Характеристики горючести полимерных материалов

Наиболее важными характеристиками горючести материалов являются следующие:

- легкость его загорания;

- возможность горения материала после вынесения из пламени;

- скорость распространения пламени по поверхности объекта;

- количество тепла, выделяющегося при горении;

- сопротивление материала воздействию пламени (огнестойкость);

- легкость тушения огня;

- количество выделяющегося дыма;

- количество и токсичность образующихся продуктов при пиролизе или горении.

 

Пластмассы органического происхождения в большинстве случаев горючи, но имеют различную температуру вос­пламенения и интенсивность сгорания.

Существует большое разнообразие стандартов по определению горючести полимерных материалов. Многие из них по своей сущности очень похожи. Так существует целый ряд стандартов в основе которых лежит измерение параметров горения при сжигании бруска полимера. Один из таких методов предусмотрен ГОСТ 17088-71.

 

 

 

а б

 

Рис. 8.3 - Определение огнестойкости пластмасс

 

Согласно ГОСТ 17088-71 техника определения горючести состоит в следующем. Пламя газовой горелки регу­лируют так, чтобы высота его равнялась 10 см (рис. 8.3, а), и устанавливают горелку под углом 45° (рис. 8.3, б). Стандартный брусок из испы­туемого материала укрепляют на штативе в горизонтальном по­ложении и вносят его в пламя горелки на 1 мин. По истечении 1 мин кран горелки закрывают и по секундомеру отмечают вре­мя горения бруска вне пламени горелки. Испыта­ния на горючесть производят на стандартных брусках раз­мером 120´15´10 мм.

Горючесть материала при этом характеризуют: 1) временем горения после выноса из пламени; 2) скоростью распространения пламени (см/мин); 3) наличием падающих горящих капель; 4) способностью капель, падающих с высоты 30 см, зажигать вату. Согласно ГОСТ 17088-71 полимеры по способности поддерживать пламя разделяются на три группы: 1) обра­зец не горит после вынесения из пламени горелки; 2) образец горит после выноса из горелки менее 15 с; 3) образец горит после выноса из пламени более 15 с.

Другим методом оценки горючести полимерных материалов является кислородный индекс. Согласно этому методу образец располагается в вертикальном приложении в стеклянной трубке, в которую подается смесь кислорода и азота. При этом соотношение количеств газов может регулироваться. Кислородный индекс (КИ) численно равен минимальной концентрации кислорода в смеси газов, необходимой для поддержания горения после воспламенения образца. Считается, что этот метод дает наиболее достоверную информацию о горючести материала. Этот метод рекомендован ИСО (международная организация по стандартизации) для оценки горючести полимеров. Материалы с КИ ³ 21 относятся к трудновоспламеняемым, а с КИ ³ 27 попадают в группу трудногорючих.

Под огнестойкостью подразумевают способность элементов или конструкций сохранять несущую способность, а также сопротивляться образованию сквозных отверстий, прогреву до критических температур и распространению огня. Для определения огнестойкости образец полимерного материала в виде куба объемом 80 см³ помещают на 20 мин в муфельную печь при 750 °С. Материал считают негорючим, если он в течение 20 с не начинает равномерно гореть, а его температура не превосходит более чем на 50 °С первоначальную температуру муфельной печи.

Пределом огнестойкости считают время от начала стандартного огневого испытания образцов до возникновения в них одного из предельных состояний. Предел огнестойкости отражает длительность сохранения рабочих функций изделий не только при воздействии высокой температуры или огня, но и одновременно при действии механической нагрузки. В этом смысле понятия горючесть и огнестойкость неадекватны: изделие может быть изготовлено из негорючего материала, но быстро разрушиться под влиянием огня или высокой температуры.

Для определения плотности дыма, выделяющегося при горении или деструкции полимерных материалов, измеряют коэффициент пропускания стандартного объема, в котором находится объект дымовыделения. Оборудование для проведения эксперимента сконструировано так, чтобы можно было наблюдать за процессами горения и дымовыделения. Этот метод дает возможность оценить вероятную интенсивность образования дыма при активном горении или разложении того или иного полимерного материала. Стандартный образец имеет размеры 25,4´25,4´6,2 мм. Коэффициент светопоглощения определяют через каждые 15 с, средние значения наносят на график, самая верхняя точка которого соответствует максимальной плотности дыма. Площадь под кривой характеризует общее количество дыма, выделившегося при горении или разложении полимерного материала. Плотность дыма рассчитывается по общему количеству дыма, образовавшегося в камере в течение 4 мин.

Так, по стандарту СЭВ 383-76 различают несгораемые, трудносгораемые и сгораемые материалы. Несгораемым материалом считается материал, который под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняется, не тлеет и не обугливается. Трудносгораемый – воспламеняется, тлеет или обугливается только под действием источника огня или высокой температуры, а после его удаления горение или тление прекращается. Сгораемый материал и после удаления источника зажигания продолжает гореть, тлеть или обугливаться.

Выше приведены лишь некоторые из классификаций полимерных материалов по отношению к горению. Различных классификаций существует большое количество, как и стандартов, по которым определяются горючие свойства полимеров.

Следует отметить, что ни один метод испытаний горючести в самостоятельном виде не может дать информацию об истиной пожароопасности полимерных материалов. Поэтому наблюдается тенденция к разработке комплексных критериев пожароопасности полимеров.