Визначення показників пожежної небезпеки сучасних полімерних теплоізоляційних матеріалів залежно від їх густини та хімічного складу. Реалізація шляхів підвищення їх ефективності, оцінка горючості матеріалів, що плавляться під впливом відкритого полум’я.
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ O № 2 (16), 2009 г.Цей матеріал використовують для утеплення фасадів будинків, теплоізоляції стін, стель, підлог, в конструкціях тришарових та двошарових металевих сендвіч-панелях, тощо. Враховуючи зростання номенклатури виробів та розширення сфери застосування полімерних теплоізоляційних матеріалів дослідження їх пожежної небезпеки сьогодні є актуальною задачею[2, 3]. Пінополістирольна плита ПСБ-С-25 товщиною 50 мм виробництва ТОВ “Вектор”; II. Пінополістирольна плита ПСБ-С-35 товщиною 50 мм виробництва ТОВ “Вектор”; III. Пінополіуретан товщиною 50 мм металевих тришарових панелей “PARETE” виробництва “Marcegaglia building S. p.Спостереження поведінки матеріалів з пінополістиролу в перебігу випробувань показують, що на першій-другій хвилинах від початку випробувань під дією полумя газового пальника відбувається наскрізне прогоряння зразків, при цьому утворюється розплавлення матеріалу, і протягом 10-20 с спостерігається краплепадіння. Значення температури початку термічного розкладання пінополістиролу значно нижче значень температур його займання та самозаймання, іншими словами розплавлений матеріал витікає за межі зони горіння газового пальника, не встигаючи прогрітись і не утворюючи палаючих крапель. Для більш повного та обєктивного оцінювання горючості матеріалів, які плавляться під дією полумя, пропонується внести зміни до стандарту [4] в частині класифікації матеріалів за результатами випробувань. А саме - для матеріалів групи горючості Г1 взагалі не допускається оплавлення зразків, а для матеріалів групи горючості Г2 не допускається утворення крапель розплаву під час випробувань. Характерний графік змінення температури в перебігу випробувань з визначення горючості зразків екструдовано-го пінополістиролу за методом 4.3 ГОСТ 12.1.044-89. совується у будівництві є тверді пінопол-іуретани, які використовують у металевих двошарових та тришарових сендвіч-панелях для улаштування покрівель методом напилення тощо.
Вывод
З наданням чинності в Україні ДБН В.1.1-7-2002 [6] горючість пінополістиролу, як будівельного матеріалу, визначають виключно за методом II міждержавного стандарту ДСТУ Б В.2.7-19-95 (ГОСТ 30244) [4]. Результати випробувань за цим методом наведено в таблиці 1. Аналіз результатів показує, що більшість пінополістирольних матеріалів, незалежно від способу виробництва (ПСБ, екструдований) та густини, належать до групи горючості Г1 (низької горючості). Спостереження поведінки матеріалів з пінополістиролу в перебігу випробувань показують, що на першій-другій хвилинах від початку випробувань під дією полумя газового пальника відбувається наскрізне прогоряння зразків, при цьому утворюється розплавлення матеріалу, і протягом 10-20 с спостерігається краплепадіння. Слід зазначити, 69 що згідно з вимогами стандарту [4] для класифікації матеріалів за горючістю враховують тільки наявність крапель, які горять. Значення температури початку термічного розкладання пінополістиролу значно нижче значень температур його займання та самозаймання, іншими словами розплавлений матеріал витікає за межі зони горіння газового пальника, не встигаючи прогрітись і не утворюючи палаючих крапель. Решту частину випробувань, яке триває в цілому 10 хв, полумя безпосередньо не впливає на зразки пінополістиролу і залишає їх неушкодженими. Отже, отримані результати з визначення групи горючості пінополістиролу обумовлені, загалом, особливостями методу випробувань ДСТУ Б В.2.7-19-95 (ГОСТ 30244) [4].
На відміну від метода [4], метод випробувань з визначення горючості за ГОСТ 12.1.044-89 [5] передбачає проводити випробовування матеріалів, що плавляться, у мішечках із склотканини. У
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE O#2 (16), 2009
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ O № 2 (16), 2009 г.
70 цьому випадку не відбувається витікання розплаву досліджуваного матеріалу за межі зони горіння газового пальника. Після прогріву розплаву пінополістиролу, який знаходиться всередині мішечка із склотканини, до температури займання відбувається його інтенсивне горіння (рисунки 1 та 2), а втрата маси зразків досягає 98 відсотків. За класифікацією вказаного методу пінополістирол належить до горючих матеріалів середньої займистості.
