pellets.com.ua

Содержание

admin — Tue, 13 Sep 2011 09:25:42 +0000

Содержание

Предисловие
1. О проблеме снижения дымообразующей способности материалов для отделки помещений

2. Методические аспекты исследования процессов дымообразования
3. Факторы дымообразования
3.1. Образование аэрозолей и классификация дымообразующих веществ
3.2. Термодеструкция материалов
3.3. Состав и химическое строение материалов
4. Образование твердой и газовой фаз дыма при горении материалов
4.1. Строение твердой фазы дыма
4.2. Состав газовой фазы при дымообразовании
5. Управление процессами образования дыма
5.1. Подбор состава материалов
5.2. Химические добавки и химическое модифицирование материалов
5.3. Применение защитных покрытий и термостойких материалов
5.4. Вещества с повышенной дымообразующей способностью
Дымоиммититрующий состав
Заключение
Литература

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

admin — Mon, 12 Sep 2011 11:31:54 +0000

Содержание

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ литературы и результаты проведенных исследований позволили
выявить механизмы процесса дымообразования для различных групп
отделочных строительных материалов и установить факторы, существенно
воздействующие на жизнь и здоровье людей, которые попадают в зону
задымления.

Сложность проблемы управления процессами образования дыма
потребовала разработки нового методологического подхода, заключающегося в
направленном изучении возможных физико-химических процессов,
протекающих при дымообразовании материалов. С этой целью использованы
как существующие стандартные методы определения дымообразующей
способности (по ГОСТ 12.1.044 –89), так и методы оптической, электронной
микроскопии и масс-спектрометрии, рентгеновского и хроматографического
анализов материалов. Используя выявленные факторы поражения дымом
человека, предложена классификация строительных отделочных материалов по
их дымообразующей способности. И с учетом процессов образования дыма при
пожарах и выявленной зависимости дымообразующей способности от
химического состава веществ, формирующих тот или иной строительный
материал, предложено разделение этих веществ на семь соответствующих
групп:

Вещества, сублимирующие и окисляющиеся при нагревании с
последующим гидролизом образовавшихся оксидов.
Испаряющиеся вещества, образующие дым при конденсации их пара.
Вещества, термически диссоциирующие на компоненты (части) с
последующим их взаимодействием в газовой фазе и образованием твердого
продукта с низким давлением пара.
Вещества, образующие дым в результате фотохимической реакции.
Вещества или композиции образующие инертные дымы.
Органические вещества, при тремодеструкции которых дым образуется
в результате вторичных процессов в зоне пламени.
Вещества, у которых образуется дым в результате физического переноса
в газовую фазу частичек твердых остатков пиролиза материалов.

Для каждой из перечисленных выше групп веществ механизм образования
дыма может быть установлен с учетом правила аддитивности или с учетом
физического и химического воздействия протекающих в газовой фазе процессов
при термодеструкции материалов.

Экспериментально установлено, что кроме паров воды, хлороводорода,
оксидов углерода, азота в газовой фазе дыма могут присутствовать токсичные
вещества 2, 3 и 4 классов опасности – бензол, толуол, ксилол, ацетон и пр. Выявлены также полидисперсность частиц дыма, их высокая поверхность и
пористость, что следует учитывать при разработке защитных средств для
пожарных-спасателей.

Установлено, что процессы образования дыма в многокомпонентных
отделочных строительных материалах протекают в несколько этапов.

На первом этапе происходит окисление материалов в избытке кислорода с
образованием в основном паров воды, хлороводорода, оксидов углерода, азота.
На втором этапе при недостатке кислорода протекает процесс пиролиза
строительных отделочных материалов и частичного перевода в газовую фазу
твердых продуктов пиролиза за счет конвективных потоков газов. В газовую
фазу при этом выделяются как циклические, так и линейные, а также
бескислородные и кислородосодержащие углеводороды.

На третьем и последующих этапах при более высоких температурах
наблюдается переход в газовую фазу насыщенных и ненасыщенных
углеводородных соединений. Для этих соединений, как правило, быстро
достигается точка «росы», и они, конденсируясь, образуют дым. Дальнейший
нагрев частиц углеводородов приводит к их дегидрополиконденсации и
образованию частиц с повышенным содержанием углерода. При достижении
критического размера происходит агломерация и рост частиц углерода. При
этом образуются сферические частицы, содержащие, в основном, углерод.

Кислородосодержащие углеводороды менее склонны к дымообразованию
по вышеописанному механизму, так как летучие кислородосодержащие
соединения при повышенных температурах образуют меньшее число
углеводородных радикалов, являющихся зародышами сажевых частиц.

Итогом проведенных научных исследований по целому спектру
составляющих процесса дымообразования является обоснование мероприятий
по управлению этим сложным процессом с целью снижения дымообразующей
способности материалов, применяемых для отделки помещений. По нашему
мнению, эти мероприятия должны включать в себя следующие позиции:

использование химических добавок, способствующих понижению
концентрации частиц, катализу реакций окисления сажи и ее углеводородных
предшественников, а также уменьшение количества циклических соединений -
основных источников дыма;
изменение состава материалов путем сокращения, замены или исключения
из их состава компонентов, обладающих высоким коэффициентом
дымообразования;
химическое модифицирование материалов на стадии получения или
переработки в готовые изделия с использованием катализаторов, которые
меняют структуру макромолекул, т.е. понижают их дымообразование;
применение защитных покрытий, которые способствуют образованию
поризованного теплоизолирующего слоя угля на поверхности материала, препятствующего быстрому нагреву нижних его слоев и уменьшению выхода
горючих газов;
применение термостойких материалов с ароматической
гетероциклической структурой, способных длительное время выдерживать
воздействие высоких температур.

Комплекс работ по снижению дымообразующей способности должен стать
неотъемлемой частью подготовительных работ при строительстве зданий и
сооружений любого назначения, как необходимое мероприятие по обеспечению
безопасности жизни и здоровья населения нашей страны.

Содержание материала о свойствах дымообразования

Химические добавки и химическая модификация материалов

admin — Mon, 12 Sep 2011 11:27:58 +0000

Содержание

5. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ОБРАЗОВАНИЯ ДЫМА

5.2 Химические добавки и химическая модификация материалов

Замедление и подавление дымообразования при термодеструкции
строительных отделочных материалов должно основываться на таких мерах
воздействия на этот процесс, которые могли бы предотвратить или существенно
замедлить нуклеацию и конденсацию продуктов сгорания, а в случае
возможного образования конденсированных частиц вызывали бы их
разрушение.

Образование сажистого дыма является наиболее типичным при
термодеструкции строительных отделочных материалов. Оно означает
неполноту сгорания органической составляющей, замедление скорости горения
системы. С этим обстоятельством сопряжены основные трудности при
снижении пожароопасности строительных отделочных материалов.

Антипирены, позволяющие снизить горючесть полимерных материалов, чаще
всего приводят к увеличению их дымообразующей способности. Подавление
дымообразования при горении газовых систем осуществляется путем изменения
соотношения между топливом и окислителем, аэродинамических условий
потоков. При этом реализуется более полное сгорание горючего. Аналогична
ситуация и для большинства полимерных материалов.

Наиболее эффективен путь применения химических добавок,
способствующих как понижению концентрации заряженных частиц в пламени,
так и катализу реакций окисления сажи и ее углеводородных предшественников
[61]. Соединения бария, молибдена, вольфрама, стронция существенно
уменьшают скорость образования сажи. В присутствии указанных добавок
растет скорость гибели атомов водорода. Механизм подавления дымовыделения из пламени объясняется участием металлсодержащих частиц в газофазном
катализе разложения паров Н
2
О с образованием радикалов ОН:

Н + Н
2
О = ОН + Н
2. (5.6)

В случае полимерных систем образование дыма зависит, прежде всего, от
условий выделения летучих продуктов и их состава, то есть важно,
осуществляется ли при этом пиролиз полимеров -«беспламенное» горение или
пиролиз и горение летучих продуктов – «пламенное» горение. Известны
рекомендации по созданию полимерных материалов (поливинилхлорид,
сополимеры винилхлорида, пенополиуретаны) с использованием добавок
различных соединений металлов. Например, для полимерных материалов на
основе винилхлорида рекомендованы цианид и тиоцианат меди, окись
железа,смеси порошкообразного железа с окисью меди или молибдена, смеси
окисей меди, молибдена и ванадия. Для материалов на основе полиуретанов
рекомендовано дициклопентадиенилжелезо, и предложено использовать также
кислородсодержащие добавки кислотного типа, например, адипиновую,
фумаровую, изофталевую кислоты [60].

Предполагается, что обогащение кислородсодержащими веществами
летучих продуктов уменьшает их дымообразующую способность в результате не
только появления источника дополнительного кислорода в пламени, но и
склонности кислородсодержащих соединений к захвату электрона и
образованию отрицательных ионов. Рекомбинация последних с
положительными углеводородными ионами — зародышами сажевых частиц —
снижает вероятность нуклеации сажи.

