ОГНЕЗАЩИТНЫЙ ВСПУЧИВАЮЩИЙСЯ СЛОИСТЫЙ МАТЕРИАЛ

Полезная модель относится к получению огнезащитного слоистого материала, который может быть использован в строительстве, авиации, машиностроении и судостроении для защиты различных конструкций из металла, дерева и полимерных материалов, кабельной продукции с резиновой или полиэтиленовой оплеткой, машин и оборудования от воздействия огня в случае возникновения пожара, а также способного защитить металл от коррозии в условиях обычной эксплуатации.
В обычных условиях эксплуатации вспучивающийся «пеногенный» слой имеет фиксированную толщину. При высокотемпературном нагреве или при воздействии открытого пламени материал увеличивается по толщине до 30-100 раз, т.к. образуется вспученное мелкопористое покрытие в виде угольной пены, а коэффициент теплопередачи приближается к коэффициенту теплопередачи воздуха. Это значительно снижает температуру защищаемой поверхности за счет удаления от нее фронта теплового воздействия и снижения плотности и теплопроводности самого покрытия. Таким образом, принцип огнезащитного действия состоит в уменьшении глубины и скорости прогрева защищаемой поверхности за счет повышенного термического сопротивления.
Известен огнезащитный вспучивающийся материал, состоящий из стеклоткани с нанесенным на нее слоем поливинилхлоридной композиции, содержащей ПВХ, диоктилфталат, пентаэритрит и диаммоний фосфат (Патент РФ №2091424, опубл. 27.09.1997). Хотя при нагревании вспучивающийся материал и увеличивается в объеме, препятствуя проникновению теплового потока к защищаемому изделию, однако он растрескивается. Это приводит к увеличению теплопроводности защищающего слоя, прогарам этого слоя и к его сносу с защищаемого изделия. Кроме того, используемый в полимерной композиции пластификатор диоктилфталат поддерживает горение, к тому же состав огнезащитного материала при нагревании разлагается с выделением вредных для живых организмов газов.
Известен также огнезащитный вспучивающийся материал для защиты металлических и неметаллических изделий, представляющий собой слой волокнистого материала с нанесенным на него слоем полимерной вспучивающейся композиции на основе кремнийорганического каучука марки СКТН-Ф с газообразователями, минеральными и органическими наполнителями (Патент РФ №2260029, опубл. 27.02.2005).
Однако, формирование данного материала является весьма трудоемким, поскольку производится непосредственно в процессе монтажа на защищаемую поверхность путем нанесения огнезащитной композиции методом напыления в струе сжатого воздуха при давлении 1-2 атмосфер на плоское изделие с последующим выкладыванием слоя трикотажного полотна к поверхности вспучивающегося слоя, его прикаткой и фиксацией по периметру образца с последующей технологической выдержкой для вулканизации вспучивающегося слоя.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели, принятым за прототип, является огнезащитный вспучивающийся слоистый материал, содержащий гибкую основу и огнезащитный полимерный слой, содержащий интеркалированный графит, каолин, аэросил, хлорпарафин, полифосфат аммония и хлоропреновый каучук. В качестве гибкой основы можно использовать хлопчатобумажные ткани, кордовую ткань, стеклоткань, нетканый гибкий материал - бумагу, пластик, фольгу - металлическую и графитовую и т.д. толщина огнезащитного полимерного слоя 2,0 мм (Патент РФ 50912, опубл. 27.01.2006 г.).
Хотя этот материал характеризуется хорошими огнезащитными свойствами и в процессе пожара кокс сохраняет геометрические формы, однако материал имеет следующие серьезные недостатки:
1. Недостаточные огнезащитные свойства. Так, степень расширения материала не более 2000%, температура на необогреваемой стороне металлической пластины составляет более 280°C, наличие остаточного горения в течение 5-7 секунд после удаления пламени;
2. Отсутствие адгезии у материала. Это приводит к необходимости применения специальных крепежных средств для обеспечения надежного монтажа материала на поверхностях любой формы из металла, дерева, пластика и т.п.;
3. Отсутствие у материала способности обеспечить антикоррозионную защиту при его монтаже на металлическую поверхность;
4. Низкая экологичность и высокая взрывоопасность способа производства материала из-за использования токсичных и пожароопасных органических растворителей - этилацетата и бензина, крайне вредных для организма человека.
