Тепло, термо и огнестойкость полимерных материалов
 Скачать 4.94 Mb.
|
|
Таблица 3.3. Классы горючести полимерных материалов по стандарту UL-94 [299] Показатель V-2 V-1 V-0 HB 5VB 5VA Количество зажиганий 2 2 2 1 5 Время горения после удаления пламени, с 30 Полное время горения, 5 образцов, 2 зажигания, с 250 Наличие капель, воспламенивших вату Да Нет Нет — Нет Нет Максимальное время тления образца, с 60 Горение образца до зажима Нет Нет Нет — Нет Нет Максимальное время горения или тления после 5 зажиганий, с Максимальная скорость горения образца размером от 3 до 13 мм, мм/мин — — — 40 — — Максимальная скорость горения образца размером менее 3 мм, мм/мин — — — 75 — — Сквозное прогорание пластины — — — — Да Нет 3.2.4. Методы определения огнестойкости полимеров и полимерных материалов, применяемые в России В России оценка огнестойкости материалов производится в соответствии с требованиями ГОСТов: ГОСТ 12.1044–89 ССБТ «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения включает несколько методов оценки огнестойкости материалов) пункт 4.14 Метод определения кислородного индекса полимерных материалов пластмасс) пункт 4.3 Метод экспериментального определения группы трудногорючих и горючих твердых веществ и материалов) пункт 4.18 Метод экспериментального определения коэффициента дымо- образования твердых веществ и материалов) пункт 4.19 Метод экспериментального определения индекса распределения пламени) пункт 4.20 Метод экспериментального определения токсичности продуктов горения полимерных материалов». Используют также ГОСТ 30244–94 Материалы строительные. Методы испытания на горючесть, ГОСТ 30402–96 Материалы строительные. Методы испытания на воспламеняемость, ГОСТ 30444-97 (ГОСТ Р) Материалы строительные. Огнестойкость полимеров и полимерных материалов Методы испытания на распространение пламени. ГОСТы сведены в нормы пожарной безопасности НПБ 244-97 (действие с Горючесть материалов и группы горючести (НГ — негорючие, горючие Г1–Г4) устанавливаются по ГОСТ Горючие материалы по распространению пламени (РП1–РП4) устанавливаются по ГОСТ Р51032. Горючие материалы по воспламеняемости (B1, В, В) устанавливаются по ГОСТ 30402. Горючие материалы по дымообразующей способности (Д, Д, Д) устанавливаются по ГОСТ Горючие материалы по токсичности продуктов горения (Т1–Т4) устанавливаются по ГОСТ Наиболее опасны для практического использования материалы со значениями показателей Г, РП4, В, Д, Т4. ГОСТы для оценки огнестойкости строительных материалов и конструкций ГОСТ 30247.0–94, 30403–96 и др) разработаны Государственным центральным научно-исследовательским и проектно-экспериментальным институтом комплексных проблем строительных конструкций и сооружений им. В.А. Кучеренко (ЦНИИСК), Всероссийским НИИ противопожарной обороны (ВНИИПО) МВД России, Академией государственной противопожарной службы. Требование к огнестойкости строительных материалов и конструкций сведены в строительные нормы и правила НПБ 24497 Материалы строительные. показатели пожарной опасности (введены с 1.12.1997), СНиП 210197, МЕН 2.02-01–97 Пожарная безопасность зданий и сооружений (введены с 1.01.1998 взамен СНиП 2.01.02–85). 3.2.4.1. Методы испытания на распространение пламени ГОСТ Р (введен 1.01.1997) Метод испытания на распространение пламени разработан на основе проекта стандарта ИСО/ПМС 9239.2 Основные испытания. Реакция на огонь. Распространение пламени по горизонтальной поверхности под действием радиационного теплового источника зажигания. Сущность метода состоит в определении критической поверхностной плотности теплого потока (КППТМ, кВт/м 2 ), величину которого устанавливают по длине распространения пламени по образцу в результате воздействия теплового потока на его поверхность. КППТП — величина теплового потока, при которой прекращается распространение пламени. Величину КППТМ устанавливают на основании результатов измерения длины распространения пламени (L — максимальная величина повреждения поверхности образца в результате распространения пламенного горения) по графику распределения (лучистый тепловой поток, воздействующий на единицу поверхности образца) по поверхности образца, полученному при калибровке установки. При отсутствии воспламенения образцов и при L < 100 мм КППТМ > 11 кВт/м 2 Образцы для испытаний 5 образцов 1100 ×250 мм, толщина с негорючей основой < 60 мм. Для анизотропных материалов используют комплекты образцов (для тек- столитов — длина по утку и по основе Огнестойкость полимеров и полимерных