В статье рассматривается композиция огнезащитного полимерного материала на основе интеркалированного графита. Описаны его уникальные свойства. Предложена рецептура по изготовлению материала в различных целях. Обоснована работоспособность и эффективность материала на основании серии экспериментов.
Ключевые слова: интеркалированный графит, муфта противопожарная, минеральный наполнитель.
Abstract. In article the composition of fireproof polymeric material with the oxidized graphite is considered. Its unique properties are described. The compounding on production of material in various purposes is offered. The working capacity and efficiency of material on the basis of a series of experiments is proved.
Keywords: oxidized graphite, fire-prevention coupling, mineral filler.
В современном мире все большее внимание уделяется системам пожарной безопасности. Создаются новые методы и средства защиты, различающиеся по эксплуатационным свойствам, назначению, времени срабатывания.
В области пожарной безопасности активно развивается перспективное направление пассивных огнезащитных материалов. Данные огнезащитные материалы позволяют уменьшить и устранить распространяющийся фронт пожара. Классификация огнезащитных материалов содержит несколько различных композиций: пены, краски, мастики и герметики, полимерные материалы. Данная работа посвящена огнезащитным материалам на основе полимерных композиций.
Данная работа посвящена огнезащитным полимерным композициям на основе интеркалированного графита. Целью научной работы в данном направлении является разработка материала с уникальными свойствами огнезащиты, определение механизма его функционирования.
Принцип работы огнезащитного полимерного материала (ОПМ) может быть описан тремя стадиями, указанными в таблице 1.
Таблица 1
Стадии работы ОПМ
|
№ |
Стадия |
Описание |
|
1 |
Нагрев |
В процессе горения увеличивается температура окружающей среды. ОПМ выходит на рабочие параметры, происходит его прогрев и достижение температуры зажигания |
|
2 |
Термическое расширение |
В ходе прохождения горячего потока воздуха и продуктов горения фронт пламени достигает зерен активного антипирена, на микроуровне происходит взрыв зерен и многократное расширение ОПМ |
|
3 |
Защитное покрытие |
Образование пенококса с высокой пористостью и низким коэффициентом теплопроводности, что приводит к блокированию защищаемого объекта от фронта горения |
Компоненты ОПМ целесообразно разделить на блоки. Первый блок представляет собой матрицу — основу, выполняющую роль носителя активных огнезащитных компонентов, как правило смесь полимеров. Второй блок представляет собой комплекс пассивных антипиренов — веществ, образующих слой стойкого к нагреву материала. Третий блок — смесь активных антипиренов на неорганической и углеродной основе, главной особенностью которого является многократное расширение в объеме при повышении температуры выше критической (150–170 0С). Вспучивающийся по мере нагрева слой образует защитную пористую «шубу», которая препятствует горению в заданном направлении [1].
Данная работа описывает разработанный ОПМ, апробированный в реальных условиях, разработана рецептура и налажен технологический процесс производства композиции. В качестве матрицы-носителя используется каучук альфа-метилстирольный марки СКМС-30-АРКМ-15 в сочетании со стрейнированным маслонаполненным каучуком в пропорции 1:1,3 масс. частей соответственно. Наполнители представляют собой минеральные компоненты, которые хорошо диспергируются в данной марке каучука: мел гидрофобный, каолин. В качестве антипирена используется интеркалированный серной кислотой чешуйчатый графит. Молекулы интеркалята, при повышении температуры выше критической, взрывают зерна графита и расширяют их на 100–200 % в объеме и в 1000 % в линейных размерах. Вид интеркалированного графита и расширенного зерна представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Чешуйки интеркалированного графита и «вспученный» графит
В качестве пассивных антипиренов в композицию добавлен инертный оксид Fe2O3, обладающий высокой температурой плавления и, находясь в диспергированном состоянии, он распределяет тепло по композиции. Также в композицию включаются антиоксиданты и противостарители, молотая сера, характерные резиновым композициям. Поскольку данный ОПМ относится к ряду «сырых» резин, антиоксиданты и противостарители помогают в стадии «подвулканизации» при повышении температуры выше 130 0С формировать скелет пенококса.
Такой ОПМ является основой разработанной противопожарной муфты. Противопожарная муфта — это средство противопожарной защиты, состоящее из вкладки ОПМ и металлического корпуса. Монтаж противопожарной муфты осуществляется согласно нормативам в строительные объекты на водопроводы и канализационные трубы. Вид противопожарной муфты показан на рисунке 2.
Рис. 2. Противопожарные муфты
Требования по срабатыванию противопожарной муфты регламентируют препятствие теплопередачи и стойкость в течение определенного периода времени [2]. Степень перекрытия зависит от характера нагрева и термического расширения (радиальное, радиально-осевое, осевое). В испытании участвовал образец муфты противопожарной ПМ-110 с толщиной вкладыша 7 мм. В ходе испытания ОПМ полностью перекрыл отверстие с диаметром 110 мм. Результаты испытаний представлены на рисунке 3.
Рис.3. Образец муфты после испытаний
В ходе исследования влияния интеркалированного графита и минеральных наполнителей был разработан огнезащитный полимерный материал. Построена наиболее совершенная рецептура композиции и достигнуты позитивные технико-экономические показатели. Эксплуатационные характеристики и степень защиты были исследованы в реальных условиях горения перекрытия в строительной перегородке.
Литература:
- Финаенов А. И., Трифонов А. И., Журавлев А. М., Яковлев А. В. «Области применения и получение терморасширенного графита» // Вестник СГТУ. 2004. № 1. С. 77–78.
- ГОСТ Р 53306–2009. Узлы пересечения ограждающих строительных конструкций трубопроводами из полимерных материалов. — Введ. 2010–01–01. — М.: Стандартинформ, 2009. — 2 с.