Сущность полезной модели
Задачей полезной модели является создание огнезащитного вспучивающегося слоистого материала, включающего гибкую основу и огнезащитный полимерный слой, который имел бы более высокие огнезащитные свойства, высокую адгезию и способность обеспечить антикоррозионную защиту металлической поверхности, производство, которого экологично и безопасно.
Поставленная задача решена огнезащитным вспучивающимся слоистым материалом, включающим гибкую основу и огнезащитный полимерный слой, в котором в качестве гибкой основы он содержит бумагу с двухсторонним антиадгезионным покрытием, между гибкой основой и огнезащитным полимерным слоем расположен слой акриловой дисперсии, противоположная сторона огнезащитного полимерного слоя закрыта гидроизоляционным материалом, а огнезащитный полимерный слой выполнен из композиции, содержащей следующие компоненты в следующем соотношении, масс. %:
Хлорсульфированный полиэтилен
8,0-12,0
Пентаэритрит
12,0-20,0
Сахароза
5,0-8,0
Аммофос
18,0-28,0
Дициандиамид
10,0-15,0
Карбамид
5,0-8,0
Тетраборат натрия водный
5,0-8,0
Пудра оксида кремния
2,0-5,0
Эфир глицериновый таловой канифоли
0,6-1,0
Полиэтилен высокого давления в виде пленки
1,0-2,0
Трихлорпропилфосфат
1,5-3,0
Хлорпарафин-470
4,0-6,0
Высокомолекулярный полиизобутилен-200
2,0-4,0
Этилсиликат-32
0,3-0,8
при этом толщина огнезащитного полимерного слоя составляет 1,1-1,5 мм.
При использовании огнезащитного полимерного слоя меньшей толщины огнезащитные свойства будут недостаточными, при большей толщине огнезащитного полимерного слоя увеличится стоимость огнезащитного слоистого материала, что делает не выгодным его использование.
На фигуре изображен разрез конструкции заявленного огнезащитного вспучивающегося слоистого материала. Материал содержит гидроизоляционный материал (1), огнезащитный полимерный слой (2), слой акриловой дисперсии (3), антиадгезионное покрытие (4), слой бумаги (5) и антиадгезионное покрытие (6).
Полезная модель позволяет обеспечить следующие преимущества:
1. Более высокие огнезащитные свойства. Так, степень расширения материала не менее 4000%, температура на необогреваемой поверхности не выше 200°C, полное отсутствие остаточного горения.
2. Материал имеет высокую адгезию к любым материалам - металлу, дереву, пластику и т.п. благодаря наличию в нем липкого клеевого монтажного слоя. Этим обеспечивается простота, технологичность, экономичность монтажа материала на поверхности любой сложности и конфигурации - вертикальные, обратные, острые углы, изгибы, неровности и т.п.
3. При монтаже на металлическую поверхность материал обеспечивает этой поверхности высокую антикоррозионную защиту, т.к. липкий клеевой монтажный слой обеспечивает герметичность монтажа.
4. Производство заявленного материала является безвредным и пожаробезопасным, т.к. не требует применения органических растворителей.
Это приводит еще и к экономии на себестоимости безвозвратно теряемых растворителей, на вентиляции, на мероприятиях по технике безопасности и на возможности использовать более дешевое оборудование в обычном, а не во взрывозащищенном исполнении.
Кроме этого, поскольку заявленный материал имеет температурный диапазон его эксплуатации от минус 40°C до плюс 60°C, это дает возможность производить его монтаж даже в не отапливаемых помещениях.
Состав полимерного слоя позволяет изготовить материал легкий, тонкослойный, не утяжеляющий конструкцию, но обеспечивающий при этом высокую огнезащищенность.
