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 |
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) | ||||||||||||
|
Марки-ровка ковра |
Коэффициент дымообразования (м / кг), полученный в ходе экспериментальных опытов |
Среднее значение коэффици- |
Расчетное значение коэффици- |
Относитель-ная погре-шность сред- | |||||||||
|
1 опыт | 2
опыт | 3
опыт |
4 опыт | 5
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.