книги из ГПНТБ / Хрулев, В. М. Огнестойкость конструкций из дерева и пластмасс

ния эти соединения разлагаются с выделением про­ стых углеводородов, способных к воспламенению при: сравнительно невысоких температурах. Конечным продуктом разложения и горения являются окислы углерода, азота, серы и некоторых других элементов. Помимо полимерного связующего, источником горе­ ния могут быть органические наполнители (древесная мука, шпон, бумага, ткани и т. п.). Кинетика их горе­ ния и состав образующихся продуктов в целом под­ чиняются закономерностям, установленным для цел­ люлозных материалов.

При воспламенении многих полимеров их разло­ жение происходит с разрывом цепей макромолекул и полным сгоранием образующихся низкомолекуляр­ ных остатков без обугливания.

Циклические и ароматические полимеры облада­ ют меньшей воспламеняемостью, что объясняется бо­ лее высоким весом продуктов их разложения, низкой летучестью и способностью к поглощению энергии циклическими или ароматическими звеньями. При за­ мещении водорода в цепи на другие элементы воспла­ меняемость пластмасс снижается. Например, при за­ мене водорода в полиэтилене на хлор получают поли­ мер с пониженной горючестью.

'Термореактивные смолы и сшитые термопласты, разлагаясь с выделением небольшого количества ды­ ма, значительно обугливаются. При этом количество летучих пропорционально степени отверждения поли­ меров.

ОГНЕСТОЙКОСТЬ ПЛАСТМАСС

При оценке пожарной безопасности строительных пластмасс учитываются следующие характеристики: группа возгораемости (горючести) по ГОСТ 17088-71 и СНИП П-А. 5—70; температуры воспламенения, самовоспламенения, тления; склонность к самовозго­ ранию для тепло- и звукоизоляционных материалов; распространение огня по поверхности для облицовоч­ ных материалов; дымовыделение и каплеобразование.

Кроме того, к показателям, характеризующим по­ ведение пластмасс на пожаре, можно отнести их теп­

20

лотворную способность и выделение токсичных ве­ ществ при термическом разложении. Известно, что многие пластмассы. обладают повышенной по сравне­ нию с другими материалами теплотворной способно­ стью. По данным проф. Ф. Колльмана (ФРГ)', при сжигании 1 кг пластмасс количество выделяющегося тепла может достигать 1000 ккал. Для сравнения: 1 кг угля выделяет при горении 7500 ккал, а древе­ сина и продукты на ее основе (фанера, древесностру­

продуктов термораспада полимеров. Особенно велика опасность концентрации токсичных веществ на верх­

под нагрузкой, плавление и т. п. Так, величина моду­ ля упругости пластмасс при нагревании значительно снижается, что может привести к потере несущей способности конструкции.

Одним из показателей огнестойкости строитель­ ных пластмасс является скорость распространения пламени по поверхности. Эта характеристика особен­ но важна для облицовочных материалов, например декоративных бумажнослоистых пластиков, которые в настоящее время широко применяются для обшив­ ки стен, потолков, изготовления мебели и столярных изделий. Огневые испытания этих, пластиков, прове­ денные во ВНИИ пожарной охраны, показали, что скорость распространения пламени зависит от тол­ щины пластика и вида основы, на которой он укреп­ лен. Испытания выявили некоторое уменьшение ско­

21

рости распространения пламени в случае применения тонких (0,5 мм) пластиков по сравнению с листами толщиной 2 мм. Однако скорость распространения пламени зависит в основном от материала основы. Так, при наклейке пластика толщиной 2 мм на огнезащищенную столярную плиту толщиной 24 мм (ин­ декс 12,6) пламя распространяется медленно, а при наклейке на фанеру толщиной 10 мм (индекс 24,3) этот же пластик толщиной 0,5 мм, напресованный на плиты асбестоцемента толщиной 20 мм, загорается весьма медленно.

Сами по себе декоративные бумажнослоистые пластики обладают различной огнестойкостью. Пла­ стик ДБСП (ГОСТ 9590-61) более горюч, чем бу­ мажнослоистый пластик, изготовляемый по МРТУ 6-05-1305-70. При огневом испытании последний теря­ ет 3—4% веса, пластик ДБСП сгорает полностью.

Повышенной огнестойкостью обладают павинол, применяемый для обшивки стен, искусственная кожа, полихлорвиниловые краски. В покрытии пола приме­

Многие пластмассы теряют свои эксплуатационные свойства в начальной стадии нагревания. Так, оргстек­ ло (полиметилметакрилат) при 90°С сохраняет своп свойства, но уже при 125— 150°С теряет несущую способность, а при 200—220°С плавится. Винипласт размягчается при 65°С, а при 40°С прочность его уменьшается вдвое. Полиуретановый заливочный пе­ нопласт горюч и допускает нагрев до 170°С. Однако существует огнезащищенныйсамозатухающий пено­ полиуретан (МРТУ 6-05-1150-68). Трудносгораемым

•пенопластом является также фенольный пенопласт ФРП-1. Сведения об огнестойкости различных строи­ тельных пластмасс приведены в табл. 3.

