Способ определения кислородного индекса Советский патент 1983 года по МПК G01N31/12 

(5) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДНОГО

Изобретение относится к способам сравнительной оценки горючести полимерных материалов, в частности определения кислородного индекса полимеров, и может найти применение в строительстве, судостроении и др. областях промышленности, предъявляющих повышенные требования к пожаробезопасности материалов..

Известен способ определения кисло-JQ родного индекса (КИ) пластмасс, вклю чающий закрепление образца (размерами 120 X 10 X j мм) в вертикальном положении в кварцевой трубе, продувку системы смесью кислорода с азотом 5 со скоростью потока смеси t см/с, поджигание образца и замер минимальной начальной концентрации ю слорода в смеси с азотом, которая поддерживает горение образца в течение 180±3 с 20

Пз.

Такой способ пригоден для сравнительной оценки способности к горению неплавящихся полимерных материалов. ИНДЕКСА

При горении плавящихся материалов обг разуется расплав, который стекает по образцу, в результате чего для таких материалов получаются завышенные значения КИ. В случае определения по данному способу КИ для плавящихся полимерных композиций, содержащий антипирены, получаемый результат характеризует суммарное действие добавки на процесс горения и образования капель расплава и часто, в результате этого он противоречит теоретическим предпосылкам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому .является способ определения кислсч)одного индекса полимера путем закрепления образца полимера на горизонтальной подложке, помещенной в горизонтально расположенную кварцевую трубу, продувку система смесью кислорода с азотом, поджигание образца и заьюр мини-, мальной начальной концентрации кисло рода в смеси с азотом, которая поддерживает горение образца в течение 1804-3 с 2J. Однако этот способ дает завышенные результаты, так как испытлшаемый образец контактирует с теплосъемной поверхностью асбоцемента и подложка исключает горение образца с нижней стороны. Для различных материалов степень завышения результатов испытаний неодинакова, что обусловлено различием условий теплообмена между образцом и подложкой. Поэтому, при испытании по данному предлагаемому способу плавящихся полимерных материалов, .содержащих антипирены, получаемый результат будет характеризовать влияние добавки на процесс горе ния и на процесс теплообмена между образцом и подложкой. Из этого следу ет, что данный способ также не позволяет объективно оценить действие антипирена на плавящихся полимеров. Таким образом, в настоящее время отсутствует способ определения КИ,. применимый для плавящихся полимеров, что исключает объективную оценку эффективности действия на них антипире нов. Целью изобретения является создание возможности получения сравнимых характеристик кислородных индексов различных по природе полимеров. Указанная цель достигается тем что при определении кислородного индекса полимера путем закрепления образца полимера на горизонтальной под ложке, помещенной в горизонтально расположенную кварцевую трубу, продувки системы смесью кислорода с азо том, поджигания образца и замера минимальной начальной концентрации кис лорода в смеси с азотом, которая под держивает горение образца в течение 180±3 с, В качестве подложки испольм2192зуют стеклоткань с массой 1 ЗВО г, а скорость потока смеси кисло рода с азотом поддерживают в пределах см/с. Предлагаемый способ может быть пр меним для определения КИ плавящихся при горении материалово Способность полимеров к плавлению в нижеприведен ных примерах характеризуется величин температуры каплепадения. При исследовании по предлагаемому способу огн защищенности неплавящи ся полимеров образцы располагаются в центре трубы на подложку из стеклоткани или без П р и м е р 1, Исследуемый материал - уретановый эластомер с температурой каплепадения . Он является продуктом взаимодействия 100 мае.Ч; форполимера с концевыми изоцианатными группами (NCO ) и 30 мае,ч, жидкого отвердителя, представляющего собой раствор эквимолярной смеси,3,3 Дихлор-, -диаминодифенилметана и 3,3-дихлор,k -диаминотрифенилметана в простом полюфире (лапроле 1052). В качестве форполимера использован продукт взаимодействия .пол ифурита с 2,-толуилендиизоцианатом. Образец уретанового эластомера размерами 120 х 10 х мм закрепляют на горизонтальной подложке - стекло-, ткани с массой 1 .м 192 г, помещают образец с подложкой в середину кварцевой трубы, продувают систему смесью кислорода с азотом со скоростью потока 5 см/с, замеряют минимальную концентрацию кислорода в смеси с азотом КИ, которая поддерживает горение образца в течение 180±3 с КИ 1617°. При.мер 2 Образец уретанового эластомера, описанного в примере 1, закрепляют на горизонтальной подложке - стеклоткани с массой 1 м 266 г, помещают образец с горизонтальной подложкой & кварцевую трубу, продувают систему смесью кислорода с азотом со скоростью потока 10 см/с, замеряют КИ, который равен 16-171. Пример 3. Образец уретанового эластомера, описанного в примере 1, закрепляют на горизонтальной подложке - стеклоткани с массой 1 м 380 г, помещают образец с горизонтальной подложкой в кварцевую трубу, продувают систему смесью кислорода с азотом со скоростью потока 8 см/с, замеряют КИ, который равен 16-17%, Пример t (контрольный). Образец уретанового эластомера, описанного в примере 1, закрепляют на горизонтальной подложке из асбоцемента, помещают образец с подложкой в кварцевую трубу, продувают систему смесью кислорода с азотом со скоростью потока А см/с, замеряют КИ, который равен kQ%. П р и м е-р 5. Исследуемый матери-i ал - уретановый эластомер с температу