материалов Рис. 3.9. Установка для испытаний на распространение пламени по ГОСТ Р (ИСО/ПМС 9239.2): 1 — испытательная камера (сталь, 1,5–2,0 мм, теплоизоляция 10 мм 2 — платформа жаропрочная сталь 3 — держатель образца (сталь, толщина 2,0±0,5 мм 4 — образец 5 дымоход вытяжной зонт 7 — термопара (термоэлектрический преобразователь по ГОСТ 3044 с диапазоном измерений 0–600 С 8 — радиационная (мощность > 8 кВт) панель 450×300 мм, угол наклона 30±5 °C; 9 — газовая горелка (факел длиной 40–50 мм) Установка для испытаний на распространение пламени (рис. 3.9, размеры в мм) состоит из испытательной камеры с дымоходом и вытяжным зонтом, источника 6 5 4 3 2 1 7 8 9 10 105 105 90 90 30 ° 1400 190 140 340 910 120 75 580 100 Огнестойкость полимеров и полимерных материалов Рис. 3.10. Калибровочный образец (асбоцементный лист по ГОСТ 18124, толщиной 10–12 мм 1 — образец 2 — отверстия для измерителя теплового потока (водоохлаждаемый приемник теплового излучения с диапазоном измерений 1–15 кВт/м 2 ) лучистого теплового потока (радиационная панель, источника зажигания (газовая горелка, держателя образца, платформы для введения держателя в испытательную камеру. Калибровка установки Устанавливают в дымоходе скорость потока воздуха 1,1–1,34 мс (измерение анемометром, закрепляют калибровочный образец (рис. 3.10). Цель калибровки определение величин теплового потока в контрольных точках калибровочного образца и их распределение по поверхности образца при скорости потока воздуха в дымоходе 1,22±0,12 м/с. Включают радиационную панель (рис. 3.9, п. 8), прогревают камеру до достижения теплового баланса (температура в камере изменяется не более чем на 7 °C в течение 10 мин. Устанавливают в отверстие калибровочного образца в точках L1, L2, L3, затем на расстояниях 100, 300, 500, 700, 800, 900 мм от точки О (рис. 3.10) приемник теплового излучения, измеряют тепловой поток в этих точках. В точках L1, L2, L3 измеряют тепловые потоки, которые должны быть равны соответственно 9,1±0,8; 5,0+0,4; 2,4±0,2 кВт/м 2 . По результатам калибровки строят график распределения тепловых потоков по длине образца. Проведение испытаний Закрепляют на платформе образец (рис. 3.9, п. 4), зажигают газовую горелку расстояние между факелом пламени и образцом >50 мм. После выдержки в течение 2 мин приводят пламя горелки в контакт с образцом в точке Она мин. Фиксируют время воспламенения, продолжительность пламенного горения, длину поврежденной части образца (выгорание и обугливание. Величину КППТП устанавливают 2 9 отв. Точка «0» 600 400 200 25 125 100 250 1100 1 L 1 L 2 L 3 Огнестойкость полимеров и полимерных материалов на основании результатов измерения длины распространения пламени по графику распределения ППТП по образцу, полученному при калибровке установки. Классификация материалов по группам распространения пламени в зависимости от КППТП: РП1 ≥ 11 кВт/м 2 (не распространяющие); РП2 8–11 кВт м (слабо распространяющие); РП3 5–8 кВт м (умеренно распространяющие); РП4 ≤ 5 кВт м (сильно распространяющие. Метод испытания на горючесть ГОСТ 30244–94 Материалы строительные. Методы испытания на горючесть введен) устанавливает методы испытаний и классификацию материалов по группам горючести (раздел Группы горючести Параметры горючести Температура дымовых газов, Степень повреждения по длине S l , Степень повреждения по массе S m , Продолжительность самостоятельного горения г, Г, слабогорючие* ≤ 135 ≤ 65 ≤ 20 Г, умеренногорючие ≤ 253 ≤ 85 ≤ 50 ≤ 30 ГЗ, нормальногорючие ≤ 450 ≥ 85 ≤ 50 ≤ Г, сильногорючие ≥ 450 ≥ 85 ≥ 50 ≥ 300 * Для групп Г1–Г3 не допускается образование горящих капель расплава Для испытаний используют 12 образцов 1000 ×190×70 мм. Установка для испытания состоит из камеры сжигания, системы подачи воздуха 10±1,0 м/мин в камеру сжигания, газоотводной трубы (4 термопары, вентиляционной системы для удаления продуктов сгорания (рис. 3.11). Источником зажигания является газовая горелка. Перед испытанием проводят калибровку с целью установления расхода газа, обеспечивающего в камере сжигания требуемый температурный режим: Расстояние от нижней кромки калибровочного образца (сталь, 1000 ×190×1,5 мм мм Т max , СТ, С 350 220 500 220 150 1000 140 100 1600 105 90 * На образце 6 термопар, в газоотводной трубе — 4; одновременно испытывают 4 образца и определяют параметры горючести (см. таблицу с Г1–Г4) 3.2.4.3. Метод испытания на воспламеняемость ГОСТ 30402–96 Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость введен с 