Снижение горючести полимерных материалов

По сравнению с другими полимерами снизить горючесть поли­амидных материалов оказывается значительно сложнее. Эффектив­ность антипиренов в полиамидах низка. Их требуется вводить в большом количестве. Наиболее радикальный путь уменьшения горючести полиамидов — химическое модифицирование, исключение из структуры полимера алифатических углеводородных звеньев. Этот путь осуществляют по линии синтеза более термостойких по­лиамидов. В реакциях сополиконденсации используют мономеры с гетероатомами, ароматическими и гетероциклами. Получают при этом полиамидоимиды, арилалифатические полиамиды и др.

Применение для модифицирования полиамидов реакционно-способных антипиренов (дикислот, диаминов, лактамов, содержащих фосфор, галоген) не получило соответствующего развития. Известны рекомендации по применению фосфорпроизводных арома­тических дикарбоновых кислот , ароматических диаминов с атомами хлора в ядре или полностью замещенными атомами водорода на хлор и фтор в алкильных группах, фосфор содержащих лактамов , бромароматических дикарбоновых кислот и других реакционных антипиренов. Однако необходимость введения значительных количеств подобных соединении часто затрудняет получение высокомолекулярных продуктов с требуемыми физико-механическими показателями. Как правило, с ростом содержания антипирена уменьшается степень кристалличности полиамида, ухудшаются его пленко- и волокнообразующие свойства. Подобные модифицированные полиамиды могут быть использованы для композиционных материалов.

Для снижения горючести полиамидных материалов предпочти­тельны антипирены негалоидного типа либо такие из галогенированных, которые не отщепляют галогенводород при переработке и эксплуатации полимеров. Это связано с чувствительностью полиамидов к гетеролитическим реакциям разрыва цепи. Поэтому при­меняют чаще всего ароматические галоидуглеводороды, аддукты гексахлорциклопентадиена в сочетании с окислами, боратами металлов.

Фосфорные антипирены в несколько раз эффективнее галогенсодержащих. О влиянии степени окисления фосфора на эффективность антипиренов трудно судить по имеющимся противоречивым данным. Предложены для полиамидных материалов красный фосфор, органофосфаты, фосфонаты, фосфиты, их галогенпроизводные.

4.3. Материалы на основе карбамидных и феноло-формальдегидиых смол

Карбамидные и феноло-формальдегидные смолы представляют собой смесь олигомерных и низкомолекулярных продуктов конден­сации мочевины, меламина или фенола с формальдегидом, осу­ществляемой в присутствии основных или кислотных катализато­ров. При отверждении в соответствующих условиях они образуют полимеры пространственно-сетчатой структуры. По ГОСТу 17088-71 полимерные продукты относят к группе трудновоспламеняемых или трудногорючих материалов. Температуры самовоспламенения составляют около 510, 540 и 600° С для феноло-, мочевино- и меламино-формальдегидных полимеров соответственно.

Карбамидные полимеры менее горючи, чем феноло-формальдегидные, из-за большого содержания азота в структуре первых. При разложении они выделяют негорючие газы — аммиак, воду, двуокись углерода. Однако наряду с этим образуются сильно токсичные продукты (цианистый водород, дициан, окись углерода). В высокотемпературном пламени (1000—1500°С) карбамидные (особенно мочевино-формальдегидные) полимерные материалы разрушаются, вспучиваются, образуют обугленный слой, который постепенно выгорает полностью.

Феноло-формальдегидные полимерные материалы разрушаются при действии пламени в меньшей степени, чем карбамидные, хотя               первые и более горючи. Они обычно вначале обугливаются, сохраняя свою исходную форму. Карбонизованный продукт выгорает. Наблюдается его гетерогенное горение (тление), которое продолжается некоторое время после удаления пламени.

5. Методы оценки пожароопасности полимерных материалов

При создании полимерных материалов конкретного назначения всегда встает вопрос, в какой степени может быть обеспечено от­сутствие ущерба для безопасности, здоровья и благосостояния потребителей этих материалов.