При применении металлсодержащих
веществ возможны альтернативные воздействия. Добавки влияют на пиролиз
материала таким образом, что изменяется состав летучих соединений или растет
выход коксовых остатков, либо добавки в результате превращений образуют при
горении летучие соединения, которые переходят в газовую фазу и подавляют
дымообразование. В случае поливинилхлорида (ПВХ) используемые вещества,
по-видимому, служат акцепторами хлористого водорода. Образующиеся
хлориды металлов способны переходить в условиях горения материала в
газовую фазу. В частности, FеС1
2 и FeCl
3 довольно легко возгоняются при
температуре около 300°С, МоСl
5
— при 268°С. Дициклопентадиенилжелезо
сублимирует примерно при 400°С. Исследования влияние ферроцена на
подавление дымообразования при горении ПВХ, показали, что добавка (0,1—
1,5) мол.% ферроцена вызывает уменьшение количества бензола – основного
источника дыма. Линейная зависимость дымообразования при горении ПВХ от
количества выделяемого бензола подчеркивает важное значение этого продукта
как предшественника сажевых частиц [61].

Другим путем снижения дымообразования материалов является изменение
их состава.

В последнее время большое внимание уделяется разработке способов
снижения дымообразующей способности полимерных строительных
отделочных материалов. С этой целью в полиолефины вводят до 10%
органических солей олова, в поливинилхлорид — порошкообразное железо,
оксиды молибдена, гидрооксиды магния, кальция или железа, неорганические
соединения ванадия, которые, как уже отмечалось ранее, активно
взаимодействуют с выделяющимся при горении и пиролизе хлоридом водорода.
Под химическим модифицированием строительных отделочных материалов
обычно понимают направленное изменение их свойств в результате
незначительного или существенного изменения строения макромолекул под
влиянием химических агентов или при воздействии таких физических факторов,
как тепло и радиация.

Модификация может быть осуществлена на стадии получения или
переработки в готовые изделия, например при получении материалов на основе
полимеров пространственно-сетчатой структуры. Не менее важное значение
имеет модификация готовых, уже синтезированных материалов. В этом случае
прибегают либо к объемной, либо к поверхностной модификации. Модификация
поверхностных слоев материалов особенно важна для изделий с развитой
поверхностью, например, пенополистирола

Для снижения дымообразования можно применять различные добавки
реакционноспособного типа, которые входят в молекулярную структуру
полимеров, оказывая влияние на их физические и химические свойства. С этой
целью используют различные соединения, содержащие фосфор, азот, галогены.
Готовые полимеры подвергают хлорированию, бромированию,
хлорсульфированию.

Для снижения дымообразования материалов модификацию полимеров на
стадии получения можно осуществлять за счет использования определенных
катализаторов, которые дают возможность изменить ход полиреакций и на
основе одних и тех же реагентов получить макромолекулы с измененной
структурой. Изменить состав можно также путем введения наполнителей в
отделочные и строительные материалы. Наполнители улучшают физико-
механические свойства полимерных материалов, помогают уменьшить расход
ценного и зачастую дефицитного сырья. Поэтому данное направление
представляется привлекательным с точки зрения экономики производства
полимерных материалов.

Для снижения дымообразования целесообразнее всего использовать
негорючие наполнители неорганической природы. Введение подобных
наполнителей в полимеры позволяет снизить содержание горючей
составляющей материала, изменять теплофизические характеристики
последнего и условия тепло-и массообмена при горении. В технике применяют
наполнители дисперсные (мел, песок), волокнистые (стекловолокна, асбест) и пористые (перлит). С точки зрения взаимодействия поверхности наполнителя с
полимерной матрицей наполнители разделяют на активные и неактивные. Для
снижения дымообразования материала наполнители целесообразно вводить в
большом количестве – >20% мас.

Существуют высоконаполненные
композиционные материалы, названные норпластами. Содержание горючей
полимерной составляющей в таких материалах снижено до 5—10 %. Подобные
полимерные материалы на основе этилена и перлита отличаются высокими
механическими показателями, хорошими теплоизолирующими свойствами и
относятся к группе негорючих материалов. Высокие физико-механические
показатели норпластов при столь низком содержании полимера достигнуты за
счет обеспечения специфического химического взаимодействия полимерного
субстрата с поверхностью наполнителя. Норпласты рекомендованы для
применения в качестве негорючих, дешевых теплоизоляционных материалов в
строительстве [61].

Содержание материала о свойствах дымообразования

Вещества с повышенной дымообразующей способностью

admin — Mon, 12 Sep 2011 11:24:33 +0000

Содержание

5. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ОБРАЗОВАНИЯ ДЫМА

5.4 Вещества с повышенной дымообразующей способностью.
Дымоиммитирующий состав

Для научных и учебных целей существует необходимость получения
веществ и материалов, как с высокой, так и с низкой дымообразующей
способностью.

Вещества с повышенной дымообразующей способностью могут применяться для имитации процесса дымообразования и должны образовывать
при определенных условиях безопасный для здоровья человека дым.

Известно, что успешная борьба с пожарами невозможна без подготовки
личного состава пожарных подразделений к работе в условиях сильной
задымленности. Навыки поведения в задымленном помещении зачастую
помогают людям, попавшим в зону задымления, сохранить жизнь и здоровье.

Поэтому обучение и тренировка личного состава пожарных подразделений в
условиях задымленности является одним из приоритетов в процессе подготовки
профессиональных пожарных, как в нашей стране, так и за рубежом [72,73].
Для имитации условий задымления в помещении применяются учебные
дымокамеры, где по маршруту движения человека размещены тренажеры
различного назначения: силовые, технологические, различные лазы и
препятствия. У входа в камеру размещается пост безопасности, связь с
тренирующимся личным составом осуществляется через переносные
радиостанции. Задымленность помещений дымокамер создается при помощи
дымоиммитирующих составов, нагнетаемых дымогенераторами.

В подразделениях Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики
Беларусь для обучения и тренировки личного состава применяется 181
дымокамера различных типов, в которых для дымообразования сжигаются
древесные опилки. Как известно при термодеструкции древесины выделяется
целый ряд токсичных веществ, что делает тренировочные занятия потенциально
опасными для личного состава. Поэтому одним из способов решения данной
проблемы является использование дымообразующих установок, работающих с
безвредным для человеческого организма, а также окружающей среды,
дымоимитирующим составом.

Для разработки отечественного дымообразующего состава наиболее
целесообразным представляется использование веществ, широко применяемых
для этой цели в мировой практике [74]. На основании данных, полученных нами
экспериментально, были отобраны вещества, испаряющиеся и
конденсирующиеся без разложения. В качестве исходной была выбрана система

«вода (Н
2
О)-пропиленгликоль (С
3
Н
8
О
3)-глицерин (С
3
Н
8
О
2)».

Использование отобранных для этой цели веществ обусловлено их высокой
взаимной растворимостью и повышенным значением упругости паров
(табл. 5.4).

При нагревании смеси этих веществ в газовую фазу переходят все три
компонента. Глицерин и пропиленгликоль переходят в пар, и адсорбируя пары
воды, образуют мелкие капли дыма. При использовании мощного источника
теплового излучения в газовой фазе возможно также частичное окисление
глицерина и пропиленгликоля.

Таблица 5.4.

Зависимость давления паров пропиленгликоля и глицерина от температуры[75]

Давление паров, мм.рт.ст. Вещество	1	10 40 100 400 760
Давление паров, мм.рт.ст. Вещество	Температура, ~С
пропилен- гликоль	48,5	83,2	111,2	132,0	168,1	188,2
глицерин	125,5	167,2	198,0	220,1	263,0	290,0

Продуктами окисления глицерина являются глицериновый альдегид
(СН
2
ОН-СНОН-СНО) и диоксилацетон (СН
2
ОН-СО -СН
2
ОН), а продуктами
окисления пропиленгликоля является ацетол (СН
3
-СО-СН
2
ОН) и
метилглиоксаль (СН
3
-СО-СНО).
Все эти продукты имеют повышенную, по
сравнению с исходными веществами, летучесть и тем самым увеличивают
стабильность дымообразования, образуя мелкие капли с участием паров воды.
На основе этих данных в 1999г. группой сотрудников Научно-
исследовательского института пожарной безопасности и проблем чрезвычайных
ситуаций под руководством к.т.н. Котова С.Г. был разработан безвредный для
организма человека состав, обладающий максимальным коэффициентом
дымообразования и минимальной скоростью состава дыма. Состав
характеризуется следующими свойствами:

коэффициент дымообразования, -2025 м
2

кг
–1
;
-

дым, образуемый составом безвреден для человеческого организма (по
ГОСТ 12.1.007. он относится к малоопасным по токсичности веществам).
-

внешне состав представляет собой прозрачную жидкость без осадка.
-

кинематическая вязкость, при 20
о
С -11,85 мм
2
/с;
-

плотность, при 20
о
С -1223 г/см
3
;
-

видимость, % -через 3 минуты, м
3

-через 10 минут, м 3,2
-через 20 минут, м 3,5

-через 30 минут, м 3,9

-через 40 минут, м 4,4

-через 50 минут, м 5,0

По результатам исследований были разработаны и согласованы в
Госстандарте Республики Беларусь технические условия
ТУ РБ 101114857.024 -2000 «Состав дымоиммитирующий жидкий ДС-1» [74].

Содержание материала о свойствах дымообразования

Подбор состава материалов

admin — Mon, 12 Sep 2011 11:22:12 +0000

Содержание

5. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ОБРАЗОВАНИЯ ДЫМА

Подбор состава материалов

Теоретические и экспериментальные данные, а также выявленные на их
основе механизмы образования дыма позволяют сформулировать основные
способы управления процессами дымoобразования для различных веществ и
материалов, то есть разрабатывать способы снижения либо повышения их
дымообразующей способности.