01.07.1996) разработан на основе проекта стандарта ИСО 5657-86 и определяет способность к воспламенению материалов при одновременном воздействии лучистого теплового потока и открытого пламени от источника зажигания Огнестойкость полимеров и полимерных материалов Рис. 3.11. Установка для испытания материала на горючесть 1 — камера сжигания 2 — держатель образца 3 — образец 4 — газовая горелка 5 — вентилятор подачи воздуха 6 — дверца камеры сжигания 7 — диафрагма 8 — вентиляционная труба 9 — газопровод 10 — термопары 11 — вытяжной зонт 12 — смотровое окно Параметрами воспламеняемости материала по ГОСТ являются критическая поверхностная плотность теплового потока (КППТП, кВт/м 2 ) и время воспламенения. Материалы в зависимости от величины КППТП подразделяют натри группы воспламеняемости: Группа КППТП, кВт/м 2 В1, трудно воспламеняемые <35 В2, умеренно воспламеняемые 20–35 В3, легко воспламеняемые 150 300 400 2700 600 600 ∅ 500 30 275 600 600 200 800 400 1300 Огнестойкость полимеров и полимерных материалов Для испытания используют 15 квадратных образцов 165 ×165×70 мм (негорючая основа — асбоцементные листы толщиной 10–12 мм). Установка для испытаний на воспламеняемость (рис. 3.12) состоит из опорной станины, подвижной платформы, источника лучистого теплового потока (радиационная панель, системы зажигания (вспомогательная стационарная горелка, подвижная горелка с механизированной и ручной системой перемещения. В качестве вспомогательного оборудования используют держатель образца (плоский металлический лист, экранирующая пластина (лист толщиной 2 мм, сталь, алюминий, держатель с образцом-имитатором, система регулирования расхода газовоздушной смеси, регулирующий и регистрирующие приборы, измеритель теплового потока (1–75 кВт/м 2 ). Калибровка установки — установление величин ППТП в экспонируемой поверхности образца от температуры нагревательного элемента. В калибровочных образцах вырезают отверстия для установки измерителя теплового потока в центре, в любой точке окружностей диаметром 50 и 100 мм. Образец помещают в держатель, устанавливают на подвижную платформу, включают Рис. 3.12. Установка для испытаний материалов на воспламеняемость 1 — радиационная панель с нагревательным элементом 2 — подвижная горелка 3 — вспомогательная стационарная горелка силовой кабель нагревательного элемента 5 — кулачок с ограничением хода для ручного управления подвижной горелкой 6 — кулачок для автоматического управления подвижной горелкой приводной ремень 8 — втулка для подсоединения подвижной горелки к системе подачи топлива 9 — монтажная плита для системы перемещения подвижной горелки 10 — защитная плита 11 — вертикальная опора 12 — вертикальная направляющая 13 — подвижная платформа для образца 14 — основание опорной станины 15 — ручное управление 16 — рычаг с противовесом привод к электродвигателю Огнестойкость полимеров и полимерных материалов электропитание. Путем изменения мощности, подаваемой на электронагревательный элемент радиационной панели, подбирают по регулирующему термоэлектрическому преобразователю величину термо-ЭДС, при которой в центре экспонируемой поверхности обеспечиваются тепловые потоки плоскостью 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 10, 5 кВт/м 2 . Повторяют измерения на образцах диаметром 50 и 100 мм с отверстиями внутри окружностей. Образец для испытаний оборачивают алюминиевой фольгой толщиной 0,2 мм с отверстием диаметром 140 мм, помещают в держатель, устанавливают подвижную горелку (расход газа 19–20 мл/мин, воздуха 160–180 мл/мин, длина факела во вспомогательной горелке 15 мм, включают электропитание и задают величину термо-ЭДС, соответствующую ППТП 30 кВт/м 2 . После включения механизма подвижной горелки удаляют экранирующую пластину. По истечении 15 мин или при воспламенении образца (время фиксируется) испытания прекращают. В зависимости от огнестойкости образца испытания проводят при ППТП 5–50 кВт/м 2 , увеличивая ППТП на 5 кВт/м 2 при отсутствии воспламенения или уменьшая на 5 кВт/м 2 при воспламенении. В зависимости от величины КППТП материал классифицируют на трудно, умеренно- и легковоспламеняемые. 