В практике всех национальных законодательств правила и нормы пожарной безопасности являются неотъемлемой частью более общих (например, строительных) норм и правил, которые гарантируют безопасность и здоровье людей. При этом соответст­вующие законодательные акты базируются на критериях пожаро­опасности материалов, установленных международными или на­циональными стандартами.

В общем случае пожароопасность полимерных материалов определяется их склонностью к воспламенению и распространению процесса горения, возможными последствиями, наносящими ущерб здоровью и благосостоянию человека. Для строгой оценки степени пожароопасности материалов необходимы количественные крите­рии, которые наиболее объективно характеризовали бы указанные явления.

Однако здесь сразу возникают трудности, так как такие пока­затели не постоянны. Они зависят не только от химической приро­ды материалов, но и от размеров, геометрии изделий или образцов, природы окружающей среды, аэродинамики движения, направле­ния потоков реагентов, источника зажигания, времени его воздей­ствия и других факторов. Именно это обстоятельство является причиной создания огромного множества методов оценки потен­циальной пожароопасности материалов. Но так как каждый из
существующих методов позволяет оценивать влияние лишь не­которых факторов на степень пожароопасности, ни один из них в самостоятельном виде не может дать информацию об истинной пожароопасности полимерных материалов.

Вполне понятна несопоставимость во многих случаях резуль­татов оценки материалов разными методами. Стандартные методы испытания показателей пожароопасности полимерных материалов, принятые в разных странах, основаны зачастую на разных количе­ственных критериях. Положение осложняется еще и тем, что мно­гие принятые на вооружение методы носят характер чисто иссле­довательских тестов и таким образом сделанные на их базе заключения о степени пожароопасности материалов не могут быть юридически признаны.

Международные организации, занимающиеся координацией работ в области пожарной охраны (Международная организация по стандартизации — ISO, Европейский комитет стандартизации — CEN,

Принятие единых стандартных методов и программ испытаний пожароопасности материалов, разработанных на строго научной основе, явится залогом объективной оценки степени пожароопас­ности полимерных материалов в той или иной области их примене­ния.

В соответствии с действующими противопожарными нормами в качестве основного показателя потенциальной пожароопасности материалов рассматривают их горючесть, т. е. способность материа­лов к воспламенению и распространению процесса горения. Однако не менее существенную опасность при пожарах представляют физические разрушения конструкции из полимерных материалов, дымообразование и выделение токсичных продуктов пиролиза и горения. В связи с этим понятно стремление к определению истинной пожарной опасности полимерных материалов на базе комплексной оценки показателей, полученных при проведении определенной программы испытаний. Такая программа испытаний должна со­стоять из определения показателей, характеризующих склонность материалов к воспламенению, способность к распространению процесса горения, огнестойкость, дымообразующую способность, токсичность продуктов пиролиза и горения.

На практике, как правило, программа целиком выполняется лишь на завершающей стадии испытания материала при разработ­ке рекомендаций по его применению. На начальном этапе испыта­ний чаще всего ограничиваются изучением показателей горючести материалов. В зависимости от назначения и требований к материа­лу программу дополняют другими испытаниями.

6. Оценка воспламеняемости полимерных материалов

Относительную склонность полимерного материала к воспламе­нению оценивают по таким показателям, как температура само­воспламенения и воспламенения, кислородный и температурный индексы, реакция на воздействие источников зажигания различной мощности и продолжительности действия.

Для определения температуры самовоспламенения и воспламе­нения используют методы испытания, основанные на методике, которая была разработана еще в 1949 г. По методу ASTM D 1922 для испытания используют образец весом 3 ± 0,5 г. с помощью термопар фиксируют температуру воздуха в печи и повышение температуры у поверхности образца вследствие разгонной экзотер­мической реакции окисления, которая приводит к воспламенению (в присутствии дополнительного источника поджига) или самовос­пламенению горючих газов — продуктов пиролиза полимеров.