Так, вещества с повышенной дымообразующей способностью и инертным
дымом возможно использовать для иммитации процесса образования дыма в
учебных целях или для маскировки. Для расширения области применения
отделочных материалов, актуальной задачей является снижение их
дымообразующей способности, для чего предлагаются следующие способы.

5.1 Подбор состава материалов

Этот путь связан с уменьшением, заменой или полным исключением из
состава строительных отделочных материалов компонентов с высоким
коэффициентом дымообразования. Остановимся в качестве примера на двух из
них, наиболее широко применяемых в отечественном промышленном и
жилищном строительстве – линолеумах и ковровых материалах.

Учитывая высокую дымообразующую способность некоторых видов
линолеумов отечественного производства, нами был проанализирован состав
компонентов используемых при их изготовлении. Установлено, что
дымообразование линолеумов зависит от концентрации и вида введенных в их
рецептуру пластификаторов.

Так, при горении линолеума, пластифицированного трикрезилфосфатом,
выделяется в два раза больше дыма, чем при использовании диоктилфталата[32].
Если следовать этой закономерности, то использование в качестве
пластификаторов диоктиладипината позволит заметно снизить количество
выделяемого дыма, поскольку молекулы трикризилфосфата и диоктиладипината
содержат ароматические составляющие, которые отсутствуют в молекуле
диоктиладипината [64].

При высоких температурах ароматические углеводороды нестабильны и
происходит частичный распад бензольных колец, завершающийся образованием
ацетилена, этилена, водорода. Образование конденсированных углеродных
частиц, при этом осуществляется в результате непосредственного участия
ацетилена, а также этинильных и С
2-радикалов.

Количество дыма, выделяемого при горении линолеумов с различными
пластификаторами, уменьшается в ряду трикрезилфосфат (С
21
Н
21
РО
4) ->
диоктилфталат (С
24
Н
38
О
4) -> диоктиладипинат (С
22
Н
42
О
4), что связано также с уменьшением соотношения числа атомов углерода к общему числу атомов в
молекуле пластификатора. Эти соотношения для трикрезилфосфата,
диоктилфталата и диоктилдипината соответственно равны – 0,447, 0,364, 0,323.
Таким образом, для снижения дымообразования линолеума можно
рекомендовать замену диоктилфталата на диоктиладипинат, что экономически и
технологически оправдано, так как стоимость и агрегатное состояние обоих
пластификаторов практически одинаково.

Для выработки концепции создания ковровых покрытий и изделий с малой
дымообразующей способностью под руководством к.т.н. Котова С.Г. было
проведено специальное исследование по выявлению взаимосвязи между
коэффициентом дымообразования коврового изделия (покрытия) и содержанием
составляющих его компонентов и коэффициента их дымообразования [65].
Простейшей зависимостью физико-химических свойств от состава является
аддитивная зависимость. Применительно к ковровым изделиям это означает, что
коэффициент дымообразования коврового изделия есть функция содержания
составляющей это изделие пряжи и ее коэффициента дымообразования,
описываемая уравнением:

n
В = х
1
В
1
+ х
2
В
2
+ + х
Т
В
Т
= ?х
Ш
В
Ш (5.1)
i=1

где: х
1, х
2 … х
N
,

х
I
- массовая доля содержания i-го компонента конкретной
пряжи в ковровом изделии;
D
1 , D
2 … D
N
,

D
I
– коэффициент дымообразования соответствующей пряжи.
Для проверки этого предположения был определен коэффициент
дымообразования трех ковров производства ОАО “Ковры Бреста”: ковра
жаккардового (по ГОСТ 28415-89, арт 6С33-ДЭ), ковра жаккардового (по
ГОСТ 28415-89, арт. 6С34-ДЭ) и экспериментального коврового материала. Все
три ковра характеризуются одним составом. Они содержат 52% пряжи
ворсовой, 13% пряжи коренной и настилочной и 35% пряжи уточной. Отличие
состоит в том, что для изготовления ковровых изделий использовалась
различная пряжа. Характеристики пряжи используемой для изготовления этих
ковровых изделий приведены в табл. 5.1.

На основании закона нормального распределения случайных ошибок
следует, что при n измерениях одинаковой точности среднее арифметическое из
результатов, полученных при всех измерениях (D
1, D
2, D
3,… D
N
), является
наиболее вероятным значением измеряемой величины [68]:

D
1+ D
2+ D
3+ … +D
N
1
N

D
СР
= ———————————— = — ? D
I
(5.2)
n n
I=1

Среднее значение коэффициента дымообразования ковров производства
ОАО “Ковры Бреста”, рассчитанное по ГОСТ 12.1.044-89 на основании
полученных в ходе экспериментов данных, приведено в табл. 5.2. Значения
экспериментального коэффициента дымообразования для исследованных ковров
отличаются от среднего значения соответственно:

-для ковра жаккардового АРТ 6С33-ДЭ на 1…8 %;

-для ковра жаккардового АРТ 6С34-ДЭ на 0,5…12 %;

-для экспериментального коврового материала на 2…9 %.

Результаты экспериментального определения коэффициента
дымообразования и его средние значения для пряжи, используемой для
изготовления исследованных ковров, приведены в табл. 5.3.
Значения экспериментального коэффициента дымообразования для
исследованной пряжи отличаются от среднего значения соответственно:

-пряжи полушерстяной линейной плотности (100 текс х3) для ковра АРТ 6С33 –
- ДЭ на 0,9-2,5 %;

-пряжи полушерстяной линейной плотности (100 текс х3) для ковра АРТ 6С34-
-ДЭ на 0-1,5 %;

-пряжи чистошерстяной линейной плотности (115 текс х 3) на 0,1-0,7 %;

-пряжи из отходов производства линейной плотности (220 текс х 2) на 0,4-1,4 %;

-пряжи льняной линейной плотности (220 текс х 2), для ковра АРТ 6С34-ДЭ на
0-0,7 %;

-пряжи льняной линейной плотности (220 текс х 2) для ковра неизвестного
артикула на 0,2-1,4 %;

-пряжи льнолавсановой линейной плотности (50 текс х 3) для ковра АРТ 6С33-
ДЭ на 0,3-2,0 %;

-пряжи льнолавсановой линейной плотности (50 текс х 3) для ковра АРТ 6С34-
ДЭ на 0,5-1,4 %;

-пряжи хлопко-льняной линейной плотности (84 текс х 4) для ковра АРТ 6С33-
ДЭ на 0-1,4 %;

-пряжи хлопко-льняной линейной плотности (84 текс х 4) для ковра АРТ 6С34-
ДЭ на 0,3-1,4 %;

-экспериментальной коренной и настилочной пряжи на 0,1-2,7 %.

Таблица 5.1

Характеристика пряжи, используемой для изготовления ковров
ОАО «Ковры Бреста»

Маркировка	Характеристика пряжи
ковра	ворсовой	уточной	коренной	настилочной
Ковер	Пряжа	Пряжа из отходов	Пряжа	Пряжа
жаккардовый	полушерстяная	производства	льнолавсановая	хлопкольняная
АРТ 6С33-ДЭ	линейной	линейной	линейной	линейной
	плотности (100	плотности (220	плотности (50	плотности (84
	текс х3)	текс х 2)	текс х 3)	текс х 4)
Ковер	Пряжа полу-	Пряжа льняная	Пряжа льно-	Пряжа хлоп-
жаккардовый	шерстяная лине-	линейной	лавсановая лине-	кольняная лин-
АРТ 6С34-ДЭ	йной плотности	плотности (220	йной плотности	ейной плотности
	(100 текс х3)	текс х 2)	(50 текс х 3)	(84 текс х 4)
Эксперимен-	Пряжа чисто-	Пряжа льняная	Неуказана	Неуказана
тальный	шерстяная лине-	линейной плотно-
ковровый	йной плотности	сти (220 текс х 2)
материал	(115 текс х 3)

Таблица 5.2

Результаты экспериментальных и расчетных значений коэффициента
дымообразования ковров, производства ОАО «Ковры Бреста»

Маркировка

Характеристика пряжи

ковра

ворсовой

уточной

коренной

настилочной

Ковер

Пряжа

Пряжа из отходов

Пряжа

жаккардовый

полушерстяная

производства

льнолавсановая

хлопкольняная

АРТ 6С33-ДЭ

линейной

плотности (100

плотности (220

плотности (50

плотности (84

текс х3)

текс х 2)

текс х 3)

текс х 4)

Ковер

Пряжа полу-

Пряжа льняная

Пряжа льно-

Пряжа хлоп-

жаккардовый

шерстяная лине-

линейной

лавсановая лине-

кольняная лин-

АРТ 6С34-ДЭ

йной плотности

плотности (220

йной плотности

ейной плотности

(100 текс х3)

текс х 2)

(50 текс х 3)

(84 текс х 4)

Эксперимен-

Пряжа чисто-

Пряжа льняная

Неуказана

тальный

шерстяная лине-

линейной плотно-

ковровый

йной плотности

сти (220 текс х 2)

материал

(115 текс х 3)