3.2.4.4. Критерии оценки огнестойкости полимеров и полимерных материалов по ГОСТ ГОСТ 12.1.044–89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения включает несколько кинетических методов определения огнестойкости (индекс распределения пламени, скорость горизонтального распространения пламени, концентрационный метод (определение кислородного индекса, определение коэффициента дымообразования и токсичности продуктов горения. При определении КИ (пункт 4.14) используют не менее 15 образцов длиной 80–150 мм, шириной 6–10 мм, толщиной 3–10 мм (для материалов различных типов, пленок): КИ = С к + где КИ — кислородный индекс С к — конечное значение концентрации кислорода K — коэффициент d ≈ При определении индекса распространения пламени I (с/мм) (пункт 4.19) используют не менее 5 образцов (320±2 ×140±2×20 мм ≈ 0,0115β/τ o (t max – t 0 ) ( τ max – где β = qQ/(t i – t 0 ) — тепловой коэффициент установки, количество тепла, подводимое к поверхности образца в единицу времени q — удельная теплота сгорания газа, кДж/л; Q — расход газа (горелка, л/с; t, τ (см. раздел При определении коэффициента дымообразования (п. 4.18) используют 10–15 образцов (40 ×40×10 мм). По значению коэффициента дымообразования D m материалы классифицируют на группы Д Д, Д (с малой, умеренной, высокой дымообразующей способностью Огнестойкость полимеров и полимерных материалов = (V/L · m) ln(T 0 /T min ), м 2 /кг, где V — объем дымовой камеры, м L — длина пути луча света в задымленной среде, м m — масса образца, кг T 0 , T min — начальное и конечное светопропускание, При определении показателя токсичности продуктов горения НС, мг/г пункт 4.20) используют 10 образцов (40 ×40×5/10 мм = CL 50 · CO/g · где CL 50 CO — летальная концентрация СО, мг/м 3 ; CL 50 = 4502 + 22 292 τ –1 ; τ — время экспозиции, мин g CO — уровень выделения СО. Метод экспериментального определения кислородного индекса (п. 4.14) КИ — минимальное содержание кислорода в кислород-азотной смеси, при которой возможно свечеобразное горение материала. Сущность метода — нахождение минимальной концентрации кислорода в потоке кислородноазотной смеси, при которой наблюдается самостоятельное горение вертикально расположенного образца, поджигаемого сверху. Метод применяют в сертификационных и арбитражных целях для сравнительной оценки горючести полимерных материалов (пластики, пенопласты с ρ > 100 кг/м 3 , пленки, листы толщиной < 10,5 мм. Для пластиков с пониженной горючестью используют также метод определения КИ по ГОСТ 21793. Испытания проводят на установке (рис. Рис. 3.13. Установка для определения КИ по ГОСТ 12.1.044–89, п. 4.14: 1 — вентиль предварительной регулировки 2 — вентиль точной регулировки 3 — смеситель (измерение концентрации кислорода с шагом < 0,2 об 4 — расходомер (игольчатый клапан, ротаметр, градуированная диафрагма, парамагнитный кислородный анализатор 5 — реакционная камера (вертикальная прозрачная труба (70 ×450 мм 6 — держатель образца (50×140 мм 7 — кислородный анализатор Огнестойкость полимеров и полимерных материалов Для испытания применяют не менее 15 образцов, размеры их приведены в та- блице: Тип образца Размеры образца, мм Тип материала Длина Ширина Толщина 1 Пластики 80–150 10,0±0,5 10,0±0,5 Пенопласты 3 до Листы, пленки 70–150 6,5±0,5 Пластинки, листы 140,0±0,5 52,0±0,5 < Гибкие листы, пленки Источник зажигания — пропановая горелка (высота пламени 16±4 мм. Зажигание образцов проводят по двум вариантам) вариант А (для образцов типа 1–4). Подводят нижнюю часть пламени горелки к верхней горизонтальной поверхности образца. Длительность воздействия пламени — 30 с. Образец считают воспламененным, если после отвода горелки через 5 с вся его верхняя часть горит) вариант Б (для образцов типа 5). Наклоняют и подводят горелку так, чтобы зона пламени покрыла верхнюю и вертикальные поверхности образца по длине около 6 мм. Длительность воздействия пламени составляет 30 с. На образцы наносят метки (50 мм от конца — вариант Аи мм — вариант Б, закрепляют вертикально (верх образца не выше 100 мм края колонки, систему продувают газовой смесью (40±10 мм/с) с заданной концентрацией кислорода и поджигают образец (вариант Аи Б. После воспламенения образца фиксируют время горения и длину сгоревшей части образца, в зависимости от значения которых изменяют (увеличивая или уменьшая) концентрацию кислорода, которую используют для расчета КИ: КИ = С к + где С к — конечное значение концентрации кислорода, при которой образец горит d = 0,2 об, разница между значениями С к в соседних испытаниях K — коэффициент от –1,25 до 2,01 в зависимости от уменьшения или увеличения концентрации кислорода при испытании (данные в таблице ГОСТа). Установку калибруют, ориентируясь назначения КИ стандартных материалов, начальную концентрацию кислорода выбирают на основе опыта работы с материалами, КИ которых известен: |