АВТОНОМНАЯ УСТАНОВКА ПОЖАРОТУШЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТЕРМОАКТИВИРУЕМОГО АГЕНТА, СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В МИКРОКАПСУЛАХ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к противопожарной технике, а именно, к автономному устройству пожаротушения на основе термоактивируемого микрокапсулированного огнетушащего вещества (агента) и применяется для подавления очагов возгорания в электрических щитах, пультах управления, шкафах телекоммуникации, кабельных каналах и др. в момент их возникновения, т.е. на ранних этапах развития возгорания.
Уровень техники
Известны различные автономные устройства пожаротушения на основе микрокапсулированных термоактивируемых огнетушащих материалов.
Из патента RU 109668 U1 (заявка №2011104729 от 10.02.2011, МПК A62D 1/08, опубликовано 27.10.2011, Бюл. №30) известно автономное средство пожаротушения, состоящее из микрокапсул и связуещего. Микрокапсулы выполнены размером 2-100 мкм, имеют полимерную оболочку из полимочевины и/или полиуретана с заключенным внутри галогенуглеродом. Средство, предпочтительно, может быть выполнено в виде пластины. Температура вскрытия оболочки микрокапсул составляет 110-165°С. В качестве связуещего используются различные смолы и наполнители, в которых помещаются микрокапсулы с огнетушащим веществом. Полученная масса, после смешивания, формуется и затвердевает, превращаясь в предлагаемое средство пожаротушения.
Недостатком этого средства является высокая температура срабатывания микрокапсул: 110-165°С. Поэтому, в случае возгорания, в защищаемом объеме должна подняться значительная температура, что приведет к выводу из строя электротехнических устройств и увеличению времени подавления очага возгорания. Данное средство пожаротушения не имеет высокой стойкости к растрескиванию материала, не обладает высокой атмосферо- влаго- водостойкостью.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является «Автономное средство пожаротушения» по патенту России 2616943 (заявка №2016115763 от 22.04.2016, МПК А62С 2/00, A62D 1/08, С19К 21/14, опубликовано 18.04.2017, Бюл. №11).
В патенте представлено автономное средство пожаротушения, содержащее полимерное связующее и микрокапсулированный огнетушащий агент. Микрокапсулы состоят из полимерной оболочки и ядра, содержащего в качестве компонентов газ-носитель, имеющий температуру кипения от -155 до +10°С, флегматор горения и ингибитор горения. Одной из особенностей средства по настоящему изобретению является низкая температура срабатывания микрокапсул: от 10 до 20°С в одном случае, и от 60 до 260°С в другом случае.
Полимерным связующим в автономном устройстве пожаротушения прототипа могут быть, к примеру, поливинилацетат, полиакрилат, полистирол, полиэфир, используемые в форме водной дисперсии. Массовое соотношение микрокапсул и полимерного связующего может составлять от 10:1 до 1:4. При соотношении микрокапсулированного огнетушащего агента и полимерного связующего более 10:1 получаемый материал не обладает достаточной прочностью, а при соотношении менее 1:4 материал не обладает достаточными огнетушащими свойствами.
Для дополнительного механического упрочнения, а также для увеличения технологичности производства, автономное устройство пожаротушения по настоящему изобретению может дополнительно содержать несущий слой (подложку), на который это средство наносится. Таким слоем может быть слой толщиной 0,05-2 мм из такого нетканого материала как стекловолокно, полипропиленовое волокно, кремнезем.
Недостатками прототипа являются:
- полимерное связующее и микрокапсулированный огнетушащий агент имеют водно-дисперсную форму, что ограничивает спектр связующих, требует применения загустителей, консервантов, антисептиков и увеличивает время сушки готового изделия; продукты термического распада связующего, применяемого в прототипе, из поливинилацетата, полиакрилата, полистирола, полиэфира токсичны и опасны для человека;
- низкие гибкость и эластичность прототипа, не позволяющие применять его на сложных поверхностях, в том числе для защиты методом намотки на кабели, провода и т.п.;
- значительная толщина композитной пластины, что затрудняет выход огнетушащего агента и увеличивает время подавления очага возгорания.
Задачей представленной полезной модели является создание высокоэффективного автономного устройства пожаротушения на основе микрокапсулированных термоактивируемых огнетушащих веществ в виде пластины, состоящей из подложки с нанесенным на нее композитным материалом в виде кремнийорганического компаунда с размещенными в нем микрокапсулами, содержащими огнетушащее вещество (огнетушащий агент). Композитная пластина, при этом, должна иметь определенную геометрию поверхности (регулярный рельеф), обеспечивающий одновременный выход огнетушащего агента, в том числе из внутренних слоев пластины. Подложка пластины, на обратной стороне, должна иметь термостойкий самоклеющийся слой для ее крепления в защищаемом объеме.
Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата нами предложено автономное устройство пожаротушения, изображенное на Фиг. 1 и представляющее собой пластину, состоящую из подложки 1 с нанесенным на нее композитным материалом, имеющим заданный регулярный рельеф термоактивируемой поверхности 4 и содержащим микрокапсулы 2 с огнетушащим веществом, которые размещены в двухкомпонентном кремнийорганическом компаунде 3 холодного отверждения и с малым относительным удлинением при разрыве. Для крепления на защищаемом объекте подложка имеет термостойкий самоклеющийся слой 5, закрытый защитной пленкой 6. При этом, автономное устройство пожаротушения может изготавливаться с различным регулярным рельефом термоактивируемой поверхности: дискретные, регулярно расположенные неровности (в виде выступов) или непрерывные, регулярно расположенные неровности (в виде волн), что значительно увеличивает термоактивируемую площадь и повышает эффективность срабатывания микрокапсул, в том числе, расположенных во внутренних слоях композитного материала.