Марки-ровка ковра

Коэффициент дымообразования (м / кг), полученный в ходе экспериментальных опытов

Среднее значение коэффици-

Расчетное значение коэффици-

Относитель-ная погре-шность сред-

опыт

ента дымо- образовния, м2/кг

ента дымо- образования, м2/кг

него и рас-четного коэф-фициента дымообра- зования, %

Ковер АРТ 6С33- ДЭ

229

237

258

227

228

235,8

247,74

5,06

Ковер АРТ 6С34- ДЭ

362

394

392

321

331

360,0

400,67

11,3

Экспе-римен-

549

645

659

579

592

604,8

694,7

13,5

тальный

ковровый

материал

Таблица 5.3

Результаты экспериментального определения коэффициента
дымообразования и его среднего значения для пряжи

Маркировка пряжи	Коэффициент дымообразования (м2/кг),					Среднее
	полученныи в ходе экспериментальных опытов					значение коэффици-
						ента
						дымообра-
						зовния,
	1 опыт	2 опыт	3 опыт	4 опыт	5 опыт	м2/кг
Пряжа ворсовая
Пряжа полушерстяная	230	237	231	229	239	233,2
линеинои плотности
(100 текс х3), для ковра АРТ 6С33-ДЭ
Пряжа полушерстяная	400	408	411	405	406	406,0
линеинои плотности
(100 текс х3), для ковра АРТ 6С34-ДЭ
Пряжа чистошерстяная	910	919	920	914	917	916,0
линеинои плотности
(115 текс х 3)
Пряжа уточная
Пряжа из отходов	215	220	219	220	216	218,0
производства линеинои плотности (220 текс х 2)
Пряжа льняная	401	403	407	405	404	404,0
линеинои плотности
(220 текс х 2), для ковра АРТ 6С34-ДЭ
Пряжа льняная	507	501	505	504	513	506,0
линеинои плотности
(220 текс х 2), для ковра
неизвестного артикула
Пряжа коренная
Пряжа льно-лавсановая	343	338	347	351	341	344,0
линеинои плотности (50
текс х 3), для ковра АРТ 6С33-ДЭ
Пряжа льно-лавсановая	436	443	441	442	433	439,0
линеинои плотности (50
текс х 3), для ковра АРТ 6С34-ДЭ
Пряжа настилочная
Пряжа хлопко-льняная	428	422	429	432	429	428,0
линеинои плотности (84
текс х 4), для ковра АРТ 6С33-ДЭ
Пряжа хлопко-льняная	303	300	299	306	301	301,8
линеинои плотности (84
текс х 4) , для ковра АРТ 6С34-ДЭ
Экспериментальная	320	323	329	313	316	320,2
коренная и настилочная
пряжа

Исходя из значений среднего коэффициента дымообразования пряжи,
составляющей ковер, и её содержания были рассчитаны: коэффициент
дымообразования изделия и относительная погрешность этого коэффициента и
среднего экспериментального коэффициента дымообразования ковра:

|D
РАС
-

D
ЭКС
|
Р= —————— 100 % (5.3)
D
ЭКС

где: -Р – относительная погрешность, %;
D
ЭКС
- среднее экспериментальное значение коэффициента
дымообразования, м
2.
/кг;
D
РАС
- расчетное значение коэффициента дымообразования, м
2.
/кг.

Из результатов этих расчетов, приведенных в табл. 5.2., видно, что значения
расчетного и среднего экспериментального коэффициентов дымообразования
отличаются на 5…15%. Таким образом, значения расчетного и среднего
экспериментального коэффициента дымообразования отличаются на такую же
величину, что и значения экспериментального коэффициента дымообразования
для исследованных ковров и пряжи от среднего его значения.

Согласно ГОСТ 12.1.044-89 сходимость метода экспериментального
определения коэффициента дымообразования, реализуемого с помощью
установки, описанной в вышеупомянутом ГОСТ, при доверительной
вероятности 95% не должна превышать 15%. Основываясь на результатах
экспериментальных исследований и проведенных расчетов можно сделать
вывод, что коэффициент дымообразования коврового изделия и покрытия
является аддитивной функцией содержания пряжи, используемой для его
изготовления, и ее коэффициента дымообразования.

Как известно, материалы с малой дымообразующей способностью
характеризуются коэффициентом дымообразования до 50 м
2
/кг включительно.
Основываясь на установленной зависимости можно сформулировать условие
создания ковровых покрытий с малой дымообразующей способностью:

х
1
D
1
+ х
2
D
2
+ х
3
D
3
+ … +х
N
D
N
? 50.
(5.4)

Так как, х
1+ х
2+ х
3+ … +х
N
= 1, то достаточным условием выполнения этого
неравенства является соблюдение условия D
1? 50; D
2? 50… D
N? 50, т.е.

использование пряжи с малой дымообразующей способностью. Возможно
использование для изготовления ковровых покрытий пряжи с умеренной
дымообразующей способностью, однако содержание пряжи (х
1) с умеренной и
высокой дымообразующей способностью (D
1) в изделии будет ограничено
условием:
50 – х
2
D
2 – ……..
х
N
D
N

х
1 ? —————————————————— . (5.5)
D
1

Из условия (5.5) следует, что содержание пряжи с умеренной
дымообразующей способностью в ковровом покрытии с малой
дымообразующей способностью должно быть тем меньше, чем выше
коэффициент дымообразования у пряжи с умеренной дымообразующей
способностью и чем выше коэффициент дымообразования других
составляющих.

Таким образом, задача создания ковровых покрытий с малой
дымообразующей способностью сводится к подбору пряжи (ворсовой, уточной,
коренной и настилочной), используемой для их изготовления и имеющей малую
дымообразующую способность.

Содержание материала о свойствах дымообразования

Строение твердой фазы дыма

admin — Mon, 12 Sep 2011 10:35:05 +0000

Содержание

4. ОБРАЗОВАНИЕ ТВЕРДОЙ И ГАЗОВОЙ ФАЗ ДЫМА

4.1 Строение твердой фазы дыма

Нами полученны и проанализированы стерео-микроскопические снимки
частиц дымов различных строительных отделочных материалов, из которых
следует, что частицы дыма имеют различную форму от овальной (рис.4.1) и
вытянутой (рис.4.2) до сферической (рис.4.4-4.6) и нитевидной (рис.4.3).
Отмечается наличие крупных (рис.4.4), мелких (рис.4.5) и средних (рис.4.6)
частиц.

Отличительной особенностью всех частиц дыма является их развитая
поверхность (рис.4.7, 4.9, 4.11) и высокая пористость (рис.4.7, 4.13).
Электронно-микроскопические снимки частиц дыма (рис.4.7-4.15)
подтверждают уже отмеченную полидисперсность частиц, их развитую
поверхность и пористость. Размер частиц дыма колеблется от 1 до 50-60 микрон.
Следует отметить, что частицы дыма древесины, обработанной
огнезащитным составом (рис.4.9), наиболее округлые, на их поверхности можно
отметить вспененные остатки огнезащитного состава, образующего
поверхностное покрытие частицы дыма. Остальные частицы дыма имеют четкие
границы, а частицы дыма поливинилхлоридного профиля имеют даже четкие
геометрические формы, связанные, очевидно, с содержанием в его составе
примесей соединений железа, цинка, меди.

Электронно-микроскопический снимок частицы дыма пенополистирола
(рис.4.13) представляет собой шаровидные агрегаты аморфного углерода, а в
частицах дыма гипсокартона (рис. 4.14) наблюдается присутствие частиц гипса.
Как видно из рис. 4.16 – 4.21 элементный состав частиц дыма и пиролизного
остатка, кроме углерода, включает: у поливинилхлоридных материалов –
соединения железа, цинка, меди; а у ковровых покрытий – соединения железа,
цинка меди, серы.

Эти соединения входят в состав наполнителей для поливинилхлоридных
материалов и красителей для ковровых изделий и покрытий. Идентичность
состава частиц дыма и твердого остатка пиролиза поливинилхлоридных
материалов и ковровых покрытий свидетельствует о том, что процесс
дымообразования связан с возможным переводом в газовую фазу частиц
твердого продукта пиролиза этих материалов конвективными потоками.
Частицы дыма сосны, обработанной огнезащитными составами ФАХ, МС-1
и ОК-ГФ, содержат соединения серы, что и обусловлено наличием в
огнезащитных составах соединений серы. Частицы дыма сосны, пропитанной
огнезащитными составами ФАХ, БАН, СПАД, содержат соединения фосфора,
что обусловлено наличием в этих химических составах фосфорной кислоты.

Отмеченная развитая поверхность частиц дыма позволяет предположить,
что токсичные вещества газовой фазы частично адсорбируются на таких
частичках дыма, усиливая его негативное воздействие на человека.
Таким образом, в результате исследований состава твердой
конденсированной фаз дыма различных строительных отделочных материалов
установлено, что:

1. Частицы дыма материалов, которые используются для отделки
помещений, представляют собой, как правило, полидисперсный аэрозоль,
состоящий из поризованных материалов. Компоненты газовой фазы,
сопровождающие дымообразование, частично абсорбируются на развитой
поверхности отдельных частиц дыма, усиливая его негативные воздействия на
человека.

2. Химический состав твердых частиц дыма исследованных материалов
включает в себя соединения серы, фосфора, ряда металлов и является
аналогичным составу продуктов пиролиза твердого остатка исследованных
материалов, что свидетельствует о частично физическом механизме процесса
дымообразования.