рой каплепадения . Он являете продуктом взаимодействия 100 мас.ч,. форполимера с концевыми изоцианатни;Ми группами (N00 6,2% f и 26мае.ч. отвердителя, предетавляющего собой раствор полиакина X в фосдиоле. В качестве форполимера используют продукт взаимЬдеЙетвия полифурита с 2, -толуилендиизоцианатом.

Образец уретанового эластомера размерами 120 х 10 х мм помещают в вертикальном положении в кварце ю трубу, продуваемую смесью кислорода и азота со скоростью потока Ц си/с, поджираЬт и за1 юряют минимальную

начальную концентрацию кислорода в смеси с азотом (КИ, которая поддерживает горение образца в течение 180±3 с, КИ .

Пример 6. Исследуемый материал - уретановый эластомер, описанный в примере 5, но содержащий 10 мас.ч. антипирена - мелема на 100 мас.ч, композиции и имеющий температуру каплепадения 210°С.

Образец урётанового эластомера испытывают в вертикальном положении также, как в примере 5.

КИ равен 35%

При мер 7. Исследуемый матери ал - уретановый эластомер, огадсамь лй в примере 6, но содержащий 15 мае.ч. антипирена - мелема на 100 мас.м, композиции и имеющий температуру каплепадения С.

Образец уретанового эластомера испытывают в вертикальном положении также, как в примере 5. КИ равен 31%.

Пример 8„Исследуемый материал - уретаноа 1Й эластомер, описанный в примере 5, но содержащий - 30 мас.ч. антипирена - мелема на 100 мас.ч. композиции и имеющий температуру каплепадения выше .

Образец уретанового эластомера иепытывают в вертикальном положении также, как в примере 5. КИ равен 21,5.

Пример 9.Исследуемый материал - уретановый эластомер, описанный в примере 5 и имеющий темпераг туру каплепадения .

Образец уретанового эластомера помещают на горизонтальной подяощке - стеклоткани с массой 1 м 266 г в кварцевую горизонтально распогюжен ную трубу, продувают систему смесью кислорода с азотом со скоростью,потока 8 см/с, замеряют КИ, который равен 21%.- ,

Пример 10. Исследуемый материал - уретаноаый эластомер, описанный в примере 5, но содержащий 10 мас.ч. антипирена - мелема на 100 мас.ч. композиции также, как в примере 6.

