Температура горения пенопласта: Шесть мифов о пенопласте

Содержание

Шесть мифов о пенопласте

Мифы о пенополистироле (он же пенопласт) не просто не соответствуют действительности — они ложны. Неправильное обращение с газом иногда приводит к взрывам, но можно ли обвинять в этом газ? Неосторожность — причина тысяч смертей на дорогах, но не переставать же пользоваться из-за этого транспортными средствами?  

 

Миф первый: пенополистирол хорошо горит

Действительно, пенополистирол, как и любые материалы с полимерными добавками, является горючим материалом. Однако правильное использование с выполнением всех существующих правил монтажа и эксплуатации, требований пожарной безопасности позволяют успешно применять его в строительстве.

Температура самовозгорания пенополистирола +491 ºС. Это в 2,1 раза выше, чем температура возгорания бумаги (+ 230 ºС), и в 1,8 раза выше, чем у древесины (+260 ºС). Тепловой энергии, при горении, пенополистирол выделяет от 1000 до 3000 МДж/кг. Для сравнения, при горении сухой древесины выделяется 7000-8000 МДж/м3. Таким образом, пенополистирол дает незначительное повышение температуры в отличие от других, участвующих при пожаре материалов (мебель, линолеум и т. д.). При соблюдении правил противопожарной безопасности пенопласт марки ПСБ-С менее опасен, чем другие широко распространенные строительные материалы.

 


 

Миф второй: недолговечность пенопласта

 

Вопрос о долговечности пенополистирола также волнует строителей. Производство пенополистирола началось только в 50-х годах, поэтому говорить о том, что его долговечность проверена временем, конечно, пока еще рано. Но заключение ученых испытательной лаборатории НИИСФ уже в наши дни свидетельствует о том, что «пенополистирольные плиты успешно выдержали циклические испытания на температурно-влажностные воздействия в количестве 80 условных лет эксплуатации в многослойных ограждающих конструкциях с амплитудой воздействий ± 40° С».

 

 

Миф третий: опасность для здоровья и окружающей среды

Пенополистирол абсолютно не токсичен, им можно пользоваться без каких бы то ни было опасений. Это подтверждается и тем, что уже на протяжении многих лет его используют для изготовления продовольственных упаковок, предполагающих прямой контакт с пищевыми продуктами. Также и в строительстве, пенополистирол — безопасный изолятор, который может быть использован без риска и принятия дополнительных мер безопасности. В составе пенополистирола нет никаких опасных, ядовитых, токсичных веществ, за все время его использования не потребовалось никаких дополнительных средств защиты (например, респираторных масок или перчаток). Не было зарегистрировано ни одного случая профессионального заболевания, связанного с пенополистиролом.

Пенополистирол эффективно противостоит оседанию (уплотнению) и гарантирует долговечность своих теплоизоляционных свойств. Столь хорошее положение дел объясняется природой пенополистирола: обладая инертной структурой, пенополистирол биологически нейтрален и устойчив на протяжении многих лет. В окружающей нас среде, мономерный стирол можно найти в смолах растений, а также в продуктах питания как земляника, фасоль, орехи, пиво, вино и т.д. Не содержащий никакого другого газа кроме воздуха, пенополистирол гарантирует отсутствие возникновения аллергий или скрытых болезней.


Миф четвертый: пенопласт едят грызуны

Самый простой способ выяснить этот вопрос для себя — дать какому-нибудь грызуну шарики пенополистирола или часть плиты. Уверяем Вас — есть этот «деликатес» никакой грызун не будет.Вопрос в том, что грызуны, особенно домовые мыши, уже давно стали постоянными спутниками жизни людей. Для них уже нет преград на пути к жилищу человека. Будь Ваш дом утеплен пенополистиролом или состоять только из кирпича для них нет никакой разницы. Надеяться и ждать, что грызуны уйдут самостоятельно? С ними необходимо бороться, уменьшая тем самым их численность. Поэтому не надо бояться, что мыши съедят пенопласт, нужно бороться с мышами — разносчиками страшных болезней.


 

Миф пятый: стены утепленные пенополистиролом не «дышат»

Естественный процесс циркуляции и испарения влаги идет внутри любого помещения. Стены дома похожи на многослойный пирог, и если внешний слой отделки стены имеет больший уровень паропроницаемости чем внутренний, то возникает непроходимость пара и оседание его на более плотной части стены.Типичные внешние стены не в состоянии, даже частично, заменить вентиляцию в роли устранения водяного пара из помещений, поскольку объемы водяного пара многократно выше от того его количества, которое в действительности может проникнуть через внешние стены жилища, даже если отказаться от их утепления пенопластом.


 

Миф шестой: пенопласт плохой звукоизоляционный материал

Обладая рядом одинаковых свойств, звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы все же различаются, как по акустическим свойствам так и по назначению. Звукопоглощающие материалы и конструкции из них предназначены для поглощения падающего на них звука, а звукоизоляционные — для ослабления звуковых волн, передающихся через конструкции здания из одного помещения в другое.

Звукоизолирующие материалы применяются как упругий прокладочный материал в междуэтажных перекрытиях и стеновых панелях для изоляции отдельных помещений от возникающего в них структурного и, в частности, ударного звука. Структурный звук, вызываемый шагами, ударами или передвижением мебели или вибрациями какого либо механизма, легко распространяется в не имеющих звукоизоляционных прокладок перекрытиях, стенах и перегородках с очень не большим затуханием. Пенополистирол действительно плохой звукопоглотитель, но звукоизоляционный материал из него замечательный. Звукоизоляция перегородки с пенополистиролом 50мм -Rw=41Дб (испытания проводились по ГОСТ 27296-87 Защита от шума в строительстве. Индекс улучшения изоляции структурного шума в конструкции пола =23Дб (испытания проводились по ГОСТ 16297-80).

 


 

ИТОГ: Совокупность данных свойств позволяют применять пенополистирол в различных областях строительства. Пенополистирол — идеальный материал для термоизоляции стеновых панелей, перекрытий, подвалов, кровель, а также для дорожного строительства,

 

Испытано на себе: горючесть пенопласта

Рынок теплоизоляционных материалов невелик, а потому конкуренция внутри него огромна. Казалось бы, всего два утеплителя могли бы мирно сосуществовать, но нет. «ЕГО» обвиняют едва ли не во всех смертных грехах, однако главный довод — «ОН» горит и, случись беда, «ОН» непременно выжжет все и вся, ведь «ЕГО» используют в изготовлении напалма! Вы догадались — речь о пенопласте. Как обстоят дела вокруг его горючести, мы проверили на практике.