Содержание материала о свойствах дымообразования

Физико-химические процессы дымообразования

admin — Mon, 12 Sep 2011 10:31:57 +0000

ДЫМООБРАЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

(физико-химические процессы, методы исследований, способы управления)
монография
ИПАТЬЕВ Александр Викторович, ЯГЛОВ Валерий Николаевич

Изучение факторов дымообразования и классификация по этим факторам
применяемых в отечественной строительной отрасли отделочных материалов,
методология исследования составляющих дыма и их дисперсности, состава
газовой фазы дыма – вот круг поставленных перед автором задач, решение
которых позволит ответить на поставленный вопрос.

Состав газовой фазы при дымообразовании

admin — Mon, 12 Sep 2011 10:30:06 +0000

Содержание

4. ОБРАЗОВАНИЕ ТВЕРДОЙ И ГАЗОВОЙ ФАЗ ДЫМА

4.2. Состав газовой фазы при дымообразовании

Наряду с потерей видимости в результате образования дыма при пожаре
наблюдается также выделение ряда газов, которые характеризуются высокой
токсичностью. Кроме того, в состав частиц дыма, представляющего собой
аэрозоль, входит ряд химических соединений, влияние которых на организм
человека ограничено санитарными нормами [62,63].

Учитывая то, что одной из основных причин гибели людей на пожаре
является отравление токсичными продуктами горения и то, что токсичность
продуктов горения является одним из основных параметров пожарной
опасности веществ и материалов, нами было проведено изучение
сопровождающей процесс дымообразования газовой фазы.

Проведенные исследования показали (табл. 3.1), что в газовой фазе дыма
при горении ряда строительных отделочных материалов, присутствуют такие
токсичные соединения, как хлористый водород и оксид серы (IV), причем
процентное содержание этих газов в древесине в два-три раза меньше чем в
других исследованных материалах: изоплене, линолеумах,
поливинилхлоридных профилях [45].

Полученные для различных материалов типичные масс-спектры газовой
фазы в режиме тления приведены на рис. 4.22-4.27. Состав газов, выделяющихся
при термодеструкции различных материалов приведены в табл.3.1.

Из полученных экспериментальных данных следует, что кроме СО, СО
2
,
оксидов азота, хлороводорода и паров воды, состав газовой фазы продуктов
термической деструкции различных материалов характеризуется для
поливинилхлоридных материалов, отделочных панелей, профилей для окон и
дверей, поливинилхлоридных линолеумов и покрытий для пола присутствием
таких токсичных газов, как: бензол, относящийся ко второму классу опасности;

1,3-циклопентадиен, 2-метил-1, 3-бутадиен, пентан, относящиеся к 4 классу
опасности.

Состав газовой фазы продуктов термической деструкции пенополистирола
представляет собой смесь газов: стирола, относящегося к 3 классу опасности;
пентана, относящегося к 4 классу опасности.

В состав газовой фазы продуктов термической деструкции
модифицированной древесины входит:

-фуран, бензол, 2-метилфуран, относящиеся к 2 классу опасности;

-толуол, относящийся к 3 классу опасности;

-ацетон и пентан, относящиеся к 4 классу опасности.

В состав газовой фазы продуктов термической деструкции древесины
сосны, обработанной огнезащитными составами, входят: толуол, ксилол, трет-
бутанол, 2-этокси-2-метилпропан, 2,4-диметилгептан, относящийся к 3 классу
опасности.

Таким образом, в результате исследований состава газовой фазы дыма
различных строительных отделочных материалов установлено, что при
термодеструкции изученных строительных материалов, наряду с выделением из
них дыма, в газовую фазу переходят токсичные органические вещества,
относящиеся ко 2-4 классам опасности.

Таким образом, результаты наших исследований показывает, что в
документах противопожарного нормирования и стандартизации не только
целесообразно, но и необходимо учитывать как опасность образования
значительного количества дыма, так и токсичность сопровождающей его
газовой фазы.

Содержание материала о свойствах дымообразования

Состав и химическое строение материалов

admin — Mon, 12 Sep 2011 10:27:29 +0000

Содержание

3. ФАКТОРЫ ДЫМООБРАЗОВАНИЯ

3.3 Состав и химическое строение материалов

Для строительных отделочных материалов крайне желательно снижение
дымообразующей способности.

Анализ литературных и полученных нами экспериментальных данных
показал, что в основе дымообразования строительных отделочных материалов
лежат как химические, так и чисто физические процессы. Твердые или жидкие
конденсированные продукты сгорания часто образуются в результате различных
гомогенных реакций пиролиза и окисления веществ. При этом вначале
образуются газообразные продукты, которые в последующем конденсируются по обычному физическому механизму. Причем, конденсация продуктов горения
может осуществляться как в зоне пламени, так и вне его пределов.
Более сложным процессом является образование конденсированных
продуктов при горении полимерных строительных отделочных материалов,
осуществляемое по химическому механизму. Реакции, ведущие к появлению
конденсированных твердых частичек, наиболее интенсивно протекают в
высокотемпературной области пламени или вблизи этой области. Типичным
примером образования конденсированных твердых продуктов в пламени по
такому химическому механизму является образование сажи, выделение которой
свидетельствует о неполноте сгорания органического вещества.

Современные строительные отделочные материалы представляют собой
обычно многокомпонентные системы. Поэтому дымообразование при их горении
обусловлено не только выделением углерода (сажи) в пламени, но и
одновременным образованием твердых частичек оксидов металлов и
металлоидных элементов, а так же химической и физической конденсацией
разнообразных продуктов пиролиза и горения. Для управления процессом
дымообразования необходимо, прежде всего, понимание закономерностей его
протекания в конкретной системе и в конкретных условиях.

Наши экспериментальные данные по дымообразованию при
термодеструкции строительных отделочных материалов свидетельствуют, что
дымообразующая способность в ее комплексном понимании, а это коэффициент
дымообразования, состав газовой фазы и химический состав частиц дыма,
зависят от:

-от химического строения и состава материалов;

-от температуры и содержания кислорода в окружающей среде;

-от характера процесса горения.

Нами выявлено что состав газовой фазы и химический состав частиц дыма,
выделяющегося при диффузионном горении материалов, зависят от их строения,
и по величине и скорости изменения одной лишь оптической плотности
продуктов сгорания трудно судить о склонности строительных отделочных
материалов к дымообразованию [65]. Однако общие тенденции проявляются
достаточно четко – материалы, не образующие в пламени углеводородных
соединений, не обнаруживают склонности к дымообразованию. Материалы же,
при пиролизе которых образуются в основном алифатические углеводородные
соединения [46], менее склонны к дымообразованию по сравнению с
веществами, образующими ароматические углеводороды. Фенольные полимеры
и целлюлозные материалы при диффузионном горении на воздухе в меньшей
степени склонны к образованию дыма, чем полиолефины. Возможно, это связано
с тем, что у первых при диффузионном горении в газовую фазу попадает
большое количество кислородсодержащих продуктов, быстрее подвергающихся
окислительному разложению.

Механизм сажеобразования в диффузионных пламенах углеводородных
газов окончательно не установлен. Однако общепринято, что процесс
сажеобразования имеет радикальный цепной характер. Помимо этинильных в
пламенах углеводородных соединений обнаружены и другие углеродные
радикалы (СН, СН
2, СНз, С(0)Н, C
2H
3), а также атомы углерода в виде С, C
2, С
з
..
Кроме того, установлено наличие активных заряженных углеродных частиц —
положительных и отрицательных ионов. Существующие теории образования
сажи в пламени органических веществ основаны на рассмотрении участия
различных активных частиц (радикалов, атомов, ионов) в процессах
возникновения зародышей и нуклеации конденсированных частиц, их роста и
выгорания. Исследования пламени углеводородных соединений показывают, что
образование углерода наблюдается в зоне, расположенной на некотором
расстоянии от фронта пламени или в зоне, примыкающей к нему[61]. Это зависит
от природы горючего и температурных условий в пламени. Механизм
сажеобразования при этом может также существенно изменяться. В частности,
при относительно низких температурах в пламени ( более 1000°С) наиболее вероятны
реакции полимеризации ненасыщенных и ароматических углеводородов. В этом
случае образованию конденсированных углеродных частиц должно
предшествовать появление полициклических ароматических углеводородов.

При горении полиолефинов выделяется сравнительно мало дыма, при
горении полистирола — намного больше. Дымообразование полимеров с
галоидсодержащими антипиренами возрастает пропорционально концентрации
добавки. При горении поликарбонатов наблюдается противоположный эффект,
то есть с увеличением концентрации галлоида в композиции дымообразование
снижается. Дымообразование поливинилхлорида и материалов на его основе
зависит от концентрации введенных в рецептуру пластификаторов и других
добавок. Наиболее существенное влияние на дымообразующую способность
поливинилхлоридных материалов оказывает вид и концентрация
пластификатора. Использование в качестве пластификаторов
поливинилхлоридных эфиров фосфорных кислот с точки зрения
дымообразующей способности материалов нежелательно из-за возможного
образования большого количества токсичных веществ и дыма. Поэтому в
качестве пластификатора в материалы из поливинилхлорида вводят
диоктилфталат [61].