В качестве огнетушащего вещества (агента) используются ранее известные из патента RU 2469761 (заявка №2011125756 от 23.06.2011, МПК A62D 1/00, В82 В 3/00, опубликовано 20.12.2012, Бюл. №35) микрокапсулы размерами 50-400 мкм, имеющие размещенное внутри сферической полимерной оболочки, выполненной из отвержденного пространственно сшитого полимерного материала, ядро из огнегасящей жидкости из ряда озонобезопасных. Микрокапсулы способны взрывоподобно разрушаться при достижении температуры 90°С.
В качестве связующего используется кремнийорганический двухкомпонентный компаунд (силикон) холодного отверждения с малым относительным удлинением при разрыве - менее 150%, который относится к силиконам полисилоксановой группы.
В предложенной полезной модели компаунд (силикон) обладает следующими механическими свойствами:
- высокой гибкостью и эластичностью, которые позволяют применять его на сложных поверхностях, в том числе для защиты методом намотки на кабели, провода и т.п.;
- коэффициентом относительного удлинения при разрыве менее 150%, что позволяет осуществлять максимальный выход огнетушащего агента, при срабатывании микрокапсул, из всех слоев пластины и сокращает время подавления очага возгорания, что подтверждается проведенными исследованиями, представленными в таблице на Фиг. 2.
Компаунд способен сохранять свои свойства в широком диапазоне температур от -60 до +250°С и защищает микрокапсулы от неблагоприятных условий (повышенной влажности).
При этом, компоненты входят в состав композитного материала в следующем соотношении, в мас. %:
- микрокапсулы с огнетушащим агентом - 40-60;
- кремнийорганический компаунд - остальное.
В качестве подложки используется алюминиевая фольга толщиной 25-150 мкм, которая имеет на обратной стороне термостойкий самоклеящийся слой, закрытый защитной пленкой. Алюминиевая фольга способствует быстрому и равномерному распространению температуры, необходимой для срабатывания микрокапсул по всей площади устройства. Алюминиевая фольга так же позволяет сохранять заданную необходимую форму пластины при размещении ее в оптимальном месте защищаемого изделия.
Автономное устройство пожаротушения с регулярным и плоским рельефом поверхности представлено на Фиг. 3.
Основная составляющая теплообмена на ранних стадиях возгорания - конвективная, обусловленная восходящими потоками горячих газов, поэтому увеличение площади термоактивируемой (разогреваемой) поверхности устройства в виде регулярного рельефа 8 увеличивает, при нагревании, обьем единовременного выброса огнетушащего агента, по сравнению с устройством, имеющим плоский рельеф 7, где имеется очаг возгорания 9 и стрелками 10 обозначены направления выхода огнетушащего агента.
Результаты эксперимента, представленные на Фиг. 4, подтверждают влияние геометрии регулярного рельефа поверхности на скорость и полноту выхода огнетушащего агента при срабатывании микрокапсул, т.е. увеличение площади термоактивируемой поверхности за счет регулярного рельефа без изменения габаритных размеров устройства уменьшает время подавления очага возгорания. Образец 11 с регулярным рельефом поверхности прогревается быстрее образца 12 с плоской поверхностью и характеризуется более быстрым выходом огнетушащего агента и меньшим временем подавления очага возгорания. Масса агента во всех образцах до начала испытаний составляла 8 грамм. Огневая камера 20 литров.
Технический результат - автономное устройство пожаротушения, представляющее собой пластину на основе термоактивируемого микрокапсулированного огнетушащего агента и состоящее из следующих компонентов:
- подложки в виде алюминиевой фольги, способствующей быстрому и равномерному распространению температуры, необходимой для срабатывания микрокапсул по всей площади установки, с термостойким клейким слоем для ее крепления в защищаемом оборудовании;
- нанесенного на подложку композитного материала, имеющего регулярный рельеф поверхности, отличный от плоского: дискретные, регулярно расположенные неровности (в виде выступов) или непрерывные, регулярно расположенные неровности (в виде волн), что значительно увеличивает термоактивируемую площадь и повышает эффективность срабатывания микрокапсул, в том числе, расположенных во внутренних слоях композитного материала;
- микрокапсул, которые вместе со связующим составляют композитный материал, размерами 50-400 мкм, имеющих размещенное внутри сферической полимерной оболочки, выполненной из отвержденного, пространственно сшитого полимерного материала, ядро из огнегасящей жидкости из ряда озонобезопасных и способных взрывоподобно разрушаться при достижении температуры 90°С;
- связующего для микрокапсул в виде двухкомпонентного кремнийорганического компаунда холодного отверждения с малым относительным удлинением при разрыве,
- менее 150%, что позволяет осуществлять максимальный выход огнетушащего агента, при срабатывании микрокапсул, из всех слоев композитного материала и обладающего, после полимеризации, высокой гибкостью и эластичностью, которые позволяют применять его на сложных поверхностях в защищаемых от возгорания объектах.
Представленная полезная модель может применяться для подавления очагов возгорания в электрических щитах, розетках, электрических выключателях, пультах управления, шкафах телекоммуникации, кабельных каналах и др. в момент их возникновения, т.е. на начальных этапах развития возгорания.
Автономное устройство пожаротушения может производиться в промышленных масштабах и в настоящее время изготавливается на типовом оборудовании автоматизированной производственной линии.
Используемые первоисточники:
1. Патент RU 2616943 С1
2. Патент RU 109668 U1
3. Патент RU 2469761