У практиці пожежогасіння відомо багато випадків пожеж будівель із легких металевих конструкцій, в яких було використано утеплювач з пінополістиролу. Особливо небезпечні пожежі суміщених покриттів таких будинків, адже неодноразово траплялись випадки часткового або повного їх обвалення, ще до прибуття пожежних підрозділів, при цьому розплавлений пінополістирол “вогняним дощем” проливався усередину приміщень, значно ускладнюючи гасіння пожежі. Таким чином, класифікація пінополістиролу за методом [5] більш обєктивно відображає пожежну небезпеку цього матеріалу.
Про пожежонебезпеку пінополістиролу свідчать і результати досліджень наведені в публікації [7], де автори зазначають, що цей матеріал має високу теплоту згоряння (понад 39 МДЖ/кг) та низьке значення кисневого індексу (менше 20 відсотків).
Для більш повного та обєктивного оцінювання горючості матеріалів, які плавляться під дією полумя, пропонується внести зміни до стандарту [4] в частині класифікації матеріалів за результатами випробувань. А саме - для матеріалів групи горючості Г1 взагалі не допускається оплавлення зразків, а для матеріалів групи горючості Г2 не допускається утворення крапель розплаву під час випробувань. Крім того, пропонується наявність оплавлення зразків та утворення крапель розплаву фіксувати у протоколах випробувань, а досліджуваний матеріал при цьому відносити до наступної, більш пожежонебезпечної групи горючості.
Іншим теплоізоляційним матеріалом, що також набуває широкого засто-
Таблиця 1
Результати досліджень горючості пінополістирольних матеріалів згідно з методом II ДСТУ Б В.2.7-19-95 (ГОСТ 30244-94)
Позначення матеріалу
I. II. III. IV. V. VI. VII.
VIII. IX. X. XI. XII. XIII. XIV. XV. XVI. XVII.
Параметри горючості Максимальна темпе- Ступінь пошкодження ратура летких проду- За довжи- За ма-ктів горіння, 0С ною, % сою, %
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE O#2 (16), 2009
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ O № 2 (16), 2009 г.
Рис. 1. Характерний графік змінення температури в перебігу випробувань з визначення горючості зразків екструдовано-го пінополістиролу за методом 4.3 ГОСТ 12.1.044-89.
совується у будівництві є тверді пінопол-іуретани, які використовують у металевих двошарових та тришарових сендвіч-панелях для улаштування покрівель методом напилення тощо. Результати випробувань з визначення горючості твердих пінополіуретанів різних марок наведено в таб-
Рис. 2. Характерний графік змінення температури в перебігу випробувань з визначення горючості зразків пінополістиролу ПСБ-С за методом 4.3 ГОСТ 12.1.044-89.
лиці 2. У сучасному виробництві твердих пінополіуретанів технологічно можливо введення у їх структуру спеціальних домішок (антипіренів), які суттєво знижують температуру горіння (рисунки 3 та 4). Залежно від кількості введених антипіренів група горючості цих матеріалів змінюєть-
Таблиця 2 71
Результати досліджень горючості твердих пінополіуретанів згідно з методом II ДСТУ Б В.2.7-19-95 (ГОСТ 30244-94)
Позначення матеріалу
Максимальна температура летких продуктів горіння, 0С
Параметри горючості Ступінь пошкодження
За довжи- За масою, % ною, %
Тривалість самостійного горіння, с
Група горючості
XXI.
XXII.
XXIII.
XXIV.
XXV.
XXVI.
XXVII. XXVIII. XXIX. XXX.
понад 450* понад 450* понад 450* понад 450* понад 450* понад 450*
270 351 131 112
100 не визначено*
100 не визначено*
100 не визначено*
100 не визначено*
100 не визначено*
100 не визначено*
100 22 100 29 35 10 61 22 не визначено* не визначено* не визначено* не визначено* не визначено* не визначено*
21 0 29 0
Г4
Г4
Г4
Г4
Г4
Г4
Г3 Г3 Г2 Г2
*Примітка: показник не визначено в звязку з руйнуванням зразків під час випробувань та необхідністю їх примусового гасіння.
