Взаимосвязи структуры композита с эксплуатационными свойствами и огнестойкостью полимерных материалов

применением дескрипторов // Пожарная безопасность. 2013. - № 1. - С. 7074.

4. Калач А.В., Карташова Т.В., Сорокина Ю.Н., Спичкин Ю.В. Оценка пожароопасных свойств органических соединений с применением дескрипторов // Пожаровзрывобезопасность. 2013. - Т.22. - № 2. - С.18-21.

5. Калач А.В., Карташова Т.В., Сорокина Ю.Н. Применение дескрипторов при прогнозировании пожароопасных свойств фармацевтических препаратов // Пожарная безопасность. 2013. - №3. - С. 105-108.

6. Сорокина Ю.Н., Черникова Т.В., Калач А.В., Калач Е.В., Пищальников А.В. Влияние структуры молекулы на показатели пожароопасности азотсодержащих органических веществ // Пожаровзрывобезопасность. 2013. - Т. 22. - № 11. - С. 12-16.

7. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: справочник в 2-х ч. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Асс. «Пожнаука», 2004. - Ч. 1. - 713 с.; - Ч. 2. - 774 с.

ВЗАИМОСВЯЗИ СТРУКТУРЫ КОМПОЗИТА С ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ

И ОГНЕСТОЙКОСТЬЮ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В.Н. Старов, профессор, д.т.н.

А.В. Гуров, начальник кафедры, к.т.н.

Воронежский институт ГПС МЧС России, г.Воронеж

Одним из эффективных и апробированных за последние годы направлений развития машин и оборудования является использование в их составе систем из металлополимерных, сложнополимерных, трудно сгораемые материалов, которые под действием огня и высокой температуры с трудом воспламеняются. Эти материалы тлеют или обугливаются только при наличии источника огня, а при его отсутствии горение или тление прекращается.

Нами исследованы основные требования к эксплуатационным свойствам материалов и деталей из композиционных фторопластов в зависимости от вида и структуры полимеров. Рассмотрена роль вида и структуры композиционных фторопластовых материалов в повышении огнестойкости и работоспособности изделий из них.

Причинами пожаров и взрывов на промышленных объектах помимо нарушения мер безопасности и технологического режима нередко являются неисправности электрооборудования, запорной арматуры, отсутствие заглушек, самовозгорание веществ, ненадежность оборудования, имеющего комплектующие, постоянно подвергающиеся

процессам интенсивного износа и др. Важным направлением развития триботехнических элементов и узлов оборудования является повышение надежности, долговечности и безопасности изделий за счет использования качественных деталей, обладающих набором высокоресурсных свойств материалов с малым коэффициентом трения, повышенной износостойкостью, высокими прочностными характеристиками и малыми негативными воздействиями на окружающую среду.

Важное место в технике сегодня принадлежит эластомерным материалам. Особое и перспективное место среди новых материалов с малым трением и высокой огнестойкостью занимают композиционные огнестойкие полимерные материалы сокращенно - КПМ. Их применяют, как указы в узлах уплотнительной техники, гидро- и пневмосистемах оборудования; в качестве покрытий направляющих узлов станков и роботов; подшипниках скольжения; в колодочных тормозах подъемно -транспортных устройств, оборудовании, где КПМ незаменимы.

Сложной задачей является определение рациональных технических возможностей, проявляющихся в условиях реальной эксплуатации разнообразных деталей из КП. Это позволяет не только определить и уточнить области применения полимерных композиций, но и дает возможность прогнозировать, проектировать компоненты оборудования с высокой надежностью и высокими эксплуатационными свойствами и высокую огнестойкость.

В настоящее время весьма разнообразен ассортимент выпускаемых уплотнителей, это прокладки и кольца с различной конфигурацией сечения, монолитные и губчатые уплотнители, резиновые, резинометаллические и резинотканевые манжеты, резинометаллические клапаны, мембраны, диафрагмы, сильфоны, профили и др. Их размеры находятся в широком диапазоне: от миниатюрных (с диаметрами в несколько миллиметров) до достигающих по периметру несколько десятков метров (это длинномерные уплотнения).

При сравнительно простых технологиях получения сопряженных металлических поверхностей благодаря уникальному комплексу свойств уплотнители из резины обеспечивают высокую герметичность в самых разнообразных условиях эксплуатации. Эксплуатационные условия уплотнительных изделий разнообразны, в том числе, жидкие, газообразные, инертные и агрессивные рабочие среды. У них широкий рабочий температурный диапазон: от -60 до +250оС. Такие изделия выдерживают высокие давления (до 100 МПа) и глубокий вакуум (до 10...11 Па).

Особым и хорошо себя зарекомендовавшим в эксплуатации материалом, который способен выдержать большие нагрузки, давления, а также имеет небольшой коэффициент трения и высокую огнестойкость, является фторопласт-4 (Ф-4). Применение его в качестве

конструкционного материала элементов оборудования во многом удовлетворяет жестким требованиям эксплуатации. Однако в целом, ситуацию, связанную с использованием Ф-4 в качестве конструктивных элементов техники, во многих случаях можно считать решенной лишь удовлетворительно.

Анализ показывает [1,2], что изменения технологических параметров получения композиций существенно сказывается на прочностных показателях изделий. Так, увеличение температуры сварки пленки и основы с 350 до 370°С способствует изменению прочности при растяжении пленки на 14-19% для «Нафтлена» и на 50-52% для «Даклена».

Существует диапазон рациональных температур сварки (близких для обоих материалов) к 350 °С. Показатель прочности при растяжении образцов, полученных при рациональной температуре 350 °С, на 25% (для «Нафтлена») и на 56% (для «Даклена») выше, чем прочность образцов, полученных при температуре 370 °С. При этой температуре происходит полное спекание волокон и пленки фторопласта-4 в монолитный блок.