К особенностям поведения некоторых пластмасс при пожаре (например, полистирольных облицовоч­ ных плиток, пенополистирола) относится разбрызги­ вание горящих капель расплавленного полимера и возникновение новых источников загорания. Это, сле­ дует учитывать при пректировании интерьера обще­ ственных и жилых зданий.

.22

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ ПЛАСТМАСС

Пластмассы, способные выдерживать температуру 200°С и выше, относят к термостойким. Термостой­ кость пластмасс достигается определенными услови­ ями синтеза полимеров или применением огнезащит­

горения. Эффективность этих добавок повышается с увеличением их количества, что влияет на физичес­ кие свойства полимера. Большое распространение на­ ходят добавки из соединений сурьмы, особенно дву­ окись сурьмы, и соединения фосфора—трикрезилфос- фат, арилфосфаты и т. п. Эффективность огнезащиты зависит от типа полимера и добавок.'

Предотвратить горение пластиков огнезащитными добавками полностью не удается. Обычно модифици­ рованные пластмассы менее склонны к распростране­ нию огня, замедленно горят и самозатухают после удаления источника огня, причем затухаемость пласт-- масс зависит от многих условий: формы полимер­ ного образца, его размеров, времени действия огня и проч. Огнестойкость пластмасс повышают покрытием, отражающим тепло (металл), теплоизолирующими или вспучивающимися материалами, введением неко­ торых наполнителей. Однако эти методы непригодны для прозрачных пластмасс, так как снижают их све­ топропускную способность. Наиболее эффективны в настоящее время огнезащитные добавки. Среди них большое распространение получили хлорсодержащие органические-соединения. Недостатком их является разложение под действием света, что приводит к по­ мутнению пластмасс. В этом случае для сохранения начальных заданных свойств пластмасс необходимо вводить светостабилизаторы. Для разложения соеди­ нений хлора необходимо больше энергии, чем для со­ единений брома. Бромсодержащие соединения вводят

25

Т а б л и ц а 4

ибутадиена

впластмассы в меньшем количестве по сравнению с другими добавками, но они более дефицитны. Эффек­ тивность галогенидов повышается в случае совмеще­ ния с сурьмой, что позволяет уменьшить концентра- >

цию добавок в пластмассе (табл. 4).

Чтобы добавки были вполне эффективны, они должны совмещаться с основным полимером. Поляр­ ные добавки, в частности, хорошо совмещаются с по­ лярными полимерами. Применяемые добавки в ос­ новном полярны, поэтому для неполярных полимеров (полиэтилен) они мало пригодны. Многие добавки, увеличивая огнестойкость пластмасс, уменьшают их теплостойкость и прочность при нагревании. При вы­ боре добавок необходимо учитывать также возмож­ ность взаимодействия с катализатором полимера. До­ бавки могут привести к нарушению отверждения, из­ менению атмосферостойкости пластмасс, так как сравнительно легко гидролизуются и обладают пло­ хой водостойкостью. Добавки не должны быть ток­ сичны.

Количество вводимых добавок зависит от природы полимера. В частности, для пластмасс, содержащих галогены (поливинилхлорид), концентрации добавок уменьшают. При разложении эти пластмассы выде­ ляют газообразные хлорсодержащие соединения, раз­ бавляющие летучие продукты разложения, создавая менее горючую смесь. Добавление 2—8% двуокиси сурьмы к поливинилхлориду также повышает его ог­ нестойкость. Более огнестойки полимеры, содержа­ щие бром, фтор, фосфор, (эфиры фосфорной кисло­ ты), сурьму, бор, азот, висмут, мышьяк. Огнестойкость

26

полимеров повышают добавками соединений аммо: ния. Некоторые огнезащитные добавки одновременно обладают пластифицирующими " свойствами—триме- тил-, триэтил-, трибутил- и трикрезилфосфаты (для полихлорвинила, эпоксидных смол, полиуретана).

Огнезащитное действие различных минеральных солей — фосфатов, боратов, сульфатов, карбонатов, галогенидов, перфторборатов, солей аммония, метал­ лоаммиачных комплексов — основано на взаимодей­ ствии летучих продуктов деструкции полимера с ука­ занными соединениями и с кислородом воздуха.

Горючесть поливинилхлорида, пенополиуретана,' полиметилметакрилата, полиэфирных смол, пенопо­ листирола также уменьшается антипиренами — сое­ динениями хлора, брома, фосфора и сурьмы. Для по­ вышения огнестойкости полиуретана и полистирола используют соединения типа эпоксиэтанполифосфатов (1—50% повесу). Самозатухаемость полиэтиле­ на достигается добавкой 20% смеси, содержащей 65—70% хлорированного парафина и 15% двуокиси сурьмы.

Огнестойкость полиметилметакрилата, целлю­ лозных п’олимеров, эпоксидных и полиэфирных смол, нейлона повышают введением галогенсодержащих (алкенил) замещенных олефинов 1,5—20% от веса. По данным американского патента № 3591507, эти материалы относятся к негорючим.