Подопытные

Для первых собственных экспериментов с пенопластами мы выбрали по представителю от каждого из видов, наиболее распространенных в Беларуси. В число «подопытных» попали:

В пику всем их главный конкурент — минвата (образец № 10).

 

Программа испытаний

Пенопласт обвиняют в высокой горючести и неспособности противостоять открытому огню. Скептики утверждают, что, попади на поверхность материала искра, утеплитель непременно сгорит. Мы смоделируем мини-пожар — разольем по поверхности бензин, подожжем и проследим, что станет с материалом. Если доводы конкурентов верны, то утеплитель попросту сгорит. Если же правы производители, то пенопласт должен будет погаснуть. Все просто — или пан, или пропал.

Итак, у нас есть десять образцов, примерно одинаковой плотности и размеров, канистра бензина, мерный сосуд, с помощью которого мы будем дозировать всем участникам равное количество воспламеняющейся жидкости (по 5 мл), источник огня (он же — спички) и лазерный термометр, при помощи которого мы будем замерять температуру на поверхности. Продолжительность горения будем оценивать при помощи хронометра, а степень повреждения — визуально и при помощи линейки. До испытаний мы выдержали каждый образец в одинаковых условиях равное количество времени.

 

Вспененная изоляция

Горение всех представителей класса пенополистиролов характеризуется общими признаками — это быстрая потеря в объеме, достаточно высокая дымность и оплавление. Все образцы обладают свойством самозатухания и самостоятельного горения не поддерживали. Так, рано или поздно «испытуемые» угасали, а, стало быть, в отсутствие внешнего источника огня, материал условно может считаться безопасным.

Образец материала, изготовленного методом беспрессового формования, прогорел насквозь, образовав дыру, пусть и небольшую по площади. По поверхности образец деформировался лишь в той части, на которой происходило горение легко воспламеняющейся жидкости, не распространяя горение по всей поверхности. Подверженные огню участки оплавлялись, однако собственного горения в расплавленном состоянии не происходило. Продолжительность горения составила 44 секунды. Зафиксированный максимум температуры на поверхности — 306 °С.

 
 

 

Формованный пенополистирол охарактеризовался более интенсивным горением, большей высотой пламени, но меньшими потерей в объеме и оплавлением. Образец насквозь не прогорел, отметившись чуть более оперативным затуханием. Продолжительность горения — 35 секунд. Зафиксированный максимум температуры на поверхности — 256 °С.

 
 

 

Пенополистирол с поверхностной обработкой гранул отличился высокой дымностью и большим количеством оплавов на поверхности. Площадь повреждения оказалась больше площади, по которой растекалась воспламеняющаяся жидкость — воздействию огня подверженными оказались и участки, на которых не было бензина. Образец прогорел насквозь, при этом около 1/5 его нижней поверхности оказалась оплавленной. Общие потери по объему — максимальные среди конкурентов. Продолжительность горения — 52 секунды. Зафиксированный максимум температуры на поверхности — 297 °С.

 
 

 

Пенополистиролу из сырья Neopor свойственно равномерное затухание по поверхности, чуть большей поверхности растекания бензина. При горении происходит оплавление материала, а сам расплав не горит. Продолжительность горения — 37 секунд. Максимум температуры на поверхности 262 °С. Лучший среди вспененных полистиролов результат.

 
 

 

Экструзия

В группе экструдированных пенополистиролов в рамках нашего эксперимента «конкуренция» была обусловлена лишь производителем. Два представителя на испытании с российскими корнями (при этом один из них весьма известной марки), но главный образец — пока единственного белорусского производителя.

«Белорус» отметился большей площадью поверхности, по которой растеклась жидкость, что обусловлено низким водопоглощением материала. При горении материал издавал шипение и быстро угасал. Возможно, это характерная работа антипиренов, которые обязательно должны использоваться при производстве строительного пенопласта. Общая продолжительность горения составила 50 секунд, однако уже через 26 секунд после того, как мы подожгли на поверхности материала бензин, горение практически прекратилось — догорала лишь малая часть на краю изделия. Повреждений минимум и все они лишь по поверхности, на которой была воспламеняющаяся жидкость. Зафиксированный максимум температуры — 240 °С.

 
 

Образец экструзионного пенополистирола неименитого российского производителя также подтвердил низкое водопоглощение — жидкость растеклась почти по всей поверхности. Данный представитель пенопластов«отличился» большей дымностью и быстрым затуханием — горение прекратилось через 23 секунды. Повреждения образца оказались минимальными. Потери в объеме — не более 1/5 от первоначального. Зафиксированный максимум температуры — 329 °С.

 
 

Брендированный экструзионный пенополистирол известного российского производителя нас крайне неприятно удивил. Как только на поверхности оказался бензин, утеплитель вступил с ним в бурную химическую реакцию, которая сопровождалась шипением и образованием пузырей. Очевидно, что стойкость к химическим воздействиям растворителей у данного экземпляра — лишь миф. Ни один из испытанных образцов столь бурной реакцией не отмечался.

Горение «именитого» образчика продолжило нас неприятно поражать. О каком-либо свойстве самозатухания речи нет. Образец загорелся «синим пламенем» и даже после того, как выгорел катализатор (воспламеняющаяся жидкость), горение продолжалось с не меньшим успехом. Горели как расплавленные части утеплителя, образовавшие на нашем «испытательном стенде» пылающие черные лужицы, так и не оплавленные под действием горящего бензина части утеплителя. Горение продлилось 4 минуты 40 секунд и было остановлено искусственно. Расплавившийся почти полностью пенопласт продолжал гореть, существенно воздействуя на основание, на котором он был уложен. Факт — если бы основание оказалось изготовленным из горючего материала, пенопласт непременно поджег бы его. Зафиксированный максимум температуры — 334 °С. Горение сопровождалось повышенной дымностью, а в воздух поднимались маленькие черные «хлопья». Попадание таких в дыхательные пути вряд ли оказалось бы безвредным. Потеря в объеме — максимальная. Образец сгорел бы полностью, не вмешайся мы в процесс горения.

 
 

Именитый экструдированный пенопласт — наихудший результат.

 

Экзотика и конкуренты

Карбамидоформальдегидный пенопласт и пенополиуретан, на взгляд экспертов, являются недооцененными на нашем рынке материалами. И если пеноизол (карбамидный пенопласт, который мы привыкли называть по наименованию российского производителя) находит лишь ограниченное применение в строительстве, то пенополиуретан, по мнению строителей, мог бы получить гораздо большее распространение. Как бы там ни было, оба этих материала для нашего рынка — экзотика.

Горение пеноизола протекало лишь в той области, на которую попала жидкость. Материал характеризовался минимальной потерей в объеме. Несмотря на продолжительное (55 секунд) время горения, сам процесс протекал «неохотно». Повышенной дымностью горение не сопровождалось, а вот специфический и неприятных запах был. Максимальная температура на поверхности — 356 °С.

