Способ оценки горючих свойств веществ
METHOD OF ESTIMATING THE COMBUSTIBLE PROPERTIES OF SUBSTANCES

Изобретение относится к области противопожарной безопасности и предназначено для контроля качества противопожарных веществ, в том числе пропиток, покрытий.
Известен способ оценки горючести по ГОСТ 12.1.044-89. Группу горючести жидкостей и плавящихся твердых веществ определяют с помощью прибора, в котором в качестве нагревательного элемента используют тигельную электропечь, позволяющую создавать температуру до 900°С. Образец, массой 10 г, помещают в печь. Продолжительность нагрева 3 минуты. Если образец за это время не воспламеняется, то испытание прекращают. Если образец воспламеняется, то ему дают возможность разгореться. Тигель с горящим образцом выносят из электропечи, включают секундомер и определяют продолжительность самостоятельного горения образца. Если образец вне печи самостоятельно горит менее 5 с, то исследуемое вещество относят к группе трудногорючих. При времени самостоятельного горения 5 с и более проводят дополнительные испытания для определения температуры воспламенения и группы горючести. Материал относиться к негорючим в следующих случаях: если среднее из всех максимальных показаний термопар в печи и на наружной поверхности образца не превышает более чем на 50°С первоначально установленную температуру печи; если средняя потеря массы образцов не превышает 50% их начальной массы до введения в печь; средняя продолжительность плазменного горения не превышает 10 сек. Таким образом, рассмотренный способ определения горения материалов показывает, что даже незначительное на первый взгляд время в секундах позволяет при правильном выполнении способа делать верные заключения. Однако требуется сложное оборудование с термопарами, способ не точен, т.к. несмотря на то, что используется три показателя, показатели работают по принципу больше или меньше и горючий или нет материал, без индивидуального для материала показателя. Кроме того, недостатком известного способа является то, что он не позволяет осуществлять сравнение качества исследуемого противопожарного средства с другими, поскольку позволяет определить только, является ли вещество горючим или негорючим.
Известен способ проверки качества противопожарной пропитки спичек по патенту РФ №2341505 на изобретение, согласно которому перед зажжением среднюю часть спичечной соломки смачивают водой до состояния влажности, окончательно не предотвращающего ее горение, а о качестве противопожарной пропитки судят по остаточному тлению или не тлению смоченного участка спички. Недостатком данного способа является трудность равномерного распределения капли воды, а также оценка остаточного тления или нетления визуальным способом и неточность способа, т.к. нельзя ответить, какое противопожарное вещество позволяет больше или меньше тлеть. «Тлеющими считают спички, у которых сгоревшая часть отпадает с образованием серого налета пепла на углистом остатке спичечной соломки» (ГОСТ 1820-2001). Кроме того, недостатком известного способа является то, что он не позволяет осуществлять сравнение качества исследуемого противопожарного средства с другими.
Способ по патенту РФ №2341505 на изобретение принят в качестве наиболее близкого аналога (прототипа).
Техническая проблема, решаемая изобретением - создание простого, универсального экспресс-способа оценки (определения) горючих свойств веществ, качества противопожарных веществ.
Технический результат, достигаемый изобретением - упрощение способа оценки (определения, исследования) горючих свойств веществ, обеспечение возможности экспресс-оценки горючих свойств веществ, обеспечение универсальности способа, а также обеспечение возможности сравнения горючих свойств исследуемого вещества со свойствами ранее исследованных веществ, т.е. обеспечение возможности создания базы данных горючих свойств веществ.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе оценки горючих свойств веществ, при котором на спичечной соломке с нанесенной на нее противопожарной пропиткой выделяют отрезок, длина которого определяется расстоянием от головки спички до отметки, фиксирующей и визуализирующей конец отрезка, на спичку, не менее чем в пределах выделенного отрезка, наносят исследуемое вещество путем окунания в него спичечной соломки для равномерного поверхностного нанесения исследуемого вещества на спичку, зажигают головку спички, фиксируя при этом момент воспламенения, измеряют время прохождения фронтом пламени выделенного отрезка или измеряют время горения спички и расстояние, которое пройдет фронт пламени до прекращения горения, горючие свойства вещества оценивают по скорости распространения фронта пламени.
