу внешний источник нагрева. В момент времэниСа, запас тепла в образце достаточен для воспламенения и развития горения, т.е. затухание образца после выключения источника нагрева не происходит. П р и м е р 1. На установке, приведенной на фиг.1 и 2, проводят испытания образцов КПМ на основе-ткани Т 13 и связукяз.его ЭП-5122 (эпоксифенольное связующее). Трубчатый образец устанавливают на подставку так что пакет находится внутри образца. Мощность удельного тепло во го потока от ламп равна 1,571Сг Дж/м

Не воспламеняется от источника нагК; 0,1 рева

Имеют величину критического запаса тепла Дж/м

Имеют величину кри0,,1 тического запаса тепла Q Лж/м

Имеют величину криК 2,1 тического запаса тепла Дж/м Включают лампу и нагревают образец. Последний воспламеняется через 58 с, Однако при отключении ламп пламя сразу гаснет. При увеличении времени нагрева на 5 с наблюдается самостоятельное горение в течение 8 с. При работе ламп в течение 65 с время самостоятельного горения составляет 18 с. По формуле-Q g-Топределяют запас тепла, Q i ,57-. . 1,02-Ю Дж/м Так ИЛ , образом, при запасе тепла самостоятельное горение Наблюдается в течение 18 с, т.е. Дж/м, поэтому материал следует отнести к трудногорючим. П р и м е р 2. Проводят испытания КИЯ на основе ткани Т 13 и связующего НПС-609-27. Порядок и условия проведения испытаний те же, что и в примере 1. Воспламенение материала происходит через 39 с. После выключения источника нагрева пламя затухает через 13-15 с. При увеличении времени нагрева на 3 с время самостоятельного горения составляет 31-33 с. Определяют запас тепла, необходимый для воспламенения и развития горения, по формуле °с- д о Q 1,57-10 -42 6,13-10® Дж/м Так как минимальный запас тепла, необходимый для воспламенения и развития горения 5 , fO Дж/м, материал следует отнести к группе трудновоспламеняемых . Эти же материалы испытывают методом калориметрии. Показатель горючести КПП па связующем НПС-609-27 -пол чают равным 2,4, а на связующем ; ЭП-5122 - 1,7. В табл. 2 приведена сравнительная оценка горючести известным и предлагаемым способами Результаты, приведенные в таблице показывают, что испытания материалов известным методом калориметрии дают завышение горючести на 1 класс. Так КПМ на основе связующего ЭП-5122 сле довало бы отнести к группе трудногорючих, а на основе связующего НПС б09-27 к группе трудновоспламеняемых . КроМе того, испытания материала проводят при разных значениях твплового потока при переменных количестКак видно из приведенной- таблиць критический запас тепла не зависит от уровня теплового потока {в пределах от до 3,6-10- ), Разброс экспериментальных данных, равный 8,4%, объясняется разбросами технологических параметров при изготовлении образцов и погрешностями системы измерений при экспериментах.

Внедрение результатов исследований горючести стбклопластика на основе связующего ЭП-5122 предлагаемым методом позволяет понизить категорию пожароопасности цеха прессования стеклопластиков и назначить категовместо В. Это дает возд

рию

можность сменить автоматическую систему пожаротушения на 2 установки

Та блица 2

УП-1М, что приводит к экономии более 50000 руб. Более широкое внедрение изобретения значительно увеличит указанную сумму экономии.

Формула изобретения

Спрсоб определения горючести полимерных материалов, включающий нагрев образца в воздуиной среде, воспламенение и развитие горения, измерение

подаваемого теплового потока, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности определения горючести композиционных материалов, используют образец трубчатой формы,

который нагрев.ают до воспламенения -ве ламп типа КГО-2500 и напряжения на лампах (220-380 В). Плотность лучистого теплового потока определяют в настроечных опытах с помощью калориметрического устройства КУТП-1500, разработанного в ЦАГИ. Подача воздуха осуществляется со скоростью , что определяется настройкой заслонки и контролируется анемометром АСД-3. Результаты испытаний занесены в табл.3, ТаблицаЗ