Огнезащитный материал обладает следующими показателями пожарной безопасности (сертификат соответствия № C-RU. ПБ 64. В. 00008):
- группа горючести - слабогорючие (Г1);
- группа воспламеняемости - умеренновоспаменяемые (В2);
- группа дымообразующей способности - с умеренной дымообразующей способностью (Д2);
- группа токсичности продуктов горения - умеренноопасные (Т2).
Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения полезной модели.
Для изготовления заявленного огнезащитного слоистого материала могут быть использованы следующие материалы:
- Хлорсульфированный полиэтилен (ТУ 2211-063-56856807-05);
- Пентаэритрит (ГОСТ 9286-89);
- Сахароза (ГОСТ 22-94);
- Аммофос (ТУ 2186-670-00209438-01);
- Дициандиамид (ГОСТ 6988-73);
- Карбамид (Мочевина Марка А ГОСТ 2081-92);
- Тетраборат натрия водный (Марка Б ГОСТ 8429-77);
- Эфир глицириновый таловой канифоли (ТУ 13-0028-1074-162-98);
- Пудра оксида кремния (ТУ 2169-001-21633301-12);
- Полиэтилен высокого давления в виде пленки (ГОСТ 10354-82);
- Трихлорпропилфосфат (ТУ 2493-320-05763441-2000);
- Хлорпарафин-470 (ТУ 6-01-16-90);
- Полиизобутилен-200 (ГОСТ 13303-86);
- Этилсиликат-32 (ТУ 2435-397-05763441-03).
В качестве гидроизоляционного материала может быть использована, например, полиэтилентерефталатная пленка толщиной не более 12 мкм, металлизированная полиэтилентерефталатная пленка толщиной не более 12 мкм или полиэтиленовая пленка толщиной не более 12 мкм.
При изготовлении материала может быть использована, также, например, клеепереносная акриловая лента FP-1-60, представляющая собой слоистый рулонный материал, включающий гибкую основу, состоящую из слоя бумаги с двухсторонним антиадгезионным покрытием, на одном из которых расположен клеевой слой на основе акриловой дисперсии.
Заявленный вспучивающийся слоистый материал изготавливают следующим образом:
Сначала хлорсульфированный полиэтилен совместно с полиизобутиленом пластицируют на вальцах в течение 2-3 минут. Затем в предварительно нагретом до 70°C двухроторном смесителе закрытого типа с 2-образными мешалками перемешивают пластицированную полимерную составляющую и остальные компоненты до гомогенного состояния. Затем формируют полотно огнезащитного полимерного слоя толщиной 1,1-1,5 мм с помощью двухвалкового калибровочного узла. Далее проводят операцию дублирования полотна огнезащитного полимерного слоя с гидроизоляционным материалом и с клеепереносной акриловой лентой при помощи дублировочных валов. При необходимости материал режут на листы или ленты требуемого размера.
Для получения корректных сравнительных данных слоистый огнезащитный материал по прототипу и заявленной полезной модели испытывали одинаково.
Группу горючести огнезащитного материала определяли по ГОСТ 12.1.044-89.ССБТ «Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения».
Огнезащитные свойства материала оценивали по следующим показателям:
1. Степень расширения, %:
Степень расширения определяли в соответствии с ТУ 5779-004-73212626-2012. Образец в металлической кювете помещают в муфельную печь, предварительно нагретую до (800±25)°C и выдерживают в печи (5,0±0,1) мин. После выемки из печи каждую кювету выдерживают при комнатной температуре не менее 15 мин. до полного остывания. После остывания проводят замер толщины терморасширенного слоя.
Степень расширения П, %, образца материала определяют по формуле:
,
где H - толщина терморасширенного слоя, мм;
h - толщина терморасширяющегося слоя мм.
2. Температура на не обогреваемой стороне металлической пластины, °С.