Горючие свойства вещества оценивают путем сравнения полученных результатов о скорости распространения фронта пламени с эталонными значениями.
В заявляемом способе на спичку наносят заданное количество исследуемого материала. От головки спички на спичечной соломке задают отрезок, который может быть свободно визуализирован, например, 10-40 мм от головки спички. Исследуемый материал должен содержаться на спичечной соломке как минимум на указанном отрезке. Поджигают головку спички, фиксируя при этом момент времени, при котором произошло воспламенение спички. Измеряют период времени с момента воспламенения до момента прекращения горения (тления), одновременно фиксируя путь, пройденный фронтом пламени в пределах отрезка. Если фронт пламени не потух в пределах выделенного отрезка, измеряют время, в течение которого фронт пламени прошел выделенный отрезок с момента воспламенения.
Результаты замеров (времени горения до тления или прохождения фронтом пламени выделенного отрезка; пути, пройденного фронтом пламени до момента прекращения горения), проведенных при осуществлении способа, можно четко фиксировать аппаратными средствами и заносить в базы данных для последующего их сравнения с результатами исследований других образцов веществ.
Т.е. заявляемый способ позволяет осуществлять статистическую обработку большого количества сведений о горючих свойств веществ и позволяет осуществлять сравнение различных веществ по горючим свойствам.
Заявляемым способом возможно оценивать горючие свойства как противопожарных защитных веществ (в этом случае, как правило, фронт пламени после воспламенения потухнет раньше, чем достигнет конца выделенного отрезка), так и веществ, способствующих горению (в этом случае, горючие свойства будут оцениваться по периоду времени от момента воспламенения до достижения фронтом пламени конца выделенного отрезка).
Параметры исследуемых веществ целесообразно сравнивать с соответствующими заранее выбранными эталонными значениями измеряемых согласно заявляемому способу параметров.
Хранение эталонных параметров обеспечивается в этих же базах данных. Таким образом, обработка значений параметров, полученных при осуществлении заявляемого способа, возможна посредством ЭВМ.
Для осуществления заявляемого способа необходимо иметь эталонные значения относительной скорости фронта пламени готовой спичечной соломки (спички) по ГОСТ 1820-2001.
Для осуществления заявляемого способа необходимо выбрать размер выделяемого отрезка, например 10-40 мм. Выбор длины выделяемого отрезка определяется следующим - чем меньше путь, который проходит фронт пламени, тем меньше достоверность способа; чем длиннее путь, который проходит фронт пламени, тем более достоверными будут результаты исследований.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Выделяют отрезок в 30 мм от головки спички. Отмечают его на спичечной соломке так, чтобы можно было его визуализировать (карандашом, ручкой, насечкой и т.п.). На образец наносят жидкие, вязкие, твердые (порошки) продукты окунанием, при этом держат образец за край с горючим наполнителем (за головку спички). Метод нанесения исследуемого вещества на спичку окунанием позволяет достаточно равномерно нанести материал на образец. В жидкие вещества опускают образец два раза вертикально. В порошки опускают образец также вертикально три раза в разные точки поверхности стакана с порошком. После этого лишний порошок встряхивают на стеклянную или другую ровную поверхность, ударив по этой поверхности вертикально одним концом образца. Если образец покрыт материалом неравномерно, то будет визуально наблюдаться неравномерный угол загиба обуглившегося образца. С противоположной стороны от головки спички образец закрепляют в горизонтальном положении с помощью держателя (лапки), закрепленном на штативе, поскольку согласно ГОСТ 1820-2001 пламя со спичечной головки должно переходить на спичечную соломку при горизонтальном положении. Для зажигания спичечной соломки может быть выбран самый простой способ зажигания ее головки другой горящей спичкой, как в прототипе. Под зажиганием понимают начало пламенного горения образца. Желательно отделить штатив со спичкой небольшой стеклянной перегородкой от исследователя, который в ручную спичкой зажигает горизонтально расположенный образец. На результат не будет влиять влага дыхания исследователя и сквозняки помещения. Одновременно с зажиганием включают секундомер.