 
 

Пенополиуретан оказался лидером по температуре горения среди всех испытанных образцов. На протяжении всего эксперимента температура пламени не опускалась ниже 300 °С. Максимум и вовсе превышал четыре сотни. При горении выделяется большое количество дыма и копоти. Утеплитель отметился малой усадкой в объеме, но большей площадью поверхности, на которой происходила деформация. К слову, повреждения оказались лишь поверхностными — материал потемнел, но существенно в объеме не потерял. Оплавов, свойственных вспененному полистиролу, не наблюдалось. Зато дым оказался на редкость едким. В закрытом помещении — это гарантированное удушье за считанные секунды. Осмелимся предположить, что содержание отравляющих веществ в таком угарном «коктейле» зашкалит. Продолжительность горения — 39 секунд.

 
 

Конкурирующая минвата сразу же отметилась высоким поглощением жидкости, а в нашем случае — легко воспламеняющейся. Бензин не растекся по поверхности, а полностью впитался в материал. Горение продолжалось 2 минуты и 1 секунду, при этом происходило не столько по поверхности, сколь «вглубь». Угасание — равномерное. Видимых повреждений нет. Поверхность почернела, при горении было заметно искрение раскаленных минеральных волокон. В то же время каменная вата «отметилась» высокой дымностью, причиной которой был явно не бензин. Мы предположили, что выгорало связующее вещество, в качестве которого зачастую используют фенолоформальдегидные смолы. Максимум температуры на поверхности — 388 °С, при этом основной диапазон температур — от 250 и выше.

 
 

 

Образец / материал

Продолжи­тельность горения, с

Температура горения, °С

Дымность 

Самостоя­тельное горение 

Характер повреждений, примечания

1. Пенополистирол беспрессового формования

44

306

умеренная

нет

По площади растекания воспламенителя, насквозь

2. Пенополистирол формованный

35

256

умеренная

нет

По площади растекания воспламенителя

3. Пенополистирол беспрессового формования пониженной теплопроводности (поверхностная обработка гранул)

52

297

повышенная

нет

На площади, большей площади растекания воспламенителя

4. Пенополистирол беспрессового формования пониженной теплопро­водности (из сырья Neopor)

37

262

умеренная

нет

По площади растекания воспламенителя

5. Пенополистирол экструдированный (производитель Беларусь)

50

240

умеренная

нет

По площади растекания воспламенителя

6. Пенополистирол экструдированный (производитель Россия)

23

329

повышенная

нет

По площади растекания воспламенителя

7. Пенополистирол экструдированный (производитель Россия, бренд)

280

334

высокая

да

По всей поверхности, образец сгорел. Бурная химическая реакция на поверхности под действием бензина

8. Пенопласти на основе карбамидоформаль­дегидной смолы

55

356

низкая

нет

По площади растекания воспламенителя

9. Пенополиуретан

39

>400

высокая

нет

Больше площади растекания воспламенителя, едкий дым

10. Минеральная вата

121

388

высокая

нет

По площади растекания воспламенителя

 

Итог

Все виды пенопластов подвержены воздействию огня. Вспененные полистиролы существенно теряют в объеме (регламентированная по СТБ степень повреждения образца — не более 80 %), обильно дымят и оплавляются. Расплав гранул некоторое время горит, однако ввиду очевидного свойства самозатухания достаточно быстро угасает. При этом распространения пламени по поверхности или объему нет. Наиболее подвержен деформациям пенополистирол, изготовленный методом беспрессового формования, и его коллега с поверхностной обработкой гранул углеродсодержащими добавками. Формованный показал лучший результат. «Серебро» — у пенопласта из сырья Neopor.

Не принимая во внимание явно провальный образец именитого российского производителя, можно сделать вывод, что экструдированный пенопласт отличается минимальной продолжительностью горения и явным свойством самозатухания. Как только воспламеняющаяся жидкость на поверхности материала выгорала, горение прекращалось. Материал стоек к деформациям и усадкам под воздействием огня, почти не оплавляется и не грешит излишней копотью.

Российский именитый пенопласт сгорел бы полностью, не вмешайся мы. Очевидно, что о применении антипиренов при его изготовлении и речи быть не может. Он горит не только в расплавленном состоянии, но и в своем первоначальном виде под воздействием даже минимального источника огня. Вероятно, такой пенопласт может воспламениться и от искр. Абсолютный незачет.

Экзотические виды пенопласта и минвата горение поддерживают минимально. Несмотря на отсутствие значительных повреждений и деформаций, образцы отметились существенными недостатками — продолжительным горением (минвата), максимальной температурой (пенополиуретан) и неприятным запахом (пеноизол).

Вместо резюме

Каждый наш читатель способен сам проанализировать представленную информацию и сделать вывод. Ну а мы продолжим наши эксперименты. Следите за анонсами! 

Остались вопросы? С чем-то не согласны? Есть что рассказать? 
Звоните, телефон редакции: (017) 268-11-65.
Пишите, e-mail редакции: [email protected]

 

Автор: Алексей Стаховский, Дмитрий Макарчук, Стройка.

Пенополистирол: низвержение мифа

Пенополистирол: низвержение мифа

В данной статье подвергается сомнению массовый рекламный материал о замечательных свойствах пенополистирола, его долговечности, пожарной и экологической безопасности. К сожалению, бездоказательная и широковещательная реклама свойств пенополистирола никак не подтверждается научными исследованиями, результатами анализа и испытаний. В предлагаемом материале обобщены исследования учёных одного из самых применяемых при теплоизоляции зданий теплоизоляционных материалов — пенополистирола.

Производители пенополистирола и те, кто способствует его широкому применению, хотят, чтобы потребитель не знал, что с пенополистиролом со временем происходят непоправимые вещи. Их не заботит состояние наружного утепления зданий после окончания гарантийного срока.

Авторами исследования вопрос ставится в следующей плоскости: если использование пенополистирола в жилищном строительстве представляет опасность, целесообразно разработать меры защиты от этой опасности.

Рецензия на статью Баталина Б.С. и Евсеева Л.Д. «Эксплуатационные свойства пенополистирола вызывают опасения».