Естественно, что чем ниже температура самовоспламенения пли воспламенения, тем выше склонность полимерного материала к возникновению процесса горения. Этот критерий, однако, не всегда полезен. Антипирены могут сложным образом влиять на Тв п ТсВ. Известны многочисленные примеры, когда фосфор- и галоид- содержащие антипирены заметно снижали Тв и Тсв вследствие понижения термостабильности композиционного материала.

7. Оценка способности материалов к распространению процесса горения

Между воспламеняемостью материала и способностью к распространению процесса горения существует тесная взаимосвязь. Распространение пламени по поверхности есть результат постоянно возникающего воспламенения свежих близлежащих участков. В основе классификации материалов по степени пожароопасности чаще всего лежат количественные критерии распространения процесса горения в разных условиях. Существующие методы испытания горючести полимерных материалов весьма разнообразны.

Многие из методов предусматривают одновременно оценку способности материала к воспламенению под влиянием используемого источника зажигания при соответствующих длительности его воздействия, а так же некоторых постэффектов после удаления источника источника зажигания.

Отечественный стандарт ГОСТ 17088-71рекомендует определение скорости распространении пламени при поджиге горизонтально расположенных образцов пластиков для выявления группы легковоспламеняющихся материалов. В качестве источника зажигания используется пламя бытового газа, продолжительность действия 2 минуты. Если хотя бы у одного из 6 испытуемых образцов за этот период плямя распространится на всю его длину, то материал относят к легковоспламеняющимся.

После удаления источника зажигания регистрируют тление и время самостоятельного горения. Материалы классифицируют по следующим категориям:

1)образец не тлеет и не горит после удаления пламени;

2)образец горит или тлеет менее 15 секунд, при этом часть его остается несгоревшей;

3)образец горит или тлеет более 15 секунд, но менее 120 секунд, сгорает не полностью;

4)образец сгорает полностью или горит более 120 секунд.

8. Критерии эффективности антипиренов

Выбор критерия эффективности антипиренов имеет важно значение для количественной оценки действия последних, их сравнения и учета взаимного влияния. Задача эта не столь пpоста, как может показаться с первого взгляда. Действительно, механизмы действия антипиренов различны. Поэтому микроскопческие характеристики горения полимеров при введении антипи­ренов могут меняться неопределенным образом.

Анализ литературных данных приводит к выводу, что влияние антипиренов на горючесть полимерных материалов обычно уста­навливают по двум основным характеристикам: стабильности пла­мени (условия воспламенения и затухания) и скорости стационар­ного горения. На практике используют разные критерии эффек­тивности. Количественной мерой эффективности антипиренов может служить концентрация антипирена, обеспечивающая затухание пламени в определенных стандартных условиях испытания образ­ца, например для получения самозатухающих в атмосфере воз­духа образцов — концентрация [Ан]пред.

За критерий эффективности может быть также взято отношение концентрации антипирена, принятого в качестве стандартного, к концентрации изучаемого антипирена, которая обеспечивает тот же эффект в снижении горючести материала: [Ан ]станд/[ Ан ]изуч при П = const (П — показатель горючести, например КИ).

Другим вариантом меры эффективности антипиренов является изменение эффекта в снижении горючести (ДП) при одинако­вой концентрации исследуемого и стандартного антипиренов ([Ан]станд = [Ан]изуч = const).

Концентрацию антипирена выражают в виде относительного содержания антипирена-вещества в полимерном материале, но чаще всего в пересчете на относительное содержание антипирена - элемента, который обеспечивает эффект снижения горючести материала.

Список используемой литературы

1.Р.М.Асеева, Г.Е.Зайков. Горение полимерных материалов.М.:Наука, 1981. 280 с.

ПО ГОСТу!!!! ДОБАВИТЬ ЛИТЕРАТУРЫ!!!!

ОФОРМИТЬ ТИТУЛЬНИК, АННОТАЦИЮ

Сделать раздел «Основные сокращения, принятые в работе», куда врнести все сокращения с расшифровкой.

Добавить раздел «Заключение» (перед списком используемой лилературы)

13