Замеряют:
- время достижения фронтом пламени отмеченной границы выделенного отрезка (30 мм) вдоль образца, или, если пламя потухает раньше, не достигнув отмеченной границы, то измеряют время горения, с.
- если 30 мм выделенного отрезка образца обугливается не полностью (пламя потухает раньше, не достигнув отмеченной границы), то замеряют линейкой длину не обугленного вещества (x) и определяют длину обугленного образца по формуле: 30 - x, мм.
Рассчитывают скорость распространения фронта пламени: длина обугленного образца, мм/время горения, с. Оказалось, что маленький размер образца (спичка) позволяет быстро и точно фиксировать изменения в горении. Размер образца небольшой, температура зажигания высокая, поэтому наблюдается объемное горение спичечной соломки. Точность заявляемого способа обусловлена тем, что он позволяет четко фиксировать момент воспламенения - момент, когда воспламеняется спичечная головка (практически мгновенно). Геометрические параметры спичек определяются ГОСТом, поэтому сравнение результатов исследований, полученных в отношении различных веществ, будут справедливыми и сопоставимыми, т.к. получены в отношении сходных, уже готовых, образцов (спичек). Параметры, выбранные в качестве контролируемых, легко измеряются и визуализируются. Для осуществления способа не требуется изготовления специальных образцов, не требуется сложного оборудования.
Заявляемый способ является универсальным, т.к. позволяет оценивать горючие свойства как защитных противопожарных веществ, так и веществ, способствующих горению.
В способе используются в качестве исходного древесного материала обычные спички, находящиеся в продаже. В готовых спичках имеется противопожарная пропитка, нанесенная на спичечную соломку. Однако качество противопожарной пропитки учитывается нами в определяемых эталонных значениях относительной скорости фронта пламени готовой спичечной соломки (спички).
При многократном повторении опытов было установлено, что результаты исследований имеют хорошую сходимость, которая нарушается только при использовании некачественных спичек (изломанная соломка, отечная спичечная головка, спичечная головка менее 2,5 мм), согласно ГОСТ 1820-2001.
Приводятся примеры 1-5 опытов, проведенных при исследовании порошковых противопожарных материалов.
О качестве противопожарного материала судят по скорости распространения пламени: отношение длины обугленного образца, мм к времени горения, с.
Пример 1
Определяют параметры необработанного образца.
Проводят неоднократные замеры времени, в течение которого фронт пламени проходит выделенный отрезок длиной 30 мм:
- время (с) составляет - 17 ,21, 19, 19, 21, 17, 18, 20, 18, 17, 17, 18. Среднее время прохождения фронтом пламени отрезка длиной 30 мм на необработанном образце составляет 17 с.
Скорость фронта пламени необработанного образца составляет:
30 мм/17с = 1,77 мм/с (100%).
Для последующего анализа принимаем скорость движения фронта пламени для необработанного образца за 100%.
Примеры 2 и 3 приведены, когда выбранный путь в 30 мм фронтом пламени проходит полностью.
Пример 2
Порошок из огнетушителя.
Проводят неоднократные замеры времени (с), в течение которого фронт пламени проходит выделенный отрезок длиной 30 мм: 20, 19, 19, 19, 19, 19. Среднее время прохождения фронтом пламени отрезка длиной 30 мм составляет 19 с.
Скорость фронта пламени составляет:
30 мм/19с = 1,57 мм/с.
Если 1,77 мм/с = 100%, то 1,57 мм/с = 89% от необработанного образца.
Пример 3. Образец обработан тальком.
Проводят неоднократные замеры времени (с), в течение которого фронт пламени проходит выделенный отрезок длиной 30 мм - 18, 17, 18, 23, 24, 20, 20, 22, 21. Среднее время прохождения фронтом пламени отрезка длиной 30 мм составляет 20 с.
Скорость фронта пламени составляет: 30 мм/20с = 1,50 мм/с (85% от необработанного образца).
Применение данных порошков говорит о том, что тальк лучше защищает от пламени, чем порошок из огнетушителя.
Примеры 4 и 5 приведены, когда выбранный путь в 30 мм фронтом пламени проходит не полностью в связи с тем, что горение прекращается раньше, чем фронт пламени достигнет конца выделенного отрезка.