Рецензируемая статья Баталина Б.С. И Евсеева Л.Д. представляет интерес для широкого круга строителей и научных работников. Пенополистирол как теплоизоляционный материал получил в последние годы наибольшее распространение и широко применяется в практике строительства. Авторы статьи провели глубокие исследования свойств пенополистирола и обобщили большое количество работ, выполненных другими учёными в этой области. Они не оспаривают достоинств пенополистирола как высокоэффективного теплоизоляционного материала. В то же время авторы статьи дают жёсткую и справедливую оценку его отрицательным свойствам, к которым следует отнести недолговечность, пожароопасность и экологическую опасность. Рецензент, имея личный опыт в области долговечности строительных материалов, согласен с такой оценкой авторов. В разное время в НИИ строительной физики работали многие специалисты по долговечности строительных материалов и конструкций которые также отмечали, что долговечность этого материала и других теплоизоляционных материалов, как правило, не превышает 30 лет.

Бесспорным является следующий факт: при горении пенополистирол выделяет вредные для человека вещества, которые приводят к смертельному исходу.

По мнению рецензента, авторы статьи проделали большую и плодотворную работу. Статью следует публиковать в открытой печати.

Зав. лабораторией теплофизики и строительной климатологии НИИСФ д.т.н., проф. В.К. Савин

Работы по теплоизоляции зданий в стране с холодным климатом довольно затратны. В кризис все пытаются сэкономить, использовать более дешевые материалы, особенно если речь идет о возведении социального жилья. Печально известный пожар в пермском клубе «Хромая Лошадь» унес жизни 155 человек во многом благодаря именно пенополистиролу — аналогу утеплителя из минеральной ваты. Причиной гибели большинства людей стало отравление продуктами горения. Как выяснилось, звукоизолирующим материалом в клубе были пенополистироловые (пенопластовые) плиты. Изначально пенополистирол использовался как упаковочный материал, потом кто-то придумал применять его в качестве утеплителя для жилых помещений…

Борис Семенович БАТАЛИН, эксперт Центра независимых судебных экспертиз РЭФ «ТЕХЭКО», доктор технических наук, профессор кафедры строительных материалов и специальных технологий Пермского государственного технического университета, действительный член МАНЭБ и РАЕ и Лев Давидович ЕВСЕЕВ, доктор технических наук, член Экспертного совета по тепло-звукоизоляционным материалам при Администрации Президента РФ, председатель Комиссии по энергосбережению в строительстве Российского общества инженеров строительства (Самарское отделение), член Комитета РСПП по техническому регулированию, стандартизации и оценке соответствия, советник РААСН, Почетный строитель в своем исследовании подвергают сомнению широко рекламируемые свойства пенополистирольных утеплителей.

Расточительны по природе

Как известно, до 70% тепловой энергии, получаемой зданием, отдается в атмосферу. В 70-х годах прошлого века это было известно специалистам космической разведки, ведущим фотографирование земной поверхности специальным способом. Города Советского Союза «светились» в инфракрасных лучах зимой и летом, днем и ночью. Противоположная картина наблюдалась при фотографировании городов Западной Европы, США, Канады и других стран.

Вывод:

Мы расточительны не по карману: наши дома, теплотрассы, производственные помещения в самом прямом смысле обогревают атмосферу. Если в США теплопотери в расчете на один квадратный метр жилья составляют, в среднем, 30 Гигакалорий, а вГермании — от 40 до 60, то в России — около 600!

Когда в середине семидесятых годов прошлого века случился первый мировой энергетический кризис, во многих странах развернулись широкомасштабные работы по повышению уровня тепловой защиты зданий. На практике до 70 % тепловой энергии из каждого здания и до 40 % тепловой энергии из трубопроводов уходит в атмосферу. Таким образом, из 10 железнодорожных вагонов угля — семь перевозятся только для того, чтобы «греть улицу»!

С такими потерями тепловой энергии нельзя было мириться в дальнейшем, особенно при переходе на рыночные отношения: для борьбы с теплопотерями в России вышел Федеральный закон «Об энергосбережении», а также разработки и введения Приложения № 3 к СНиПу II-3-79 «Строительная теплотехника».

Последний нормативный документ трансформировался в дальнейшем в СНиП 23-02-03 «Тепловая защита зданий».

Введение новых нормативных требований по теплозащите наружных ограждающих конструкций повлекло значительное увеличение нормируемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (R0) с 0,9 до 3,19 м2°С/Вт в Самарской области. Аналогичное увеличение нормируемого сопротивления теплопередаче произошло во всех регионах страны. Условия второго этапа (с 2000 г.) предусматривали увеличение значения этих требований в 3,5 раза (!). Правда, во многих регионах страны в дальнейшем были выпущены территориальные строительные нормы, что позволило R0 увеличить лишь в 1,8–2,2 раза для средней полосы России. Такие же требования отражены в СТО 00044807-001-2006 Стандарт организации «Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий» (выпущен в соответствии с ФЗ «О техническом регулировании» и введен в действие с 1 марта 2006 года).

Введение новых требований по теплозащите зданий привело к широкому использованию различных теплоизоляционных материалов. Самую большую нишу — до 80% — занял наиболее распространенный в настоящее время теплоизоляционный материал — пенополистирол, являющийся одним из представителей класса пенопластов. В стране появилось много предприятий, изготавливающих пенополистирол (нередко — кустарным способом). Данный материал стал применяться как для наружной теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, так и изнутри, в том числе при использовании колодцевой и слоистой кладок.

Все разновидности пенополистиролов — беспрессовый, прессовый, экструзионный — имеют одинаковый химический состав основного полимера — полистирола и могут различаться по химическому составу лишь добавками: порообразователями, пластификаторами, антипиренами и др.

Как правило, при беспрессовом методе изготовления пенополистирольных плит получается более низкая плотность теплоизоляционного материала, в среднем 17 кг/м3. При прессовом методе и методе экструзии пенополистирольные плиты имеют плотность 35–70 кг/м3.

Негатив замалчивается

Широкое применение пенополистирола в повседневной строительной практике при теплоизоляции стен изнутри привело к быстрому накоплению влаги между ограждающей конструкцией и утеплителем, к появлению плесневых грибов, а в дальнейшем — к заболеванию проживающих в таких домах людей. Многочисленные жалобы в связи с образованием плесневых грибов инициировало отправку во все регионы письма (исх. №24-10-4/367 от 5 марта 2003 г.) руководителя Главэкспертизы РФ следующего содержания:

«…утепление наружных стен с внутренней стороны плитным или рулонным утеплителем категорически недопустимо, поскольку такие решения вызывают ускоренное разрушение ограждающих конструкций за счет их полного промерзания и расширения микротрещин и швов, а также приводят к образованию конденсата и, соответственно, к замачиванию стен, полов, электропроводки, элементов отделки и самого утеплителя».

Аналогичная ситуация наблюдается при наружной теплоизоляции зданий или при использовании колодцевой кладки, что нашло отражение в различных исследовательских материалах, опубликованных в печати.