Содержание материала о свойствах дымообразования

МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ ДЫМООБРАЗОВАНИЯ

admin — Mon, 12 Sep 2011 10:21:36 +0000

Содержание
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ ДЫМООБРАЗОВАНИЯ

Многообразие используемых строительных отделочных материалов требует разработки классификации их по дымообразующей способности, учитывающей многофакторность воздействия дыма на людей, тем более, что в составе многих строительных отделочных материалов содержатся такие высокотоксичные вещества, как соединения хлора, цинка, фосфора, формалин, аммиак, диоктилфталат и др (32).

За период 1998-2000гг нами исследовалось дымообразование для целого ряда видов отечественных и импортных строительных отделочных материалов, применяющихся для отделки элементов помещений: потолков, стен, полов, оконных и дверных проемов. Всего было исследовано более 130 материалов, применяемых в промышленныом и гражданском строительстве. Вследствие того, что не все строительные отделочные материалы обладают способностью выделять дым, мы считаем целесообразным классифицировать их на следующие виды:
1. Материалы потенциально не горючие, не обладающие дымообразующей способностью и не подлежащие определению коэффициента их дымообразования: – природные каменные материалы и материалы на основе естественного камня, рыхлые материалы (песок, гипсовое вяжущее, известь), металлы, материалы на основе неорганических вяжущих, которые не содержат горючих заполнителей, стекло, искусственные каменные материалы.

2. Материалы, обладающие потенциально малой дымообразующей способностью: – гипсокартонные материалы, асфальтовый бетон, различные виды минераловатных утеплителей и отделочных материалов на основе минеральной ваты.

3. Материалы с потенциально умеренной и высокой дымообразующей способностью. К ним относятся – органические и полимерные строительные отделочные материалы, ковровые покрытия и изделия, древесные материалы, лаки, краски, обои.

Как уже отмечалось, одним из опасных факторов дыма на пожаре является уменьшение видимости. Данный фактор характеризует такой показатель как коэффициент дымообразования D m (м /кг), определяемый по п.4.18. ГОСТ 12.1.044-89 на специальной установке. По этому показателю, согласно п.4.3.5. СНБ 2.02.01-98, (14) горючие строительные отделочные материалы подразделяются на 3 группы: -Д1- материалы с малой дымообразующей способностью; -Д2- материалы с умеренной дымообразующей способностью; -Д3- материалы с высокой дымообразующей способностью. Для материалов с малой дымообразующей способностью коэффициент дымообразования не должен превышать 50 м

2 /кг. Материалы с умеренной дымообразующей способностью должны обладать коэффициентом 11 дымообразования от 50 до 500 м/кг

Материалам же с высокой дымообразующей способностью соответствует коэффициент дымообразования свыше 500 м/кг (33). Одним из опасных проявлений дыма на пожаре является отравление токсичными продуктами горения. Известно, что газовая фаза дыма материалов характеризуется различной токсичностью, которая зависит от таких факторов, как химический состав исследуемого материала и удельная поверхность частиц его дыма. Поэтому целесообразно проводить исследование по составу газовой фазы, сопровождающей образование дыма. Дымообразующая способность веществ и материалов измеряется коэффициентом дымообразования, характеризующим оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении или термоокислительной деструкции (тлении) определенного количества твердого вещества в условиях специальных испытаний. Дымообразующую способность принято оценивать оптическими методами, используя дымовые камеры хР-2 (АSТМ D-2813) и NFPA, а также тоннельную печь (АSТМ). Наибольшее распространение за рубежом, по сведениям В.А. Воробьева и др. (32) получил оптический метод NFPA и его модификация LLL (Lоуrеnсе Livеrmоrе Lаb). Эти методы позволяют испытывать материалы, подвергаемые радиационному нагреву или воздействию пламени.

Дымообразующую способность материалов обычно характеризуют оптической плотностью дыма (D) или коэффициентом дымообразования (Кд). Оптическую плотность дыма рассчитывают в cooтветствии с законом Ламберта—Бера по формуле: D=lgI 0 /I= б u L/2,303 (2.1) где: – I 0 — световой поток в чистой среде, ; -I— световой поток, прошедший через дым, ; -L— база фотометра, м; -б u – интегральный коэффициент ослабления светового потока, м -1 ; б u =(1/L)lnIо/I (2.2) Следует отметить, что оптическая плотность дыма не отражает истинную дымообразующую способноcть материала, так как этот показатель не учитывает размеров испытуемого образца и свойств самого материала. Более конкретными показателями дымообразующей способности материалов являются удельная (D уд ) и массовая (Dт) оптические плотности дыма. Преимущество D m по сравнению с D уд состоит в том, что массовая оптическая плотность дыма в меньшей степени зависит от толщины и плотности материала, чем удельная оптическая плотность дыма. В зависимости от значений удельной оптической плотности дым может быть умеренно плотным (D уд менне 50), плотным (D уд =100— 300) или очень плотным (D уд более 400). При испытании дымообразующей способности материалов по методу LLL предложено дополнительно определять новый показатель—индекс непрозрачности дыма (SOI). В бывшем Советском Союзе дымообразующую способность строительных материалов оценивали коэффициентом дымообразования (D m ) и удельной скоростью дымообразования (Wд. уд). В США действует стандарт NFРА 263 «Метод определения скорости выделения тепла и дыма при горении твердых материалов и изделий», который описывает метод экспеpиментального определения скорости выделения тепла и дымообразующих веществ твердых материалов в лабораторных условиях. Испытания по NFPA 263 проводят в проточном воздушном калориметре, снабженном вытяжной трубой и радиационной панелью в виде четырех стержней карбида кремния, обеспечивающем плотность теплового потока на испытуемый образец от 0 до 100 квт/м, системой измерения оптической плотности продуктов горения, системой измерения разности температур входящего воздуха и отходящих газов, пилотной горелкой для зажигания образца и двумя держателями образца: вертикальным и горизонтальным. Тепловая радиация воздействует только на одну поверхность плоского образца, размерами 150х150мм или 110х150мм, поэтому все измерения относятся на единицу площади образца. Прибор определяет способность выделения тепла до 533 кВт/м.

Габаритные размеры прибора 500х700х1500 мм. В данном стандарте описан прибор, его калибровка, подготовка образцов, процедура испытаний, обработка экспериментальных данных и оформление документов по испытаниям (34).

Во второй половине 90-х годов в США для получения данных о способности используемых в строительстве материалов распространять пламя и выделять дым наибольшее признание получил метод испытаний в печи Штайнера (35). Результаты испытаний материала по дымообразующей способности представляются в виде комплексного показателя – индекса. Результаты проводимых в 1996 году межлабораторных сличений, показали хорошую корреляцию между индексом по Штайнеру и оптической плотностью дыма, определяемой по стандартной методике (34).

В Австралии действует стандарт А5 1530, согласно которому вертикальный образец размерами ЗООхЗОО мм подвергается воздействию тепловой радиации, интенсивность которой постепенно увеличивается. При проведении испытаний регистрируется время от начала опыта до возгорания и изменение пропускания света через продукты горения, отводимые от горящего образца в вытяжную трубу. Показателем дымообразования считается оптическая плотность дыма (36). В Австрии действует стандарт ОNORM 3800 «Поведение строительных материалов и деталей при пожаре» п. 3.2. «Образование дыма при сгорании» регламентирует метод испытаний строительных материалов на дымообразование(37). Испытания по ОNORM 3800 проводятся на однокамерной испытательной установке, в рабочей камере которой располагается фотоэлектрическое измерительное устройство, горелка с держателем, на котором крепится испытуемый образец. Показателем, по которому происходит измерение дымообразования, является величина максимального помутнения показаний источника света, измеряемых в процентах. По величине помутнения строительные материалы, согласно данному стандарту классифицируются на:
-слабочадящие Q1(максимальное помутнение менее 50 );
-среднечадящие Q2 (максимальное помутнение 50-90 );
-сильночадящие Q3 (максимальное помутнение более 90 ).

Поскольку вопросами оценки дымообразующей способности веществ и материалов занимается в различных странах довольно широкий круг специалистов, то это привело к созданию многочисленных методик оценки дымообразования. С целью их упорядочения Национальное бюро стандартов США разработало специальный фотометр. При этом было учтено, что оптические свойства среды, а следовательно, показания фотометра зависят от длины волны используемого источника света. Р. Буковским (R.Вykowski, 1984) (38) дано краткое изложение основных законов, описывающих поглощение светового луча при прохождении его через задымленную среду. Так, при длине волны 1 мкм оптическая плотность соответственно равна: для черного дыма при горении бензина и для белого дыма при горении торфа 0,5 и 0,17, при длине волны 3,0 мкм соответственно, и 0,02. Приведены также основные требования и рекомендации, которые необходимо учитывать при разработке оптических систем для оценки дымообразования. В частности, источник cвета и приемник должны иметь спектральное соответствие и, кроме того, приемник должен работать в линейной области соответствующей кривой. Световой пучок должен быть хорошо сколлимирован и достаточно узким в диаметре, чтобы исключить влияние бокового рассеивания. Необходимо также тщательно выбирать лампы для·источника света, так как, нередко волоски накаливания создают в приемнике искажающие картины. Для получения сравнительных данных К. Мартином и др. (36) были проведены исследования по изучению склонности к дымообразованию непласти-фицированного поливинилхлорида (ПВх) без добавок и с добавками различных веществ, соединений галогенов, оксида сурьмы (IV), полифосфатов аммония, гидроксида алюминия, оксида молибдена (VI) и др. Опыты проводили на трех приборах: дымовой камере Национального бюро стандартов США (NBS), приборе фирмы «Аrараhое» и приборе стандарта Австралии АS 1530, часть 3.
В приборе NBS вертикальный образец 75х75 мм сжигали в условиях пламенного горения под воздействием тепловой радиации интенсивностью 25кВт/м и замеряли изменение пропускания света через слой выделяемого дыма, cкапливающегося в закрытой дымовой камере. В качестве показателей дымообразования использовали максимальную оптическую плотность D M дыма и максимальную массовую оптическую плотность дыма (МОD). В приборе «Аrараhое» горизонтальный образец (38х13) мм подвергали воздействию пламени пропановой горелки, продукты горения пропускали через фильтр, улавливающий частицы дыма. В опыте определяли доли массы образца, превратившиеся при термодеструкции в дым, газы и уголь.