Пример 4
3
Образец обработан карбонатом кальция, СаСО.
Отрезок длиной 30 мм образца обугливается не полностью за время (с):
- за 24 с обуглено 30 мм;
- за 23 с обуглено 28 мм;
- за 25 с обуглено 22 мм;
- за 27 с обуглено 30 мм;
- за 22 с обуглено 26 мм.
Среднее время горения составляет 23 с.
Скорость фронта пламени составляет: 27 мм/24с = 1,14 мм/с (64% от необработанного образца).
Пример 5
3
Образец обработан гидрокарбонатом натрия, NaHCO. Отрезок длиной 30 мм образца обугливается не полностью за время (с):
- 17 с (обуглилось 13 мм);
- 19 с (обуглилось 13 мм);
- 13 с (обуглилось 7 мм);
- 12 с (обуглилось 7 мм);
- 17 с (обуглилось 17 мм);
- 11 с (обуглилось 8 мм);
- 20 с (обуглилось 15 мм);
- 11 с (обуглилось 7 мм).
Среднее время горения составляет 15 с (в среднем обуглилось 10,9 мм). Скорость фронта пламени составляет: 19,9 мм/15с = 0,73 (41% от необработанного образца).
3
3
Таким образом, качество данных порошков говорит о том, что гидрокарбонат натрия, NaHCO (41%) лучше защищает от пламени, чем карбонат кальция, CaCO (64%), тальк (85%), порошок из огнетушителя (89%).
Примеры результатов жидких материалов (водных растворов).
Примеры 6-9 приведены, когда выбранный путь в 30 мм фронтом пламени проходит не полностью в связи с тем, что горение прекращается раньше, чем фронт пламени достигнет конца выделенного отрезка.
Пример 6
Образец обработан водой дистиллированной (окунание 1 раз). Отрезок длиной 30 мм образца обугливается не полностью за время (с):
- 16 с (обуглилось 10 мм);
- 16 с (обуглилось 13 мм);
- 14 с (обуглилось 11 мм);
- 13 с (обуглилось 8 мм);
- 12 с (обуглилось 7 мм);
- 12 с (обуглилось 10 мм);
- 12 с (обуглилось 11 мм).
Среднее время горения составляет 14 с (в среднем обуглилось 10 мм). Скорость фронта пламени составляет 10 мм/14с = 0,72 мм/с (41% от необработанного образца).
Пример 7
Обработка водой дистиллированной окунанием два раза. Отрезок длиной 30 мм образца обугливается не полностью за время (с):
- 18 с (обуглилось 10);
- 16 с (обуглилось 12);
- 18 с (обуглилось 13);
- 18 с (обуглилось 10);
- 13 с (обуглилось 10).
Среднее время горения составляет 16 с (обуглилось 11 мм).
Скорость фронта пламени составляет 11/16 = 0,69 мм/сек (39% от необработанного образца).
Количество окунаний при сравнении должно быть одинаково, чтобы было нанесено одно и то же количество вещества.
Пример 8
Образец обработан водой из скважины. Окунание 1 раз.
Отрезок длиной 30 мм образца обугливается не полностью за время (с):
- 20 (обуглилось 12 мм);
- 14 (обуглилось 14 мм);
- 21 (обуглилось 13 мм);
- 17 (обуглилось 11 мм);
- 16 (обуглилось 14 мм);
- 19 (обуглилось 13 мм).
Среднее время горения составляет 17 с (обуглилось 13 мм).
Скорость фронта пламени составляет: 13 мм/17с = 0,77 мм/с (44% от необработанного образца).
Пример 9
Образец обработан водным раствором пирокатехина 100 мг/л. Окунание один раз. Отрезок длиной 30 мм образца обугливается не полностью за время (с):
- 12 (обуглилось 12 мм);
- 15 (обуглилось 12 мм).
Среднее время горения составляет 14 с (обуглилось 12 мм).
Скорость фронта пламени составляет 12/14 = 0,86 мм/с (49% от необработанного образца).
Разница с показанием для дистиллированной воды (41%) и воды из скважины (44%), раствора пирокатехина (49%) объясняется тем, что поверхностная активность, смачивание воды с растворенными веществами другая. Это подтверждает хорошую точность метода.