Целью данной статьи является не исследование различных конструктивных решений с использованием пенополистирола, а ознакомление широкого круга читателей с результатами исследований свойств этого популярного в настоящее время утеплителя, выполненных независимыми исследователями. Сегодня в СМИ производители пенополистирола ведут массированную рекламную кампанию в защиту своего продукта. Какими только прекрасными качествами не наделяется этот материал: высочайшие теплоизоляционные свойства, пожаробезопасность, долговечность (можно не беспокоиться 50–70 лет), экологическая безопасность и т.п.

К сожалению, в научной литературе невозможно найти подтверждение большинству из указанных свойств. Информация о свойствах пенополистирола уже много лет публикуется исследователями в научно-технических изданиях, обсуждается на круглых столах. Эту правдивую информацию изготовители пенополистирола не оспаривают, но дополняют их присказкой: «рядовой потребитель всей правды знать не должен».

Мы же считаем безнравственным, когда заказчик, покупая пенополистирол и используя его при строительстве зданий или для утепления жилых помещений, лишен полной информации о негативных свойствах широко применяемого в стране теплоизоляционного материала. Ведь это прямое нарушение Конституции Российской Федерации, в статье 42 которой говорится: «Каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью и имуществу экологическим правонарушением», а Гражданский кодекс основывается на «необходимости беспрепятственного осуществления гражданских прав» (ст. 1).

Чем же вреден пенополистирол?

Пенополистирол, также, как и его аналоги, подвержен деструкции в течение короткого времени под действием кислорода воздуха даже при обычной температуре, дает значительное превышение концентрации ядовитых веществ над ПДК, высокое содержание в дыме при пожаре ядовитых органических соединений, его характеризуют недолговечность (значительно ниже срока службы здания) и пожарная опасность.

Главный недостаток пенополистирола — его слабая изученность именно как строительного материала.

Принятие решения о возможности использования пенополистирола остается, как всегда, за покупателем или заказчиком. Но они должны знать, что его может ждать в будущем при применении пенополистирола. Необходимо отметить, что теплоизоляционные свойства у пенополистирола весьма неплохи в момент испытаний сразу после его изготовления. Но на этом все достоинства этого материала заканчиваются.

У пенополистирола существуют три неотъемлемых отрицательных свойства, исходящих из его природы, к которым надо относиться просто осторожно, с пониманием этих процессов. Во-первых, это пожарная опасность. Во-вторых, это недолговечность. И в-третьих — экологическая небезопасность. Эти свойства требуют дополнительных исследований.

Неправы некоторые производители пенополистирола, которые считают, что, придав гласности сведения о свойствах пенополистирола, ученые нанесут ущерб деловой репутации этих предприятий.

В рекламно-информационных публикациях, посвященных пенополистиролу, их авторы, описывая пожарно-технические свойства данных материалов, в определенной мере лукавят, утверждая, что пенополистиролы определенных видов не горят или самостоятельно затухают. Заметим: такое поведение этих материалов еще не свидетельствует об их пожарной безопасности. Дело в том, что, согласно стандартной методике, при квалифицировании строительных материалов на пожарную опасность экспериментаторы учитывают убыль их массы при нагревании на воздухе. Поэтому в соответствии с официальной классификацией стройматериалов по пожарной опасности все без исключения пенополистиролы относятся к классу горючих материалов.

На практике проблема пожарной опасности пенополистиролов обычно рассматривается с двух точек зрения: опасности собственно горения материала и опасности продуктов его термического разложения и окисления. Основным поражающим фактором пожаров, как известно, являются летучие продукты горения. Как показывает практика, в среднем только 18 % людей при пожаре гибнет от ожогов, остальные — от отравления в сочетании с действием стресса, тепла и других поражающих факторов. Статистика имеет данные о том, что даже при сравнительно небольшом пожаре в помещении, насыщенном полимерными материалами, происходит быстрая гибель находящихся там людей главным образом от отравления ядовитыми летучими продуктами.

Исследования Российского научно-исследовательского центра пожарной безопасности ВНИИПО МВД РФ, представленные на сайте www.aab.ru/sertif, однозначно говорят о высокой пожарной опасности пенопластов. Например, в приведенном отчете об испытаниях на пожарную опасность пенополистирола указано, что значение показателя токсичности образцов близко к граничному значению класса высокоопасных материалов.

Эти известные в специальной литературе факты периодически материализуются во все новых конкретных примерах, находящих отражение в средствах массовой информации. Например, в газете «Местное время» (Лерина Н. Качество безопасности. Пермь, № 4, 2001 г., с. 7) приводится пример пожара в жилом доме. Автор пишет: «Во время пожара погибла женщина. Парадокс ситуации в том, что возгорание произошло в квартире, расположенной двумя этажами ниже. Причиной смерти стал токсичный дым пенополистирола».

В репортаже, показанном по Екатеринбургскому телевидению (Е. Савицкая, М. Попцов. Телекомпания АСВ. Пожар в строящемся доме), было сказано, что «загорелось теплопокрытие из пенополистирола… Во время пожара обнаружили трупы двух мужчин. Они лежали на два этажа выше источника огня с признаками удушения от дыма». Авторы утверждают, что «пожарных заинтересовал полистирольный утеплитель, который сгорел в большом количестве и вызвал этот черный удушающий дым».

Очевидно, одной из главных опасностей, возникающих при использовании пенополистирола при утеплении жилых зданий, является то, что это горючий материал, который имеет высокую токсичность и дымообразующую способность. К тому же продукты горения пенополистирола серьезно отравляют окружающую среду даже на большом расстоянии от места пожара.

Важное значение имеет также толщина слоя теплоизоляции из пенополистирола. В некоторых европейских странах толщина теплоизоляционного слоя из пенополистирола не превышает 3,5 см. Ведь чем тоньше слой горючей теплоизоляции, тем она безопаснее в пожарном отношении. В нашей стране во многих системах слой теплоизоляции из пенополистирола достигает 10–30 см.

С точки зрения науки

Чтобы понять достоинства материала, необходимо рассмотреть свойства пенополистирола с точки зрения физической химии. Вот как характеризует эти свойства А.А. Кетов, профессор-химик Пермского технического университета, член экспертного совета областного Комитета по охране природы.