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE O#2 (16), 2009
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ O № 2 (16), 2009 г.
t,°C
250
200
150
100
50
0
0 100 200 300 400 500 600
?, с
72
Рис. 3. Характерний графік змінення температури в перебігу випробувань зразків пінополіуретану CF-50-HFC (без застосування антипіренів) виробництва "Recinco" (Бельгія) згідно з методом II ДСТУ Б В.2.7-19-95.
ся: від групи Г4 (підвищеної горючості), до групи Г2 (помірної горючості). Необхідно зазначити, що плавлення або усад-ження матеріалу твердих пінополіуретанів під впливом високих температур та відкритого полумя не відбувається.
Згідно з вимогами пожежно-технічної класифікації ДБН В.1.1-7-2002 [6] були проведені дослідження димоутворювальної здатності та токсичності продуктів горіння полімерних теплоізоляційних матеріалів. Визначено, що значення коефіцієнта димоутворення пінополістирольних матеріалів незалежно від їх густини та способу виробництва (ПСБ, екструдований), а також утеплювачів з твердих пінополіуретанів перевищує 500 м2/кг. Таким чином, вказані матеріали відносяться до групи матеріалів з високої димоутворювальною здатністю. В усіх дослідах максимальні значення коефіцієнта димоутворення було отримано під впливом теплового потоку густиною 35 КВТ/м2 (режим випробувань - тління).
Дослідження токсичності продуктів горіння полімерних утеплювачів проводили згідно з прийнятим в Україні методом випробувань [5]. Результати цих досліджень наведено в таблицях 3-5.
Згідно з даними табл. 3 показник токсичності продуктів горіння досліджених пінополістирольних утеплівачів знахо-
Рис. 4. Характерний графік змінення температури в перебігу випробувань зразків пінополіуретану пінополіуретану "ІМПРЕГ RF" (із застосуванням антипіренів) виробництва ТОВ "Полімер-технології КС" згідно з методом II ДСТУ Б В.2.7-19-95. диться в діапазоні 47-67 г/м3 і відноситься до помірно небезпечних матеріалів, відрізно від пінополіуретанових матеріалів які відносяться як правило до високо небезпечних матеріалів. Рівень карбоксигемоглобіну в крові загиблих піддослідних тварин, а також дані табл. 4 та 5 свідчить, що загибель тварин обумовлена, головним чином, дією оксиду вуглецю, однак у випадку пінополіуретанів суттєвий вклад в токсичність продуктів горіння вносять інші токсиканти (водень ціаністий, формальдегід та інші ). Більш висока токсичність продуктів горіння пінополіуретанів в умовах термохімічної деструкції (450ОС) обумовлена більшим рівнем утворення водню ціаністого - речовини 1 класу хімічної небезпеки за ГОСТ 12.1.007-76 в цих умовах. В умовах полумяного горіння водень ціаністий і інші азотовмісні органічні сполуки окислюються до менш токсичних оксидів азоту.
В будівництві в останнє десятиріччя зростає застосування зовнішніх тепло оздоблюваних систем та композитних матеріалів в використанням пінополістиролу і у звязку з цим нагальною є оцінка пожежонебезпечних властивостей таких систем в повномасштабному експери-менті [8, 9].
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE O#2 (16), 2009
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСTRIALОЙ МЕДИЦИНЫ O № 2 (16), 2009 г.