Наличие дефектов волокон и материала значительно снижают прочностные характеристики детали, причем эти величины могут составлять 45-50% от теоретически расчетной прочности. Следовательно, в перечень требований к дефектамизделий из КПМ должно входить условие - отсутствие первоначальных дефектов на исходных материалах и тканевой основе. Повышение способности материала противостоять разрушению не требует равномерного увеличения энергии всех связей между элементами структуры материала, поэтому особое внимание при создании и эксплуатации изделий из КП следует уделять виду и структуре материала, его внутренней конструкции.

В качестве критериев оценки композиционных полимеров целесообразно выбирать следующие показатели: сохранения структуры материала (особенно его тканевой основы); сохранение монолитного фторопластового слоя на лицевой стороне; отсутствие расслаивания на составляющие волокна основы конструкции, а также основные показатели пожаро- и взрывоопасности (температуры вспышки, самовоспламенения и воспламенения веществ). Известно, что температуры вспышки, самовоспламенения и воспламенения горючих веществ определяются экспериментально или расчетом (ГОСТ 12.1.044-89); нижний и верхний концентрационный предел - экспериментально или руководствуясь «Расчетом основных показателей пожаро- и взрывоопасность веществ и материалов». При этом пожаро- и взрывоопасность определяется параметрами пожароопасности и количеством используемых в технологических процессах материалов, конструктивными особенностями и режимами работы машин и оборудования, наличием источников зажигания и условий для быстрого распространения огня. Исходят из того, что пожароопасность веществ характеризуется линейной (см/с) или

массовой (г/с) скоростями горения, а также предельным содержанием кислорода.

При горении твердых веществ (в том числе КПМ) скорость поступления летучих компонентов непосредственно связана с интенсивностью теплообмена в зоне контакта пламени и твердой поверхности. Массовая скорость выгорания (г/м2-с) зависит от теплового потока с поверхности, физико-химических свойств твердого горючего и выражается формулой:

V=а - а) / ч,

Л

где V - массовая скорость выгорания материала, г/м -с; Ql, -тепловой

Л

поток от зоны горения к твердому горючему, кВт/м ; р2 - теплопотери

Л

твердого горючего в окружающую среду, кВт/м ; д - количество тепла для образования летучих веществ, кДж/г.

На эксплуатационные свойства изделий из Ф-4 и КОПМ немалое влияние оказывает технология формирования самой конструкции. Например, если на поверхность тканевого материала на лицевую сторону приварить фторопластовую пленку толщиной 100 мкм, то его прочность при сжатии повышается до 640 МПа (для «Нафтлена») и до 1430 МПа (для «Даклена») [1]. В процессе сварки благодаря проникновению фторопластовой пленки в поверхностные слои ткани и одновременному воздействию температуры образуется монолитный слой полимера, выполняющий роль оболочки, внутри которой расположено множество прядей из волокон и создается структура конструкции.

При решении задач повышения работоспособности и огнестойкости специальных элементов (компонентов) оборудования и машин, необходимо учитывать следующие положения. Для увеличения прочности изделий из полимерных материалов необходимо, чтобы реализовывались, по крайней мере, два типа связей:

1) прочных, обеспечивающих противодействие разделения тела детали на части;

2) неустойчивых (лабильных), разрывов, перегруппировка которых соответствует рассеиванию энергий, освобождающейся в результате осуществления разрушения (разрыва) материала (пленки, волокна).

С усложнением композиции, наличие двух типов связей и ориентация прочных связей в требуемом направлении могут быть обеспечены в двух или многокомпонентных системах, в которых наиболее прочный ориентирован в нужном направлении

На управление структурой композиционных полимеров влияют физические или физико-химические поля, накладываемые из вне системы (композиции) материала. Этому необходимо уделить особое внимание в исследовании работоспособности и огнестойкости изделий из сложных композиционных полимерных материалов и при разработке технологий получения деталей и узлов.

При создании (проектировании, изготовлении) КП, из которого делают элементы машин и оборудования, необходимо учитывать ряд требований, относящихся к области технологической наследственности конструкции материала, имеющих хорошие показатель пожаро- и взрывоопасности и обладающие малыми негативными воздействиями на окружающую природную среду.

Список использованной литературы

1. Лагунов В.С. Системные исследования структурированных полимеров. Монография. [Текст]. В.С. Лагунов, В.Н. Старов, Е.А. Бойков. - Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2005. - 151 с.

2. Бартенев Г.М. Физика полимеров. [Текст]. Г.М. Бартенев, С.Я Френкель. - Л.: Химия, 1990. - 432 с.

СВОЙСТВА ЭМАЛИ ПФ-115

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

г.Гомель

Современный мир не представляется без использования лакокрасочных материалов не только в различных отраслях промышленности и строительства, но и в повседневной жизни людей при ремонте своих жилых помещений, домов, а также мебели. Многие лакокрасочные материалы являются легковоспламеняющимися и горючими жидкостями. И вопрос обеспечения пожарной безопасности, как хранения, так и производства работ с их применением является актуальным на сегодняшний день.

Обеспечение пожарной безопасности процессов, связанных с хранением и применением лакокрасочных материалов начинается с оценки пожарной опасности обращающихся в помещениях лакокрасочных материалов и установления категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, которая напрямую зависит от пожароопасных свойств лакокрасочных материалов и условий возникновения аварийной пожароопасной ситуации.

Лакокрасочные материалы на основе синтетических смол поликонденсационного типа составляют около 40% от выпуска всей лакокрасочной продукции. Наибольшее распространение получили лакокрасочные материалы на основе алкидных смол, выпуск которых составляет более 65% от выпуска всей лакокрасочной продукции, среди