Образец уретанового эластомера испытывают в горизонтальном положении также, как в примере 9. КИ равен

22%..;

пример 1. Исследуемый материал - уретановый эластомер, описанный в примере 5, но содержащий 15 мас.ч, антипирена - мелема на 100 мас.ч. композиции также, как в примере 7.

Образец уретанового эластомера испытывают в горизонтальном положении также, как в примере 9. КИ равен, 22,5%.

Пример 12. Исследуемый мате риал - уретановый эластомер, описанный в примере 5, но содержащий 30 мас.ч. антипирена - мелема на 100 мас.ч. кокиюзиции также, как в примере 8.

Образец уретанового эластомера испытывают в горизонтальном положении также, как в примере 9. КИ равен 24%.

Пример 13. Исследуе(|й материал - снлоксановый эластомер на основе синтетического каучука СКТВ-1.

Образец силоксанового эластомера размерами 120 х 10 х А мм помещают в вертикальном положении в кварцевую трубу, продуваемую смесью кислорода и азота со скоростью потока см/с, поджигают и замеряют минимальную начальную концентрацию кислорода в смеси с азотом КИ, которая поддерживает горение образца в течение 180±3 с, КИ 25%.

П р и м е р 1Л. Исследуемый материал - силоксановый эластомер на основе синтетического каучука СКТВ-1, содержащий 25 мас.ч. антипирена мелема на 100 мас;ч, каучука СКТВ-1,

Образец испытывают в вертикальном погюжении также, как в примерах 5 и 13. КИ равен 25%.

Пример 15« Исследуемый материал - силоксановый эластомер на основе синтетического каучука 1сКТВ-1),, содержащий 50 мас.ч, антипирена - мелема на 100 мас.ч. каучука СКТВ-1 .

Образец испйтывают в ;вертикальном положении также, как в примерах 5 и 13. КИ - 2П.

Пример 1б. Исследуемый материал - силоксановый эластомер на осно ве синтетического каучука (iCKTB-1) „ содержащий 75 маСоЧ антипирена - мелема на 100 мае.ч. каучука СКТВ-1 ,.

Образец испытывают в вертикальном положении также, как в примерах 5 и

13. КИ гэ%.

Пример 17. Исследуемый материал - силоксановый эластомер на осно ве синтетического каучука f СКТВ-1, содержащий 100 мае„ч. антипирена - ме лема на 100 мае.ч. каучука (С1(ТВ-1).

Образец испытывают в вертикальном положении также, как в примерах 5 и U, КИ 30%. ,

Пример 18. Исследуемый материал - силоксановый эластомер на основе синтетического каучука {СКТВ-1).

Образец силоксанового эластомера размерами 120 х 10 х мм помещают на горизонтальной подложке - стеклоткани с массой 1 м 266 г в кварцевую горизонтально расположенную трубу, продувают систему смесью кислорода с азотом со скоростью потока 8 см/с, замеряют КИ, который равен

28,5%.

Пример 19. Исследуемый материал - силокса 1овый эластомер на основе синтетического каучука СКТВ-1, содержащий 25 мас.м. антипирена мелема на 100 мае.ч. к-аучука СКТВ-1,

Образец испытывают в горизонтальном положении также, как в примерах 9 и 18. КИ 28,5%.

Пример 20« Исследуемый материал - силоксановый эластомер на основе. синтеуического каучука СКТВ-1, содержащий 50 мае.ч антипирена - мелема на 100 мае.ч. каучука СКТВ-1.

Образец испытывают в горизонтальном положении также, как в примерах 9 И 18. КИ 31,0%.

Пример 21. Иеследуемый материал - силоксановый эластомер на основе еинтетического каучука СКТВ-1, содержащий 100 мае.ч. антипирена - мелема на 100 мае.ч, каучука СКТВ-1.