Образец монтируется на металлическую пластину (Ст3), толщиной 0,8 мм с жестко закрепленной на не обогреваемой стороне термопарой для измерения возрастания температуры. Не обогреваемая сторона пластины изолируется теплоизоляционным слоем из 3 слоев базальтового волокна, толщиной по 20 мм и асбестовой плитой, толщиной 5 мм, для исключения влияния теплообмена с окружающей средой. На поверхность образца огнезащитного материала действуют открытым пламенем пропан - кислородной горелки с температурой (1000-1100)°C в течение 30 минут и фиксируют температуру на не обогреваемой стороне металлической подложки через каждые 5 минут.
3. Время остаточного горения (в секундах) определяют после 60 секундного воздействия пламени пропан - кислородной горелки с температурой (1000-1100)°C.
Об адгезии огнезащитного материала в соответствии с ТУ 5772-006-48214265-2001 судили по прочности связи материала с металлической поверхностью (ст. 3) при отслаивании под углом 90°, оцениваемую на разрывной машине с целой деления шкалы силоизмерителя 0,02 и скоростью подвижного зажима (100±10) мм/мин.
Антикоррозионную защиту металлической поверхности оценивали по наличию или отсутствию следов коррозии на металле после выдержки материала, монтированного на металлическую подложку Ст. 3, в 5%-м солевом растворе в течение 14 дней при температуре (35±2)°C. Для оценки способности прототипа обеспечить антикоррозионную защиту металлу, его в виде ленты наматывали на металлическую трубу.
Слоистый огнезащитный материал по прототипу:
- гибкая основа - стеклоткань PS-1000 толщиной 1 мм
- защитный полимерный слой следующего состава, масс. %:
Хлоропреновый каучук
48,0
Каолин
3,0
Полифосфат аммония
1,0
Хлорпарафин-470
12
Интеркалированный графит
35
Аэросил
1,0
Составы огнезащитного полимерного слоя заявленного материала и его свойства приведены в таблице.
Как с очевидностью следует из таблицы, заявленный материал существенно превосходит прототип по огнезащитным, физико-механическим и технологическим показателям, а способ производства экологичен и пожаробезопасен.
Таблица
Составы огнезащитного полимерного слоя и свойства слоистого материала
Компоненты полимерного слоя, масс. %
Примеры
1
2
3
4
5
6
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
8
1 Хлорсульфированный полиэтилен
8,0
10,0
10,0
9,0
12,0
11,0
2 Пентаэритрит
17,0
18,0
20,0
19,0
12,0
15,0
3 Сахароза
8,0
6,0
5,0
5,0
8,0
7,0
4 Аммофос
18,0
27,0
22,0
25,0
28,0
24,0
5 Дициандиамид
15,0
11,0
12,0
13,0
10,0
14,0
6 Карбамид
8,0
6,0
7,0
5,0
8,0
5,0
7 Тетраборат натрия водный
6,0
5,0
8,0
7,0
5,0
8,0
8 Пудра оксида кремния
5,0
3,5
3,4
2,0
5,0
3,0
9 Эфир глицериновый таловой канифоли
0,6
1,0
0,8
1,0
0,7
0,6
10 Полиэтилен высокого давления в виде пленки
2,0
1,2
1,0
2,0
1,8
2,0
11 Трихлорпропилфосфат
2,0
2,5
3,0
1,5
3,0
1,8
12 Хлорпарафин-470
6,0
5,0
4,0
6,0
4,0
5,0
13 Высокомолекулярный полиизобутилен-200
4,0
3,5
3,0
4,0
2,0
3,0
14 Этилсиликат-32
0,4
0,3
0,8
0,5
0,5
0,6
Свойства слоистого материала
1. Толщина, мм
1,1
1,5
1,4
1,2
1,3
1,1
2,0
1
2
3
4
5
6
7
8
2. Степень расширения, %
4000
4500
4500
4000
4200
4000
2000
3. Температура на необогреваемой поверхности через 30 минут, °C
198
170
176
196
192
198
280
4. Остаточное горение, с
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
5-7
5. Прочность связи с металлической поверхностью при отслаивании, Н/см
5,0
5,4
5,2
5,8
5,6
5,8
отсутствуют
6. Антикоррозионная защита, следы коррозии
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
присутствуют