В приборе стандарта Австралии вертикальный образец размерами (ЗООхЗОО) мм подвергали воздействию тепловой радиации постепенно возрастающей интенсивности при наличии везде экспонируемой поверхности пилотного пламени горелки; измеряли время от начала опыта до возгорания образца, скорость распространения пламени, количество выделенного образцом тепла и изменение пропускания света через продукты горения, отводимые от горящего образца в вытяжную трубу.

Показателем дымообразования считали плотность дыма (D). Исследование в камере NBS образцов различной толщины от 0,2 до 3,9 мм показало, что использование показателя D M для образцов толщиной более 1 мм неприемлемо. Установлено, что величина МОD является функцией потери массы образца при опыте; при потере массы до 4 г она возрастает до максимума (MOD MAX ) по параболическому закону, а при большей потере – постепенно снижается, приближаясь к асимптотическому минимальному значению МОD?. Эти две величины предложено использовать в качестве характеристики склонности материала к дымообразованию. Сравнение результатов, полученных тремя вышеуказанными методами, показало низкую их корреляцию для описания свойств исследованных веществ, что объясняется различными условиями сжигания материалов. Однако композиции, проявившие наименьшую склонность к дымообразованию, практически совпали во всех методах испытаний. Такими композициями являются смеси ПВх с гидроксидом алюминия и соединениями молибдена. В 1995 году в Великобритании под руководством С. Шарма (S. Sharma, 1996) (39) так же проводился анализ методов измерения дымообразующей способности веществ и материалов. Результаты анализа показали, что известные методы измерения дымообразования имеют низкую корреляцию, и, учитывая важность такого опасного фактора пожара, как дым, работы в области совершенствования методов исследования дымообразующей способности признаны одной из наиболее перспективных задач в области пожарной безопасности. Подчеркнуто, что при разработке новых и коррекции действующих методов измерения дымообразования, оценку свойств дыма для различных материалов следует проводить в зависимости от способа нагрева, исходного материала, беспламенного или пламенного горения его. Следует учитывать так же состояние компонентов материала, принимать во внимание возможность горения сочетаний этих компонентов, применять лазер, а не обычный источник света.

В странах Европейского союза действует стандарт ISO/TR 5924 «Испытания огневые. Реакция на огонь. Дымообразование при горении строительных изделий. Метод двухкамерной установки». Испытательная установка по ISO/TR 5924 состоит из измерительной и огневой камер, источника и приемника света, электронагревательной панели и горелки. Сущность метода состоит в определении плотности дыма (задымляемости) по отношению I/T светового потока (I), падающего на дым и световому потоку (Т) прошедшему через дым в контрольных условиях (40).

В Республике Беларусь выбор методики определения дымообразования проводился с учетом возможности аккредитации испытательных лабораторий республики в системе ISO, поэтому в основу метода определения дымообразования веществ и материалов положены измерения с помощью двухкамерной установки по стандарту ISO/TR 5924.

В настоящее время на территории нашей республики, как и в Российской Федерации, действует ГОСТ 12.1.044-89 “Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения”, пункт 4.18. которого содержит метод экспериментального определения коэффициента дымообразования веществ и материалов(33).

Коэффициент дымообразования, согласно этому стандарту, характеризует оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении либо термоокислительной деструкции (тлении) определенного количества твердого вещества (материала) в условиях специальных испытаний. Сущность этого метода заключается в определении оптической плотности дыма, образующегося при горении или тлении материала, распределенного в заданном объеме. Экспериментальная установка по определению дымообразующей способ- ности веществ и материалов в Республике Беларусь была разработана и изготовлена в Научно-инженерном центре «Лазеры в экологии, медицине и технике» и Республиканском научно-практическом центре пожарной безопасности ГУВПС МВД Беларуси в рамках задания № 16 «Разработать и внедрить метод экспериментального определения коэффициента дымообразования твердых веществ и материалов» республиканской научно- технической программы № 75.04р «Разработать и внедрить системы обеспечения пожарной безопасности технологических процессов, оборудования, машин, изделий, веществ и материалов». В 1997 году установка была аттестована, и аккредитована Госстандартом Республики Беларусь.

Установка по определению дымообразующей способности веществ и материалов (рис.2.1) представляет собой двухкамерный испытательный прибор, состоящий из выполненных из нержавеющей стали камеры сгорания (1) вместимостью 3х10 -3 м и камеры измерений (2) размерами ((800х800х800)-5)мм. В камере сгорания установлены электронагревательная панель (3) размерами (120х120) мм и держатель образца (4), имеется дверца (5). Электронагревательная панель смонтирована на верхней стенке камеры под углом 45 0 к горизонтали.

Держатель образца (4) размерами (100х100х20) мм крепится на дверце камеры сгорания. В держателе установлен вкладыш из асбосилита (6) размерами (92х92х20) мм, в центре которого имеется углубление для размещения лодочки с образцом. При этом углубление во вкладыше должно быть таким, чтобы нагреваемая поверхность образца находилась на расстоянии 60 мм от электронагревательной панели. Над держателем образца установлена запальная газовая горелка (7) с диаметром сопла 1,5-2,0 мм. В камере сгорания имеются верхнее (8) и нижнее (9) отверстия сечением (30х160) мм, соединяющие ее с камерой измерений.

Камера измерений (2) имеет в верхней стенке отверстия для возвратного клапана продувки (10), источника света и предохранительной мембраны. На боковой стенке камеры измерений установлен вентилятор (11); На передней стенке имеется дверца с уплотнением (12); в днище камеры находятся отверстия для приемника света и возвратного клапана продувки (13). Фотометрическая система установки состоит из источника (14) и приемника света (15). Источник света – гелий-неоновый лазер мощностью (2-5) мВт крепится на верхней стенке камеры, приемник света – фотодиод расположен в днище камеры. Между источником света и камерой измерений установлено защитное кварцевое стекло (16), нагреваемое электроспиралью (17) до температуры (120-140) С. Фотометрическая система обеспечивает измерение светового потока в рабочем диапазоне светопропускания (2-90) с погрешностью не более 10. Продукты термодеструкции удаляются из камеры при помощи продувного вентилятора (18). На этой установке были измерены коэффициенты дымообразования ряда отечественных и импортных материалов, применяющихся для отделки элементов помещений: потолков, стен, полов, оконных и дверных премов. Пробы дыма различных материалов, отобранные в камере измерений установки, использованы для исследований его свойств. Получены микроскопические снимки частиц дыма различных материалов, их рентгенограммы и масс-спектры газовой фазы.

Исследования дыма имеют обычно целью определение концентрации, размеров и формы его частиц, их удельной поверхности, объема и т. д. Ввиду весьма незначительных размеров, а нередко и концентрации частиц дыма, для получения этих данных требуются достаточно чувствительные методы. Иногда такие измерения удается провести непосредственно на взвешенных частицах, большей же частью их необходимо предварительно осадить. Если определяется размер частиц, то при отборе проб необходимо предотвратить агрегацию, слияние или разрушение частиц, то есть любое их изменение.

Применяемый метод отбора проб должен быть одинаково эффективным во всем диапазоне размеров частиц дыма. Поэтому проблемы возникают при работе с жидкими частицами, так как их размеры могут изменяться вследствие испарения или растекания капелек по подложке. При определении весовой концентрации или химического состава частиц дыма, последние предварительно осаждают на твердую подложку. В этом случае агрегация частиц не имеет значения, однако, испарение или химические изменения в осадке также могут привести к ошибкам.

Рис. 2.1 Схема установки по определению дымообразующей способности веществ и материалов
1-камера сгорания; 2-камера измерений; 11-перемешивающий вентилятор; 3-электронагревательная панель; 12-двеца рабочей камеры с уплотнением; 4-держатель образца; 14-источник лазерного излучения; 5-дверца камеры сгорания; 15-приемник лазерного излучения; 6-вкладыш держателя образца; 16-защитное кварцевое стекло; 7- газовая горелка; 17-электроспираль нагрева источника 8-9 -отверстия в камере сгорания; лазерного излучения; 10,13-вентиляционные клапана; 18- вентилятор продувки.

Микроскопический анализ образцов частиц дымов проводился с использованием стереомикроскопа LEICA MZ 6. (рис.2.2). 4 5 3 1 2

Рис.2.2. Схема установки для микроскопического анализа частиц дыма отделочных и строительных материалов 1- стереомикроскоп LEICA MZ 6; 2- аналоговая видеосистема LEICA IC A; 3- монитор; 4- компьютер; 5- принтер.