Таблиця 3 температура не Результати визначення показника токсичності полімерних утеплювачів з піднімалась вище пінополістиролу та пінополіуретану ніж 400ОС. Для всіх Позначен- Рівень карбоксигемоглобі- систем в графіках
Температура ня матері- HCL50, г/м3 випробування, °С ну укрові лабораторних зміни температури VI 67,3 750 61,3 підчас перебігу XIX 56,4 450 65,2 випробувань (см. XVIII 47,4 750 66,0 плато або плече XXXI 30,8 450 51,0 при температурах XXXII 15,3 450 52,8 300ОС. В діапазонах цих темпера- ttrial, % алу
XV 47,1 750 57,0 рис. 5) присутні
XX 47,7 750 53,3
XXII 53,5 450 54,1
90-100 о
С та 200-
Таблиця 4 тур відбуваються Вихід (мг/г) деяких токсичних речовин підчас горіння пінополістиролу «ПСБ-С-35» ендотермічні про-
(XV) згідно з ГОСТ 12.1.044-89 цеси плавлення та Вміст в продуктах горіння, мг/г деполімерізації
Речовини, що визначалися Температура випробувань Температура випробувань полістиролу з утво-Бензол 8,3 1,4 ренням переважно Водень хлористий 0,26 0,29 мономеру стиролу, Оксид вуглецю (ІІ) 127 160 відповідно. Для Формальдегід 0,54 0,13 систем під час випробувань сут-
450 °С 750 °С
Стирол 137 19,6 всіх досліджених
Таблиця 5 тєвого руйнування Вихід (мг/г) деяких токсичних речовин підчас горіння пінополіуретану зовнішнього шару
«Еластопор» (XXII ) згідно з ГОСТ 12.1.044-89 тепло оздоблювальної системи не
Вміст в продуктах горіння, мг/г
Речовини, що визначалися Температура випробувань Температура випробувань спостерігали і Оксиди азоту 0,48 0,68 більша частка про-
450 °С 750 °С
Бензол 4,8 0,8 дуктів розкладу тепло оздоблю-
Водень ціаністий 4,1 0,5
Водень хлористий 0,39 0,34 вальних систем за-Оксид вуглецю (ІІ) 94 89 лишалась всере-Формальдегід 0,030 0,026 дині системи у вигляді оплавленого
Стирол 18,6 2,7 полімеру та продуктів конденсації продуктів розкладу в
В умовах повномасштабного експерименту згідно “Тимчасової методики менш гарячих ділянках всередині систе-натурних вогневих випробувань теплоізо- ми та їх розчиненні в полістиролі. ляційно-оздоблювальних систем зовнішніх стін будинків та споруд на по- Висновки ширення вогню” були випробувані тепло 1. Визначено показники пожежної не-оздоблювальні системи на основі пінопо- безпеки сучасних полімерних тепло-лістиролу різноманітних виробників. Виз- ізоляційних матеріалів залежно від їх начено, що незалежно від їх густини та густини та хімічного складу. Встанов-способу виробництва (ПСБ, екструдова- лено, що метод II ДСТУ Б В.2.7-19-95 ний) всі випробувані теплоізоляційно-оз- (ГОСТ 30244) потребує удосконален-доблювальні системи виявились такими, ня в частині оцінювання горючості що не поширюють вогонь і всередені ТОС матеріалів, що плавляться під впли-
73
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE O#2 (16), 2009
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ O № 2 (16), 2009 г.
2.
3.
4.
5.
74
6.
1. вом відкритого полумя.
Експериментально встановлено, що під дією теплового потоку густиною 35 КВТ/м2 коефіцієнт димоутворення матеріалів з пінополістиролу та пінополіуретану перевищує значення 500 м2/кг, що обумовлює віднесення їх до матеріалів з високою димоутворювальною здатністю.
Встановлено, що основними продуктами горіння-розкладу пінополістиролу є оксид вуглецю (ІІ) та стирол, який утворюється при температурі більш ніж 200 0С.
Основним компонентом, що обумовлює смертельний ефект продуктів горіння піно полістирольних матеріалів у лабораторних тварин є оксид вуглецю (ІІ), а у пінополіуретанових матеріалів суттєвий внесок вкладає також водень ціаністий.
В умовах повномасштабних експериментів модельної споруди з зовнішньою тепло-оздоблювальною системою, що містить плитний утеплювач з пінополістиролу виявлено, що суттєвого руйнування зовнішнього шару систем не відбувається і у зовнішнє середовище мігрує незначна частка токсичних продуктів горіння-дест-рукціі матеріалів системи.
За результатами проведених досліджень підготовлено пропозиції щодо зниження пожежної небезпеки полімерних теплоізоляційних матеріалів, які впроваджено в національні стандарти України: ДСТУ Б В.2.6-70-2008 Панелі металеві з утеплювачем із пінопласту. Технічні умови., ДСТУ Б В.2.6-71-2008 Панелі металеві тришарові стінові з утеплювачем із пінополіуретану. Технічні умови, ДСТУ Б В.2.6-72-2008 Панелі сталеві двошарові покриттів будівель з утеплювачем із пінополіуретану. Технічні умови.
Список литературы
Международный специализированный журнал “Полимеры-деньги”
№ 3(29), 2008. - С. 66-68.
2. Харченко І.О., Климась Р.В., Скоробогатько Т.М., Якименко О.П. Токсичность продуктів горіння - основна причина загибелі людей унаслідок пожеж // Ж. Актуальні проблемы транспортної медицини, 2006, -№4(6), с. 41-45
3. Шафран Л.М. Токсикология горения: основные задачи и перспективы развития // Ж. Актуальные проблемы транспортной медицины, 2006, -№4(6), с. 23-32.
