Температуростойкость полиэфирных пластиков, армированных стекловолокном

ТЕМПЕРАТУРОСТОЙКОСТЬ ПОЛИЭФИРНЫХ ПЛАСТИКОВ, АРМИРОВАННЫХ СТЕКЛОВОЛОКНОМ

А.С. Дробыш, научный сотрудник, В.А. Кудряшов, доцент, к.т.н., Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь,

г. Минск

Проведена комплексная оценка температуростойкости [1] и огнестойкости композитных материалов, армированных стекловолокном, на основе изофталевой смолы. Осуществлена серия экспериментальных исследований по моделированию воздействия, как открытого пламени, так и источника излучения на образцы композитного материала. На основе проведенных исследований разработаны экспериментальные образцы с огнезащитой для оценки огнестойкости. Композитные строительные материалы на основе полиэфирных смол являются новыми, поэтому для каждого вида экспериментального исследования были использованы существующие методики с дополнениями.

Дополнение базовых методик испытаний обеспечило получения значительного количества данных, позволяющих оценивать поведение при повышенных температурах композитных материалов. Результаты всех испытаний при количестве образцов более четырех подвергались статистической обработке по ГОСТ 8-207 [2].

На рисунке 1 представлена зависимость температуры дымовых газов во время испытаний образцов композитного материала на горючесть по ГОСТ 12.1.044 [3].

Рис. 1. Зависимость температуры дымовых газов при испытании материала

на горючесть

Из графика видно, что температура дымовых газов во время испытаний поднялась на 500 °С в по сравнению с исходной температурой горения дымовых газов газовой горелки. Достижение максимальной температуры произошло в течение 2 минут. Масса образцов после испытаний не превысила

35 % от первоначальной массы.

Вышеизложенные факты позволяют утверждать, что композитные материалы, армированные стекловолокном, на основе изофталевой смолы, следует классифицировать как горючие материалы средней воспламеняемости по ГОСТ 12.1.044 [3]. Изучение угольных остатков материала показало, что в течение трех минут прямого огневого воздействия газовой горелки полимерная составляющая подвергается пиролизу в полном объеме.

На рисунке 2 представлены результаты испытаний по оценке воспламеняемости согласно ГОСТ 30402 [4] и температуростойкости. Результаты испытаний свидетельствуют, что при малом тепловом потоке (5 кВт) температура на поверхности образца к окончанию испытаний выходила на стационарный режим, в то время как при среднем тепловом потоке (15 кВт) температура образца постоянно возрастала, при этом происходило обугливание материала. При высоких тепловых потоках (20...30 кВт) происходил резкий разогрев и воспламенение продуктов пиролиза композитного материала. Воспламенение всех образцов зафиксировано при температуре не более 300 °С.

О 3 6 9 12 минут 15

Рис. 2. Зависимость температуры на обогреваемой (заштрихованные маркеры) и необогреваемой (незаштрихованные маркеры) стороне образцов

На рисунке 3 представлен общий вид испытаний на установке по определению способности к воспламенению строительных изделий при одновременном воздействии лучистого теплового потока и открытого пламени от источника зажигания. Видно, что за вспышкой и непродолжительным пламенным горением последовало обугливание материала, которое впоследствии затрудняло процесс пламенного горения.

Во время испытаний для всех образцов при температуре порядка 150 °С было зафиксировано расслаивание, которое сопровождалось характерным звуком. Так как растрескивание не происходило во время испытаний образцов на горючесть, при которых материал полностью подвергался резкому тепловому воздействию, можно сделать предположение, что причиной растрескивания служила разность температурных деформаций нагретых слоев

материала в середине образца и не нагретых по периметру. Ввиду того, что при реальных пожарах равномерный прогрев конструкций маловероятен, то указанная температура может быть принята в качестве критерия огнестойкости, так как расслоение композитного материала ведет к быстрой потере его прочностных характеристик. При этом, в соответствии с графиком, представленном на рисунке 2, температура, при которой начинаются самоускоряющиеся процессы пиролиза полимера составляет не менее 200 °С. Таким образом, приняв температуру 150 °С в качестве критической, обеспечивается необходимый запас до начала термического разложения материала. В соответствии с рисунком 2 и ГОСТ 30402 [4] композитные материалы, армированные стекловолокном, на основе изофталевой смолы следует относить к умеренно воспламеняемым с группой воспламеняемости В2.

Рис. 3. Общий вид испытаний по оценке воспламеняемости

Так как композитные материалы при непродолжительном огневом воздействии разлагаются практически полностью с остатками негорючего стекловолокна, требуемая минимальная огнестойкость в диапазоне 15...30 минут может быть обеспечена только с дополнительной огнезащитой. При этом огнезащитная эффективность должна быть достаточной для поддержания температуры внутри материала в пределах критической температуры, принятой на уровне 150 °С.

Список использованной литературы

1. Немец Я., Серенсен С.В., Стреляев В.С. Прочность пластмасс / Я. Немец, С.В. Серенсен, В.С. Стреляев - М.: Машиностроение, 1970. - 335 с.

2. ГОСТ 8-207-76 Межгосударственный стандарт. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. -Введ. 01.01.1977 - М.: Издательство стандартов, 1977 - 10 с.

3. ГОСТ 12.1.044-89. Система стандартов безопасности труда.

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения - Введ. 01.01.1991 г. - М.: ФГУП ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 1991. - 104 с.

4. ГОСТ 30402-96. Материалы строительные. Методы испытания на воспламеняемость - Введ. 30.03.1997 г. - М.: ФГУП ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 1997. - 27 с.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ

А.С. Дробыш, научный сотрудник, А.В. Ширко, доцент, к.ф-м.н., Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь,

г. Минск

В лаборатории Белорусского государственного технологического университета были проведены испытания композитной арматуры на растяжение. В качестве образцов для испытания, была выбрана арматура со стекловолокнистым наполнителем и матрицей из полиэтилентерефталата (ПЭТФ). Испытывалась арматура диаметром 8 мм и диаметром 10 мм. Для крепления арматуры в разрывной машине применялись специально изготовленные крепежные элементы (рис.1).

Деформации образца определялись на базе 50 мм с помощью индикатора часового типа, имеющего цену деления 0,005 мм. Экспериментальные данные по растяжению арматуры представлены на рисунке 2, где показана зависимость усилия сопротивления арматуры от показания индикатора.

28000 24000 20000

16000

/•', н

12000

8000

4000-

0

' 1 1 -с— с! = 8  мм 1 1 1

-А- -(1 = 10 мм

7

/

ч

Т

0,0 0,1

-Г

—

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 /,-, мм

Рис. 1. Крепление арматуры

Рис. 2. Экспериментальные данные по растяжению композитной арматуры

Индикатор выставлялся на нулевую отметку при предварительно нагруженной арматуре, поэтому линии на рисунке 2 выходят не из нуля. Модуль продольной упругости арматуры определяется тангенсом угла наклона