Образцы отбирались в камере измерений установки по экспериментальному определению коэффициента дымообразования путем осаждения на предметное стекло частиц дыма различных материалов. Изображение частиц получали в светлом поле. Освещение образцов проводили при помощи вмонтированного в стереомикроскоп осветителя падающего света LEICA GLS 50C с двумя волоконными световодами. Световоды устанавливались таким образом, чтобы частицы дыма на стеклах были видны наиболее четко. Общее увеличение применяемого стереомикроскопа составляло 40х. Изображения частиц дыма получали с помощью аналоговой видеосистемы LEICA IC A, осуществляющей вывод получаемых изображений через черно- белый монитор на компьютер. Обработка микроизображений (коррекция резкости, яркости и размеров изображений) производися с помощью программы “Adobe Photoshop”.
Архивирование рисунков осуществлялось, используя программное обеспечение концерна LEICA “Image Database”. При помощи этой же программы, составлялась база данных всех полученных микроизображений. Распечатка микроизображений осуществлялась в черно-белом варианте с использованием принтера Epson Stylus 300. Электронно-микроскопический анализ образцов дымов различных материалов проводились на растровом электронном микроскопе (РЭМ) с микрозондом (41, 42). Частицы дыма предварительно осаждали на предметное стекло в камере измерений установки по определению коэффициента дымообразования.
Перечень компонентов, составляющих газовую фазу дыма, образующегося при термическом разложении, известен только для небольшого числа материалов(6). Известно(1), что при горении любых органических материалов образуются оксиды углерода. При горении полимерных материалов, таких как полиуретан, полинитрил, материалы на основе акрилонитрила, мочевины, капролактана, выделяется также цианид водорода. характерным продуктом горения хлорсодержащих полимерных материалов является также хлорид водорода. Среди других соединений, образующихся при горении, отмечают оксиды азота, оксид серы, акролеин, фторид водорода, бромид водорода и аммиак. В исследованиях Г. Баррерфорса и др. (G. Barrerfors, etc., 1996) (43) были изучены характеристики летучих фуранов, образующихся при полном и неполном сгорании дерева. Сжигание проводилось в керамической камере. Пробы дыма собирали в пробоотборное устройство с тройным адсорбентом, который затем термически десорбировали. Идентификацию проводили с помощью специального масс-детектора. В результате было обнаружено 15 видов фуранов, среди них такие продукты термодеструкции, как: фуран (1), 2-метил-1, 2,5-диметил-1, различные изомеры углеводородов.
В работе М. Андреаса и др. (M. Andreas, etc. 1998) (44) с помощью оптического лазерного счетчика и прибора, основанного на измерении поглощения света на стекловолокнистых фильтрах, исследовался дым пожаров в саваннах Южной Африки. Анализ проводилcя по 39 элементам. Было выяснено, что элементарный углерод составляет по массе (10-30) исследуемого дыма. Отмечено также высокое содержание соединений хлора. В рамках наших исследований (45) был определен состав газовой фазы как в продуктах полного сгорания (режиме горения) отдельных видов строительных отделочных материалов, так и в продуктах их неполного сгорания (в режиме тления). Содержание газов в продуктах полного сгорания отдельных видов строительных отделочных материалов определялось по методике, разработанной НПО «химавтоматика», применительно к жидкостному ионному хроматографу «Цвет 3006″ (температура сжигания 900С) и заключалась в поглощении всех выделяемых газов элюентом (0,0025 М раствором Nа 2СО 3 ) в присутствии 10-го раствора пероксида водорода с переводом хлористого водорода, оксида серы (IV), оксидов азота и фосфора соответственно в хлорид, сульфат, нитрат и фосфат натрия с последующим их разделением на колонке с анионитом «Аниекс» и детектированием. Сжигание материалов проводилось в кварцевой трубке, внутри которой была установлена кварцевая лодочка для образца.
Трубка обогревалась электропечью включенной через ЛАТР.

Рис.2.3. Схема установки для исследований газовой фазы дыма в режиме горения 1- кварцевая трубка; 2- кварцевая лодочка; 3- электропечью; 4- термопара хА (К); 5- ЛАТР; 6- поглотительные сосуды; 7- воздух.

Температура измерялась термопарой хА (К), и поддерживалась в пределах (900-20) С. Навеска материала (50-100) мг помещалась в лодочку, которую вставляли в трубку, выдвинутую из печи таким образом, чтобы температура в центре трубки не превышала (50-60) С. Затем трубку закрывали пробкой, через которую проходил стеклянный воздухопроводящий патрубок. Воздух подавали микрокормпрессором со скоростью (0,4–0,5) л/мин, затем трубку осторожно в течение 5-7 минут вдвигали в рабочую зону электропечи, так чтобы визуально не наблюдалось выделение дыма. Газ с продуктами сгорания, направляли в поглотительные сосуды (6), содержимое которых подвергалось анализу (рис.2.3). Состав газовой фазы в продуктах неполного сгорания (в режиме тления) отдельных видов строительных отделочных материалов определяли с помощью хроматомасс-спектрометра с газофазным экстрактором фирмы хьюлетт-Паккард (рис 2.4) в РНТЦ “ЭКОМИР” НАН Беларуси (46). Забор газовой фазы осуществлялся в камере измерений установки по экспериментальному определению коэффициента дымообразования. Газообразный продукт сжигания материала отбирался шприцем и затем переводился выдавливанием из шприца поршнем через затвор Лурье в пробо- отборный сосуд, установленный в автосамплере газофазного экстрактора (1). 5 1 3 4 2

Рис.2.4. Схема установки для исследований газовой фазы дыма в режиме тления 1- газофазный экстрактор; 2- ловушка, заполненная адсорбентом; 3- макрокапиллярная слабополярная колонка; 4- масс-селективный детектор; 5- компьютер.

После ввода пробы анализируемый газ выдувался из сосуда очищенным инертным газом (азотом), подаваемым в этот же сосуд таким образом, чтобы весь анализируемый газ переместить в ловушку, заполненную адсорбентом. Ловушка, служила также для концентрирования низкомолекулярных органических соединений и отделения их от неорганических газов (воды, углекислого газа и др.). После выдувания смесь органических компонентов десорбировалась из ловушки путем ее разогревания и газом-носителем подавалась на колонку газового хроматографа для ее разделения на отдельные компоненты. Для разделения использовалась высокоэффективная макрокапиллярная и слабополярная колонка (НР624, длиной 75 и диаметром 0,53 мм). Затем компоненты органических соединений поступали на масс-селективный детектор, который работал в режиме непрерывного сканирования масс-спектров. хроматограмма записывалась по полному ионному току, каждая точка которой представляла собой отдельный масс-спектр, записанный в файл данных на компьютере.

Идентификация осуществлялась по сравнению масс-спектров, взятых в максимуме пика на хроматограмме, с масс-спектром соединения, хранящимся в базе данных, а также визуальной интерпретацией масс-спектра компонента, при относительно хорошем совпадении его с библиотечным масс-спектром.
Подводя итоги проведенных нами исследований следует отметить, что действующие в нашей стране и за рубежом методики исследований способности материалов образовывать дым учитывают только оптическую плотность дыма, оставляя без внимания такие его составляющие, как содержание в газовой фазе дыма токсичных веществ и ингаляционное поражение. Поэтому для комплексного исследования дыма авторами предлагается новый методический подход, особенность которого заключается в изучении практически всех физико-химических процессов, протекающих при дымообразовании. Для этого нужно использовать не только стандартный метод определения дымообразующей способности по ГОСТ 12.1.044-89, но и методы, дающие возможность исследовать состав газовой и конденсированной фаз дыма: оптическую и электронную микроскопию, масс-спектрометрию, рентгеновский и хроматографический методы анализов.

3. ФАКТОРЫ ДЫМООБРАЗОВАНИЯ

pellets.com.ua

Содержание

Содержание

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Содержание материала о свойствах дымообразования

Химические добавки и химическая модификация материалов

5. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ОБРАЗОВАНИЯ ДЫМА

5.2 Химические добавки и химическая модификация материалов

Содержание материала о свойствах дымообразования

Вещества с повышенной дымообразующей способностью

5. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ОБРАЗОВАНИЯ ДЫМА

5.4 Вещества с повышенной дымообразующей способностью. Дымоиммитирующий состав

Содержание материала о свойствах дымообразования

Подбор состава материалов

5. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ОБРАЗОВАНИЯ ДЫМА

Подбор состава материалов

Содержание материала о свойствах дымообразования

Строение твердой фазы дыма

4. ОБРАЗОВАНИЕ ТВЕРДОЙ И ГАЗОВОЙ ФАЗ ДЫМА

4.1 Строение твердой фазы дыма

Содержание материала о свойствах дымообразования

Физико-химические процессы дымообразования

Состав газовой фазы при дымообразовании

4. ОБРАЗОВАНИЕ ТВЕРДОЙ И ГАЗОВОЙ ФАЗ ДЫМА

4.2. Состав газовой фазы при дымообразовании

Содержание материала о свойствах дымообразования

Состав и химическое строение материалов

3. ФАКТОРЫ ДЫМООБРАЗОВАНИЯ

3.3 Состав и химическое строение материалов

Содержание материала о свойствах дымообразования

МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ ДЫМООБРАЗОВАНИЯ

5.4 Вещества с повышенной дымообразующей способностью.
Дымоиммитирующий состав