Испытания полимерных авиационных материалов на горючесть - Влияние толщины образца и продолжительности экспозиции

СЕКЦИЯ № 6

ТЕХНОЛОГИИ КОНТРОЛЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ, МАТЕРИАЛОВ ИЗДЕЛИЙ. ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ИСПЫТАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ГОРЮЧЕСТЬ - ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ОБРАЗЦА И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЭКСПОЗИЦИИ

С.Л. Барботько, начальник лаборатории, к.т.н.

О.С. Вольный, ведущий инженер О.А. Кириенко, ведущий научный сотрудник, к.х.н.

Е.Н. Шуркова, инженер Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ), ГНЦ РФ, г. Москва

Основными характеристиками пожарной опасности, определяющими допустимость применения материалов в отделке авиационной техники, являются показатели горючести. Эти требования введены в авиационные нормы на все виды гражданских самолетов и вертолетов [1-5]. Для обеспечения комфорта и безопасности пассажиров, повышению энергоэффективности авиационной техники постоянно проводятся работы по совершенствованию и разработке новых материалов [6-12].

Из одного и того же материала могут изготавливаться элементы различной толщины. Для определения возможности применения материала в обязательном порядке должны быть проведены испытания образцов имеющих ту же толщину, что будет использоваться в изделии. В зависимости от функционального назначения и геометрического размера изделий, используемых в отделке интерьера пассажирского салона, вида авиационной техники, к материалам предъявляются различные требования по допустимым значениям и используются разные методы испытания, в первую очередь это касается продолжительности экспозиции образцов пламенем горелки (для испытаний вертикально ориентированных образцов - 12 или 60 с). Всё это приводит к увеличению объема проводимых испытаний. Разработчики и производители материалов заинтересованы в снижении количества квалификационных испытаний и изыскивают способы уменьшения объема необходимой выборки.

В Испытательном центре ВИАМ на основе проведенных испытаний получен большой объем данных по характеристикам пожарной опасности материалов и типовых конструктивных элементов авиационного назначения, на основе которого выпущен справочник [13]. В данной

работе проведено сопоставление изменения характеристик горючести (продолжительность остаточного самостоятельного горения и длина прогорания) для образцов материалов различной толщины и при разной продолжительности времени экспозиции.

Используемая аппаратура и методики проведения испытаний подробно описаны в [14-16]. Ранее были проведены исследования по влиянию структуры материала и факторов климата на характеристики горючести [17-18].

Методики проведения испытаний и оценки полученных результатов не являются раз и навсегда утвержденным материалом. В настоящее время в рамках программы деятельности международной рабочей группы по пожарной безопасности авиационных материалов - International Aircraft Materials Fire Test Working Group (IAMFT WG), осуществляющей свою работу под управлением Федерального авиационного агентства (FAA) США проводится совершенствование процедуры проведения испытаний [19-20].

Для сокращения объема испытаний на горючесть, зарубежными исследователями принято к применению следующее положение: «Данные от тестирования более тонкого образца доказывает пригодность более толстого образца, изготовленного из тех же самых материалов» [20]. В таблице 1 приведены некоторые данные по влиянию толщины композиционных материалов на характеристики горючести. Видно, что с увеличением толщины монолитных композиционных материалов длина прогорания образцов как правило уменьшается. По влиянию толщины на продолжительность остаточного горения от не имеется однозначной зависимости: у различных марок материалов наблюдается неодинаковый характер изменения - продолжительность остаточного горения с увеличением толщины образца может возрастать, уменьшаться, иметь экстремальный характер с максимумом в районе толщин 2...3 мм. Таким образом, экспериментальные данные по горючести показывают неправильность сделанного зарубежными производителями допущения о возможности допуска материала любой толщины к использованию по результатам испытаний самого тонкого из возможных образцов.