«Прежде всего, по определению, пенопласты представляют собой дисперсные полимерные системы. Поэтому неизбежно пенопласты не только являются органическими соединениями, но и имеют весьма высокую поверхность контакта с кислородом воздуха. Из курса химии известно, что возможность реакции определяется энергией Гиббса… Иными словами, если органическое соединение находится на воздухе, то оно будет неизбежно окисляться кислородом. Причем, так как пенопласты неизбежно имеют максимально возможную поверхность, то и окисляться они будут с максимальной скоростью по сравнению с аналогичными, но монолитными массивными полимерами. Поэтому для любого пенопласта неизбежно следует предположить некое конечное и весьма ограниченное время эксплуатации, когда его эксплуатационные свойства будут находиться еще в допустимых пределах. Естественно, что с ростом температуры скорость окисления будет только возрастать. Поэтому все пенопласты являются пожароопасными материалами. И, наконец, если пенопласты неизбежно окисляются даже при комнатных температурах, то продукты такого окисления негативно воздействуют на окружающую среду. Обсуждать эту «вредную» закономерность, очевидно, нецелесообразно, так как закон природы не зависит от нашего мнения. Если мы не можем ему противостоять, значит, существует один путь: обойти этот закон, то есть найти средства защиты от ядовитых выделений.

И сделать это обязательно придется, поскольку миллионы людей уже живут в квартирах, утепленных пенополистиролом. Пенополистирол в условиях естественной эксплуатации на воздухе (при колебаниях температуры от минус 30 до плюс 30°С, отсутствии света и прямого попадания осадков) подвергается химическому взаимодействию с кислородом воз

духа. При этом в окружающую среду выделяются бензол, толуол, этилбензол, а также ацетофенон, формальдегид и метиловый спирт. Кроме того, в окружающую среду, особенно в начальный период эксплуатации, выделяется стирол, как следствие неполной полимеризации, и продукты деполимеризации. Превышение концентрации над ПДК по данным ГУ «Республиканский научно-практический центр гигиены» (Республика Беларусь) только для стирола разных производителей при температуре 80°С составляет от 22 до 525 раз (!), при 20°С — от 3,5 до 66,5 раз (!).

Парадокс в том, что с точки зрения теплофизики полимерные утеплители действительно — самые эффективные теплоизоляторы. Это бессмысленно отрицать. Но когда речь идет о жилье, о таком продукте строительного производства, с которым человеку предстоит общаться ежесуточно много часов в течение десятилетий — здесь одних, даже самых фантастических теплофизических свойств, слишком мало. Здесь главное — безопасность, долговечность, ремонтопригодность.

Строительный рынок, преодолевая инерцию, уже начинает реагировать на разгромные публикации о негативных особенностях пенополистирольных утеплителей, подыскивать адекватную замену опасному материалу. Что происходит в Самарской области? Основным поставщиком пенополистирола является одно из самарских предприятий, которое в основном выпускает пенополистирол марки 25, то есть плотностью от 15,1 до 25,0 кг/м3. Несмотря на рекомендации нормативного документа СП 12-101-98, редакции СНиП по строительной теплотехнике 1982 г. о применении пенополистирола плотности не менее 40 кг/м3, проектные организации в угоду заказчику пишут «марка 25». Некомпетентный человек мыслит прямо: «марка 25» это значит плотность 25 кг/м3. Однако в технических условиях «марка 25» соответствует плотности от 15,1 до 25,0 кг/м3. Естественно, предприятие-изготовитель при заявке «марка 25» будет предоставлять пенополистирол самой низкой плотности — 15,1 кг/м3, так как в этом случае это предприятие будет иметь максимальную прибыль. Таким образом на стройку законно попадает пенополистирол низкой плотности, то есть плотности упаковочного пенополистирола. К чему это приводит, уже заметно на фасадах утепленных пенополистиролом зданий — проступает плесень, появляется грибок и мокрые пятна.

А разве не имеет права каждый потребитель знать об изменении эксплуатационных свойств пенополистирола со временем, о деструкции этого материала? Ведь сегодня он платит значительные суммы, чтобы купить квартиру, коттедж и надеется, что эта недвижимость прослужит ему всю жизнь и будет передана по наследству детям и внукам. Потребитель должен знать, что, согласно классической Энциклопедии полимеров, со временем происходит «деструкция полимеров — разрушение макромолекул под действием тепла, кислорода, света, проникающей радиации, механических напряжений, биологических и других факторов. В результате деструкции уменьшается молекулярная масса полимера, изменяется его строение, физические и механические свойства, полимер становится непригодным для практического использования».

Таким образом, на воздухе при обычных температурах происходит обязательное изменение химического строения полимеров под воздействием кислорода воздуха, называемого окислительной деструкцией.

Целью решения правительства об утеплении ограждающих конструкций зданий является экономия тепловой энергии. Однако после более чем десяти лет экономии (с 1996 г.), многие строители пришли к выводу, что, фактически за счет некомпетентного применения утеплителей, экономии-то как раз и не происходит. Мало того, при применении некоторых

систем, в основном с применением пенополистирола, между стеной и утеплителем устраивается воздушная прослойка, и стена в процессе эксплуатации становится не теплоизолирующей, а наоборот — теплопроводящей. Дело в том, что при некоторых способах утепления стена является физически неоднородным телом. «Теплоизоляционный пирог» зачастую состоит из 7–8 различных по своей природе материалов. Внутри него появляется поверхность раздела между материалами с разной паропроницаемостью. На этой поверхности начинает накапливаться влага (вода!). Вода пропитывает более плотный материал, и его теплопроводность сильно возрастает. Конденсат образуется в воздушных пустотах между стеной и теплоизоляционным материалом. При таком низком термическом сопротивлении теплозащита фактически отсутствует. И вся полученная ранее экономия тепла «съедается» теперь повышенным расходом его для поддержания в помещении комфортной нормативной температуры.

Теряем деньги!

Результаты обследования зданий с наружными стенами, утепленными пенополистиролом, показывают, что этот теплоизоляционный материал имеет ряд физических и химических особенностей, которые не учитываются проектировщиками, строителями и службами, ответственными за эксплуатацию зданий и сооружений. В результате этого наша страна терпит крупные материальные издержки. Одним из типичных примеров, как отмечает директор научного центра РОИС, д.т.н. А.И. Ананьев, может служить подземный торговый комплекс, возведенный в Москве на Манежной площади, где ошибки были допущены не только при разработке проекта покрытия комплекса, но и при выполнении строительных работ. В результате всего через 2 года эксплуатации покрытие пришлось капитально ремонтировать практически с полной заменой пенополистирольных теплоизоляционных плит. Основной причиной допускаемых просчетов является отсутствие необходимой информации в научно-технической литературе о поведении пенополистирола в конструкциях и изменении его теплозащитных свойств во времени. Это подтверждается и широким диапазоном сроков службы, необоснованно установленных производителями в пределах от 15 до 60 лет на пенополистирол.

При этом официально утвержденной методики определения долговечности пенополистирольных плит и ограждающих конструкций с его применением не существует. Основным препятствием в ее разработке является неординарное поведение пенополистирола в условиях эксплуатации. Например, стабильность его теплофизических характеристик во времени в большой степени зависит от технологии изготовления и совместимости с другими строительными материалами в конструкциях стен и покрытий. Нельзя не учитывать и воздействия ряда случайных эксплуатационных факторов, ускоряющих естественный процесс деструкции пенополистирола. Даже поведение пенополистирола при пожаре значительно его отличает от других теплоизоляционных материалов.