Огнестойкие полиэфиры получают введением в ре­ акционную смесь (фталаты и этиленгликоль) доба­ вок— тетрабромфталевого ангидрида, триметил- и трнфенилфосфита.

Огнестойкость пенопластов повышают погружени­

специальных добавок. Антипиреном служат соли, об­ разующиеся при взаимодействии аминов или аммиа­ ка с кислыми эфирами фосфорной кислоты и алифа­ тических спиртов, содержащих 1—9 атомов углерода. Антипирен растворяется в этаноле, перхлорэтилене или бензине (бельгийский патент кл. С 09 к, №702432).

Снижение горючести полимерных материалов до­ стигается также добавлением 2—95% молотого гра­ фита, предварительно обработанного в течение 5 ми­

27

нут различными кислотами с небольшим количеством минерального окислителя. При горении антипирированных полимерных материалов происходит вспучива­ ние графита с увеличением объема до 40 раз. Образу­ ющийся защитный слой препятствует распростране­ нию пламени. Образец из пенопласта, обработанного графитом (диаметр образца 105 мм, толщина 45 мм), не загорается в пламени спиртовки в течение '240 се­ кунд. Потеря веса за это время составляет 2,5 г (на­ чальный вес 19,5 г) при глубине кратера термиче­ ского разложения 25 мм.

В строительной практике значительное распро­ странение нашли различные пленки. Одним из досто­ инств, обусловивших применение их для пневмати­ ческих конструкций, является светопрозрачность. Од­ нако малая толщина пленок и горючесть делают эти элементы пожароопасными. Для повышения их огнеустойчивости разработаны различные светопрозрач­ ные антипирирующие добавки — галоген- и фосфор­ содержащие соединения. Используют, например, дифенилхлорид, хлорированный парафин, тетрахлорфталевый ангидрид, тетрахлорбисфенол. В качестве фос­ форных соединений применяют три (дибромпропил)-, трифенилили триалкилфосфат. При этом применя­ ют также вспомогательную добавку, получаемую сме­ шением воды или спирта с галогензамещенноп сурь­ мой или с раствором сурьмы в кислоте (соляной, бромисто- и йодистоводородной) с последующей обра­ боткой полученного осадка щелочью. Вспомогатель­ ную огнестойкую добавку получают, например, до­ бавлением 50 г воды к раствору двуокиси сурьмы в концентрированной соляной кислоте (1:3) и обраба­ тывают белый осадок 10%-ным раствором едкого на­ тра. Прозрачность и механические свойства пласт­ масс не изменяются также при антипирировании их полихлорированным или полибромированным цикло­ пентадиенами.

При добавлении пластификаторов-трифосфатов (трибромкрезилфосфат, бисаллилфосфат, трикрезилфосфат) и совола в пленки на нитроцеллюлозной основе получают самозатухающие материалы. При добавлении пластификаторов можно значительно варьировать прочность и деформативность пленок.

;28

Модифицированные пленки обладают достаточной устойчивостью к кислотам и щелочам [4].

Одновременно на основе поливинилхлорида и нитроцеллюлозы разработаны плитки для покрытия пола и облицовки стен. Пластификатором здесь слу^

полнения тальк, каолин и сажу. Плитки мало горючи и после удаления источника огня самозатухают. Тол­ щина облицовочных плиток 0,2—0,5 мм, а плиток по­ ла 1,5—2,0 мм.

Для отделки стен и потолков разработаны различ­ ные несгораемые материала с применением синтети­ ческих связок. К ним относятся минераловатные аку­ стические плиты (связующие — поливинилацётатная эмульсия и фенолоспирты), минераловатные полужесткие плиты на карбамидной и фенольной связ­ ках. К трудносгораемым материалам с использовани­ ем полимеров относятся древесностружечные антипирированные плиты, жалюзийная рейка из жесткого поливинилхлорида’' с объемным весом 1,3 г/см3, пле­ ночный гидрозащитный пластифицированный матери­ ал ДПТГМ) на основе поливинилхлорида, теплозву­ коизоляционный материал АТМ-1 (стекловолокни­ стая плита на фенольной связке), авиационный пави­ нол, изготавливаемый из стеклоткани, покрытой с од­ ной стороны антипирированным поливинилхлоридом,

идругие.

Всвязи р широким применением в строительстве пенопластов йредставляется важным повышение их огнестойкости. В частности, разработаны огнестойкие пенополиуретаны. Повышение огнестойкости фено­ пластов достигается добавкой окситилированных фосполиолов при содержании фосфора 3,5—4%. По­ лученные пенопласты относятся к трудносгораемым материалам. При испытании методом «огневая тру­ ба» они теряют в весе 38— 19%.

Конструктивная огнезащита помещений с приме­ нением пластмасс достигается путем разбивки здания на отдельные отсеки по горизонтали и вертикали, ограничения объема горючего материала, приходя­ щегося на 1 м2 поверхности.

29