Образец испытывают в горизонтальном положении также, как в примерах 9 и 18. КИ 3,5%.

Кроме того, в таблице приводятся результаты- испытаний КИ по ГОСТ 21793 76 и по предлагаемому способу, проведенные для полимерных материалов.с антипиренами - наполнителями и с введением огнезамедляющих элементов в цепь полимера. Представлены данные определения горючести различных по природе полимеров: интенеивно - плавящегоея - дивинил-пиперилен-уретановый элаетомер, незначительнооплавящийся - бутадиенуретановый эластомер и неплавящиеся - нитрильный каучук, фторкаучук и эпоксидно - полиэфирное связующее.

Испытание по ГОСТ 21793-76 интенсивно - плавящегося дивин1 л-пипериленового эластомера (№ 3) дает завышенное значение КИ 39%, введение антипирена - тетрабромфталевого ангидрида енижает значение КИ до , что противоречит теории.

Испытанй я по предлагаемому способу не дают завышенных результатов (,23,5% }, а введение антипирена повышает значение КИ до 25,5%, т.е, снижает горючесть. Результаты определения КИ по ГОСТ 21793 7б и по предлагаемому способу у незначительно плавящегося бутадиенуретанового эластомера (№ 2} почти не отличаются между собой, однако, введение гидроксида алюминия снижает значение КИ, определенное по стандартной методике, а по данному способу повышает КИ с 2 до 25% р

Испытания неплавящихся полимерных материалов на основе нитрильного каучука, фторкаучука и эпоксидно - полиэфирного связующего (ff 1 , k, 5 ) по ГОСТ 21793-76 и по предлагаемому способу хорошо коррелируют между собой

и также соответствуют теории.

Эластомер на основе жидкого нитрильного каучука с карбоксильными группами, вулканизованного оксидом магния и 1,Ц-бутандиолом

Диенуретановый зяастомер, полученный на основе продукта взаимодействия олигобутадиендиола с 2, i-толуилендиизоцианатом, ртвержденный k2,7% р-ром ароматического диамина в фосдиоле

Диенуретановый эластомер, полученный на основе продукта вза имодействия дивинилпипериленового олигомерного диола с 2,4толуилендиизоцианатом, отвержденный k2f7% ароматического диамина 30 в фосдиоле

Эпоксидно-полиэфирное связующее:

эпоксидный хлорсодержащий олигомер ЭХД - 60t, хлорсодержащая полиэфирная смола НПС-609-27 - .

ЭХД - S3% НПС-®09-27 38% полиарилфосфонитрильнаякислота ПАФН - 3%

18,0

20.0 2, 5 25.5

2k,S

2t,0 23.0 25.0

39,0

23.5 3.0 25,5

28,0

30.0

28.0

30,0

11

12

Продолжение таблицы

ЭХД - Q% НПС-609-27 - 50 ПАФН - 10 Формула изобретения Способ определения кислородного индекса полимера путем закрепления образца полимера на горизонтальной подложке, помещенной в горизонтально расположенную кварцевую трубу, продувки системы смесью кислорода с азо том, поджигания образца и замера минимальной начальной концентрации кислорода в смеси с азотом, которая поддерживает горение образца в течение 180±3 с,6тличаю1цийс я тем, что, с целью создания возможности получения сравнимых характеристик кислородных индексов различ

30,5

28,5 ных по природе полимеров, s качестве подложки используют стеклоткань с массой 1 м 192-380 г, а скорость потока смеси кислорода с азотом поддерживают в пределах см/с. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.ГОСТ 21793-76 Пластмассы. Метод определения кислородного индекса. Издательство стандартов, 1976. 2.Лалаян В.М., Халтуринский Н.А., Берлин А.А. Влияние теплофизинеских свойств полимеров на скорость распространения пламени по поверхности. Высокомолекулярные соединения, 1979, XXI , tf it, с. 825 (прототип ).