4. 2. ДСТУ Б В.2.7-19-95 (ГОСТ 30244) Матеріали будівельні. Методи випробувань на горючість.
5. 3. ГОСТ 12.1.044-89 “ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения”.
7. 5. Молчадский О.И., Етумян А.С., Константинова Н.И., Смирнов Н.В. “Пожарная опасность теплоизоляционных материалов из полистирола”. Актуальные проблемы пожарной безопасности. Материалы международной научно-практической конференции. Москва, 2008. - С. 32-34.
8. Довбиш, А.В., Новак С.В., Пресняк І.С., Третьякова О.В. Дослідження показників пожежної небезпеки полімерних композитних матеріалів систем фасадного утеплення будинків / / Ж. Актуальные проблемы транспортной медицины, 2008, -№1(11), с. 105-109
9. Пресняк И.С., Задорожнюк Е.Г. Методические подходы к оценке токсичности продуктов горения полимерных строительных материалов на основе пенополистирола в натурных испытаниях // Ж. Актуальные проблемы транспортной медицины, 2007, -№1(7), с. 103-108
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE O#2 (16), 2009
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ O № 2 (16), 2009 г.
Резюме
ПОЛИМЕРНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЙ
Приведены результаты определения пожароопасных свойств полимерных теплоизоляционных материалов. Исследовано влияние особенностей применения методов испытания, а также влияние плотности, способов производства, химического состава полимерных теплоизоляционных материалов на определение показателей их пожарной опасности. Сделан вывод, что метод II ДСТУ Б В.2.7-19-95 (ГОСТ 30244) требует усовершенствования в части определения горючести испытуемых материалов, которые плавятся под воздействием открытого пламени. Установлено, что наиболее значимыми с позиций острой токсичности продуктами горения пенополистирола являются оксид углерода (ІІ) и стирол. На основании оценивания количества карбоксигемоглобина в крови умерших в результате испытаний лабораторных животных сделан вывод, что основной вклад в смертельный эффект продуктов горения пенополистирольных материалов вносит оксид углерода (ІІ), а в случае пе-нополиуретанов существенный вклад вносит также цианистый водород. Проведение полномасштабных испытаний наружных теплоизоляционных систем (НТИС) с применением пенополистирольных утеплителей установило, что время испытаний внутри НТИС температура не поднималась выше 400ОС, существенного разрушения внешнего слоя НТИС в условиях испытаний не наблюдалось и, как следствие, во внешнюю среду миграция токсических продуктов горения была незначительной.
Установлено, что пенополистирол и пенополиуретан относятся к материалам с высокой дымообразующей способностью, а это необходимо учитывать при проектировании и реконструкции объектов строительства.
Summary
POLYMERIC HEAT-INSULATION MATERIALS AND THEIR FIRE HAZARD. APPLICATION OF TEST METHODS
The results of determination fire hazard properties of polymeric heat insulation materials are resulted. Influence of test methods application features and also the fabrication method, production density, chemical composition of polymeric heat-insulation materials on determination of indexes of their fire hazard are investigated. A conclusion is done, that method II of ДСТУ Б В.2.7-19-95 (ГОСТ 30244) requires an improvement in part of determination of combustibility of examinee materials, which melted under influence of open flame. It is set that the most significant burning products of expanded polystyrene from positions of acute toxicity there are carbon oxide (II) and styrene. On the basis the evaluation of a quantity of carboxyhemoglobin in blood of the dead laboratory animals as a result of the test the conclusion is done that basic contribution to 75 the mortal effect of burning products expanded polystyrene materials is due to carbon oxide (II), and in case of expanded polyurethanes a substantial deposit brings hydrogen cyanide also. Carrying out full-scale tests of outer heat insulation systems (OHIS) with application of expanded polystyrene plate heat insulation has established that inside OHIS during tests the temperature did not rise above 400 ОС, essential destruction of external layer of OHIS was not observed and, as consequence, an environmental migration of toxic burning products was not significant. It is established, that expanded polystyrene and polyurethane concern to materials with high smoke formation ability, and it is necessary for taking it into account at design and reconstruction processes of building objects.
Впервые поступила в редакцию 15.01.2009 г. Рекомендована к печати на заседании ученого совета НИИ медицины транспорта
(протокол № 1 от 20.01.2009 г.).
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE O#2 (16), 2009
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