Согласно тому же документу [20]: «Данные 60-секундного вертикального испытания являются доказательными, когда необходимы данные только для 12-секундного вертикального испытания». В таблице 2 приведены некоторые данные по влиянию продолжительности экспозиции на регистрируемые характеристики горючести. При экспозиции пламенем горелки 60 с длина прогорания образцов больше, чем при длительности экспозиции равной 12 с. В зависимости от типа материала и его толщины продолжительность остаточного горения при 60-ти секундной экспозиции может быть как больше, так и меньше, чем при 12-ти секундной экспозиции. Таким образом, экспериментальные данные по горючести

показывают неправильность сделанного зарубежными производителями допущения о возможности допуска материала только по результатам 60-ти секундного испытания. Необходимо внесение изменений в нормативную документацию с требованием проведения испытаний с продолжительностью экспозиции и 60 и 12 секунд для материалов конструкционного назначения.

Таблица 1

Влияние толщины образцов ПКМ на регистрируемые характеристики _горючести (экспозиция пламенем горелки 60 с)_

Характеристики горючести по авиационным

Толщина, мм нормам

Марка материала Продолжительность Длина прогорания, мм

остаточного горения, с

Стеклопластик на 0,4 1 184

связующем ЭП-2МК 1,8 28 179

1,0 3 19

Стеклопластик ВПС-36 2,0 2 27

5,0 1 1

Углепластик 1 2 3 1 1 13 124 81 48

КМУ-7тМПС

Углепластик на 0,5 1,2 1,9 1 1 16 94 114 124

КМКУ 2м.120

0,9 2 90

Углепластик ВКУ-28 2,0 39 46

4,1 1 4

1,0 17 195

Углепластик ВКУ-29 1,9 27 77

3,6 42 15

1,1 6 111

Углепластик ВКУ-32 2,1 36 74

4,7 15 9

Органопластик УП-2217/Русар 0,4 4,0 3 9 45 31

Допустимые значения по АП-25: не более 15 не более 152

Таблица 2

Влияние продолжительности экспозиции пламенем горелки

на характеристики горючести различных материалов_

Характеристики горючести по

Марка материала Толщина, мм Продолжительность авиационным нормам

экспозиции Продолжительност Длина

пламенем горелки, с ь остаточного горения, с прогорания, мм

Кожа натуральная с 1,1 12 2 12

огнезащитной пропиткой 60 Более 60 35

Пленка из 0,1 12 14 45

полисульфона 60 0 98

Углепластик на 1,1 12 1 72

КМКУ 2м.120 60 9 139

Стеклопластик 0,7 12 4 34

СТП-520 60 0 70

Стеклопластик 1,1 12 17 100

КМКС 2м.120 60 5 192

1,0 12 7 22

60 0 102

Стеклопластик 2,0 12 1 5

СТ-69н(М) 60 4 54

3,0 12 1 2

60 27 40

Список использованной литературы

1. Авиационные правила. Ч. ОЛС. Нормы летной годности очень легких самолетов // Межгосударственный авиационный комитет. ОАО «Авиаиздат», 2006. - 100 с.

2. Авиационные правила. Ч. 23. Нормы летной годности гражданских легких самолетов // Межгосударственный авиационный комитет. ОАО «Авиаиздат», 2000. - 145 с.

3. Авиационные правила. Ч. 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории // Межгосударственный авиационный комитет. ОАО «Авиаиздат», 2009. - 267 с.

4. Авиационные правила. Ч. 27. Нормы летной годности винтокрылых аппаратов нормальной категории // Межгосударственный авиационный комитет. ОАО «Авиаиздат», 2000. - 102 с.

5. Авиационные правила. Ч. 29. Нормы летной годности винтокрылых аппаратов транспортной категории // Межгосударственный авиационный комитет. ОАО «Авиаиздат», 2003. - 130 с.

6. История авиационного материаловедения. ВИАМ - 80 лет: Годы и люди / Под общ. ред. Е.Н. Каблова. М.: ВИАМ. 2012. - С. 279-299, 349372, 391-396.

7. Каблов Е.Н. ВИАМ: Продолжение пути // Наука в России. 2012. -№ 3. - С. 36-44.

8. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. - №S. - С. 7-17.

9. Barbotko S.L. Ways of providing fire safety of aviation materials //Russian Journal of General Chemistry. 2011. - Т. 81. - №5. - С. 1068-1074.