Установлено, что прочность образцов, отобранных из стен эксплуатируемых зданий, несколько ниже, чем образцов, взятых непосредственно с завода. При этом очень трудно оценить, как изменилась плотность побывавших в эксплуатации образцов, в связи с отсутствием первичных данных, соответствующих времени ввода зданий в эксплуатацию. Снижение прочности образцов от времени эксплуатации было более значительным при плотности пенополистирола ниже 40 кг/м3. Зафиксированы случаи, когда значения коэффициентов теплопроводности пенополистирола за 7–10 лет эксплуатации конструкций возросли в 2–3 раза. Это, как правило, связано с нарушением технологического регламента при производстве строительных работ или применением несовместимых с пенополистиролом материалов, а также применением для ремонта стен красок, содержащих летучие углеводородные соединения.

Журнал «Строительный эксперт», №09-10 (306), 2010

 

Армирование пенопласта — вредно или нет?

 

Армирование пенопласта — это не сложный строительный процесс нанесения защитного слоя на поверхность предмета из пенопласта. Данный процесс используется для защиты пенопласта от различных внешних воздействий, осадков и солнечных лучей. После того, как будет нанесена армирующая масса (армирующая штукатурка) на предмет из пенопласта, он начинает приобретать такие качества, как водонепроницаемость, теплоизоляция, звукоизоляция, упругость и эластичность. Кроме того, нанесение армирующей штукатурки значительно увеличивает срок службы данных изделий из пенопласта.
Армировать пенопласт нужно обязательно, ведь просто так оштукатурить его вряд ли получится. Без армирования ваш фасад сразу же после высыхания превратится в паутину из трещин и неровностей.

Как влияет армирование на пенопласт? Перед тем, как ответить на этот вопрос, следует узнать по-больше о свойствах пенопласта и узнать что он из себя представляет…

Пенопласт – это простой строительный материал белого цвета, который состоит из воздуха. Воздух заключен в огромное количество микроскопических с тонкими стенками клеток из вспененного полистирола. Многие специалисты утверждают, что пенопласт не подходит для утепления дома, так как он не достаточно прочный. В принципе, так оно и есть, но если его обработать специальными материалами, то пенопласт будет вам служить много лет. Кстати, пенопласт прошел немало лабораторных испытаний и исследований на выносливость и зарекомендовал себя как качественный, упругий и прочный строительный материал.


Качество хорошей звукоизоляции имеют все пористые строительные материалы и пенополистирольные материалы в том числе. Известно, что пенопласт в толщину всего в 5 см поглощает примерно 95% всех шумов и звуковых вибраций. Поэтому пенопласт является хорошим звукоизоляционным материалом.


Пенополистирол не способен поддерживать горение, а даже наоборот, является материалом самозатухания. Температура самовозгорания пенопласта достигает +491 °С. Это примерно в 2 раза выше, чем температура возгорания бумаги, пробки и древесины. Температура пламени при горении ПСБ-С примерно в 7 раз меньше горения древесины. Из этого следует, что, пенополистирольные плиты дают очень не большое повышение температуры при пожаре, и воспламеним лишь при личном контакте с открытым огнем.

Мы все отлично знаем, что такой материал, как пенопласт применяют в изготовлении упаковок для продовольствия, и он имеет прямой контакт с различными пищевыми продуктами. В его составе отсутствуют различные опасные, ядовитые, токсичные вещества и химикаты. За все время существования пенопласта ни разу не было зарегистрировано случая профессионального заболевания, который бы произошел по вине пенополистирола. Он не вреден, не опасен и не токсичен для человеческого здоровья, поэтому с ним свободно можно работать без перчаток, масок и других средств защиты от химикатов. 

Узнав многие положительные стороны такого материала, как пенопласт, теперь можно смело заявить, что данный материал весьма качественный, устойчивый, безопасный и не подвергается воздействиям окружающей среды. Он экологически чистый, не имеет токсинов вредных химикатов, при горении выделяет точно такие же газы, как и при горении древесины или пробки. Пенопласт обладает не высоким уровнем теплопроводности и паропроницаемости. Все его преимущества и доступная цена делают пенополистирол весьма доступным и актуальным утеплителем на сегодняшний день, а сомнительная информация о его недостатках, которая часто проскальзывает в просторы интернета — это не что иное, как замечательный маркетинговый ход конкурентов, продающих пенопласт.

И следует отметить, что технология армирования пенопласта только улучшает его положительные характеристики, делая пенопласт еще прочнее и устойчивее к воздействиям окружающей среды.

 

Вред пенопласта для здоровья: есть ли он?

Вреден ли пенопласт для здоровья — 4 опасности

Статья о вреде, который способен причинить пенополистирол здоровью человека. Не всё так хорошо, как кажется. Советуем вам прочитать статью полностью. Скорее всего, будете удивлены. В конце статьи — интересный опрос.

Уже давно не утихают споры относительно данного вопроса. Ученые, строители и рядовые потребители хотят докопаться до сути и выяснить — действительно ли вреден пенопласт для человека и насколько.

В этой статье мы постарались систематизировать имеющуюся на сегодняшний день информацию и привести самые важные моменты, на которые стоит обратить внимание в первую очередь. Это очень важно, поэтому советуем вам дочитать статью до конца. (Кстати, обязательно почитайте отзывы о пенопласте — будет полезно.)

Итак…

Пенопласт — вред или нет?

Наверняка вы знаете, что пенополистирол — это материал искусственного происхождения. И наверняка вы догадываетесь, что такой материал не может быть абсолютно безвредным для здоровья. Это действительно так.

Почему на сайтах производителей, продавцов мы читаем обратное? Да, можно встретить информацию о том, что пенопласт абсолютно безвредный материал, экологически чистый. Некоторые даже не просто говорят о том, что он не выделяет никаких вредных веществ, но и заявляют следующее:

Конечно, это неправда. Обман потребителей. На что только не идут ради продаж…

Пенопласт способен наносить вред здоровью человека (и не только). И это нужно обязательно учитывать в строительстве, при обустройстве помещений, особенно жилых.

В общем, давайте рассмотрим подробнее.

Вред №1: при горении выделяет сильные яды!

Это правда. Уже давно доказано, что в процессе горения этот материал интенсивно выделяет очень вредные, токсичные вещества. Это настоящие яды для организма человека и не только.

Есть масса жизненных примеров, когда отравление людей происходило именно из-за ядов, которые при пожаре выделялись из пенопласта.