10. Дементьева Л.А., Сереженков А.А., Лукина Н.Ф., Куцевич К.Е. Свойства и назначение композиционных материалов на основе клеевых препрегов // Труды ВИАМ. 2014. - №8. - Ст.06

11. Ткачук А.И., Гребенева Т.А., Чурсова Л.В., Панина Н.Н. Термопластичные связующие. Настоящее и будущее // Труды ВИАМ. 2013. - №11. - Ст. 07

12. Петрова Г.Н., Бейдер Э.Я., Перфилова Д.Н., Румянцева Т.В. Пожаробезопасные литьевые термопласты и термоэластопласты // Труды ВИАМ. 2013. - №11. - Ст. 02

13. Барботько С.Л., В.Н. Воробьёв. Под общей редакцией академика РАН Е.Н. Каблова. Пожаробезопасность авиационных материалов и элементов конструкций. Справочник // М.: ВИАМ. 2007. - 543 с.

14. Барботько С.Л. Пожаробезопасность авиационных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2012. - №S. - С. 431-439.

15. Барботько С.Л., Шуркова Е.Н., Вольный О.С., Скрылёв Н.С. Оценка пожарной безопасности полимерных композиционных материалов для внешнего контура авиационной техники // Авиационные материалы и технологии. 2013. - №1. - С. 56-59.

16. Барботько С.Л., Кириллов В.Н., Шуркова Е.Н. Оценка пожарной безопасности полимерных композиционных материалов авиационного назначения // Авиационные материалы и технологии. 2012. №3. С.56-63

17. Barbot'ko S.L., Dement'eva L.A., Serezhenkov A.A. Combustibility of Glass and Carbon Plastics Based on Glue Prepregs // Polymer Science. Ser. D. Glues and Sealing Materials. 2009. - V.2. - No.1. - P.31-33

18. Скрылёв Н.С., Вольный О.С., Абрамов Д.В., Шуркова Е.Н. Исследование влияния тепловлажностных факторов на изменение характеристик пожарной безопасности ПКМ, подверженных климатическим воздействиям // Труды ВИАМ. 2014. - №7. - Ст. 12

19. Campbell S., Jensen M. Flammability standardization task group // The Sixth Triennial International Fire & Cabin Safety Research Conference, 2528 October 2010, Atlantic City, NJ. - 28 p.

20. Cambell S., Jensen M., Sattayatam P. Flammability Standardization Task Group - Final Reports: Federal Aviation Administration Draft Policy Memo, AMN-115-09-XXX, August 20, 2009 // Report FAA DOT/FAA/TC-12/10. 2012. - 881 p.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ПАРОВ ЭМАЛИ ПФ-115

А.Л. Буякевич, начальник кафедры Н.Л. Сторта, курсант 4 курса Гомельский инженерный институт МЧС Республики Беларусь,

г. Гомель

Пожарная опасность помещения напрямую зависит от взрывопожароопасных свойств веществ, обращающихся в помещении и от технологического процесса, определяющего характеристики проектной аварии и влияющих на свойства веществ обращающихся в технологическом процессе. Анализ пожарной опасности производственных и складских помещений с обращением эмали ПФ-115 является важным этапом в обеспечении пожарной безопасности, как объекта, так и людей находящихся на данном объекте. На основе проведенного анализа пожарной опасности в соответствии с [1] устанавливается категория по взрывопожарной и пожарной опасности производственного или складского помещения. Основным критерием отнесения к взрывопожароопасной категории (так как согласно [2, 3] температура вспышки эмали ПФ-115 равна 29-32°С, то к категории Б) помещения с обращением эмали является величина расчетного избыточного давления взрыва, которая должна быть более 5 кПа. И определение интенсивности испарения паров эмали (как фактора определяющего массу паров, участвующих во взрыве) является одной из основных задач при расчете избыточного давления взрыва, т.к. устанавливает массу паров участвующих во взрыве.

Ввиду того, что в справочной литературе отсутствуют сведения по определению интенсивности испарения эмали ПФ-115, в данной работе осуществим расчет данного параметра.

Согласно [1] интенсивность испарения жидкости определяется по формуле:

ж=10_6

л

где Ж - интенсивность испарения, кг/(м с);

П - коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения, принимается по таблице А.1 [1];

М- молярная масса.