Причем обычный пенополистирол воспламеняется очень легко. Поэтому при использовании этого материала нужно учитывать высокую пожароопасность. Не в коем случае нельзя применять его внутри жилых помещений (например, утеплять потолок, стены). Всякое может быть — неисправная электрическая проводка, бытовая техника…

Обратите внимание

И как вам теперь фраза о том, что «при горении пенопласт не вреднее, чем дерево»? Явное искажение фактов. С давних времен люди делали костры из древесины, готовили пищу, грелись. А можно ли представить костер из пенопласта, разведенный для таких же целей? Такое даже представить страшно. Любой здравомыслящий человек понимает: будут выделяться ядовитые вещества, это очень опасно.

Каждый ли пенопласт одинаково горит?

Нет, не каждый. Например, есть так называемый самозатухающий материал, который не поддерживает горение. И даже после возгорания, если источник огня будет убран, такой пенополистирол быстро затухнет.

Однако это свойство мало что дает. Ведь зачастую (например, при пожаре) вблизи пенопласта могут быть другие горючие материалы, которые будут отлично поддерживать горение. А значит — даже самозатухающий пенополистирол будет продолжать гореть и выделять ядовитые вещества.

Иными словами, свойство самозатухания не решает полностью проблему возгорания и выделения вредных токсинов. Лишь в отдельных случаях помогает уменьшить масштабы горения.

Также нужно учитывать, что на рынке есть недобросовестные производители. Бывает и такое: на упаковке указано, что материал самозатухающий, а в действительности… он самый обычный. Такой, который легко воспламеняется и прекрасно горит, поддерживает горение.

То есть некоторые продавцы могут брать с потребителей деньги за такие свойства пенопласта, которых на самом деле нет. В общем, обманывают и наживаются на этом.

Именно поэтому при покупке нужно большое внимание уделять наличию у продавцов сертификатов качества, отдавать предпочтение только проверенным производителям.

Вред №2: выделение стирола при комнатной температуре

Некоторые почему-то думают, что пенополистирол опасен только тогда, когда горит. Однако это не так. Этот материал способен наносить вред окружающим людям даже при комнатной температуре.

Дело в том, что после производства в пенополистироле содержится остаточный стирол — очень токсичное вещество. Особенно велика его концентрация в материале низкого качества. Наименьшая — в качественном пенопласте (серьезных производителей).

Выделяющийся стирол способен наносить вред здоровью людей. Особенно велика восприимчивость у детей. И с повышением температуры воздуха количество выделяемого стирола, как правило, увеличивается. Например, вред пенопласта может усиливаться в жаркую погоду, когда он расположен в теплых помещениях — кухня, баня и т.д.

Важно

Это еще одно подтверждение того, что использовать пенополистирол внутри жилых помещений не стоит. Зачем вам этот вредный стирол, который даже при комнатной температуре будет постепенно выделяться и вредить вашему здоровью?

Более того — некоторые специалисты утверждают, что даже при наружном утеплении часть стирола способна поступать вовнутрь помещений. Конечно, концентрации будут значительно ниже (по сравнению с расположением внутри помещений) и это относится к таким стенам, которые обладают хорошей паропроницаемостью.

По словам специалистов, проникновение небольшой дозы стирола (через стены) вовнутрь помещений может происходить из-за разности температур и парциальных давлений паров внутри дома и на улице. Как правило, летом, когда расположенный снаружи пенопласт нагревается, что усиливает выделение стирола.

Вред №3: другие токсичные вещества

Ученые утверждают, что стирол — это далеко не единственное вредное вещество, содержащееся в пенопласте. Есть еще фенол, формальдегид, которые также способны оказывать вредное воздействие на организм человека.

По некоторым данным, в этом материале присутствуют и другие вредные вещества, которые хоть и в меньшей степени, но все равно отрицательно влияют на здоровье людей. Особенно, если их концентрация в воздухе превышает допустимые нормы (например, из-за плохой вентиляции, при использовании низкосортного пенополистирола).

Из-за этого многие потребители категорически отказываются использовать пенополистирол внутри помещений. Если утепляют свое жилье этим материалом, то только снаружи. И правильно делают.

Разумеется, содержание подобных вредных веществ в продукции разных производителей может отличаться, причем значительно. Однако некоторые люди предпочитают не рисковать.

Вред №4: паробарьер

Это нельзя назвать сильной опасностью. Однако негативное воздействие все же может быть.

О чем именно идет речь? Дело в том, что паропроницаемость пенопласта очень низкая, практически равна нулю. Проще говоря, этот материал «не дышит». А если и «дышит», то очень плохо. И, например, когда утепляются стены, изготовленные из «дышащих» материалов (дерево, глина, кирпич), то очень быстро можно заметить негативное влияние.

Из-за пенопласта водяной пар будет очень плохо выходить из помещений через стены на улицу. То есть, стены станут плохо «дышать». А значит — если в доме нет хорошей вентиляционной системы, то микроклимат в помещениях может заметно ухудшиться. В комнатах со временем повысится уровень влажности, станет некомфортно.

Совет

Естественно, это создаст негативное влияние на здоровье проживающих в доме людей. Прежде всего, отразится на дыхательной системе.

К тому же, из-за постепенно накапливающейся влаги в толще стены, может заметно снижаться срок их службы и всего дома в целом.

Именно поэтому многие специалисты настоятельно советуют если и применять пенопласт для утепления домов, то только таких, где стены выполнены из материалов, обладающих практически нулевой паропроницаемостью (например, бетон).

В этих домах стены и так очень плохо «дышат», поэтому пенополистирол никакого паробарьера создавать не будет. Выведение же паров и комфортный микроклимат в таких домах обеспечиваются именно за счет работы системы вентиляции. Естественно, речь идет о наружном утеплении.

О вреде пенопласта можно говорить долго

Скорее всего, ученые привели бы еще несколько аргументов для того, чтобы отказаться от пенополистирола. Мы же не будем загружать вас целым списком негативных факторов, сложными научными фразами.

Ведь даже тех моментов, которые мы привели, достаточно для того, чтобы задуматься о целесообразности использования пенопласта для решения определенных задач. И чтобы понять: далеко не во всех случаях есть смысл применять пенопласт.

Особенно когда стоит задача обустройства жилых домов. И тем более внутри помещений.

Не забывайте о том, что на рынке есть много других материалов, которые способны в ряде случаев достойно заменить пенополистирол. А, порой, и превзойти его по некоторым показателям.

Выбирайте строительные материалы с умом!

Vyborstm.ru

Опрос

Пенопласт вреден? Как вы считаете?

Источник: http://vyborstm.ru/penoplast-vred.html

Существует ли вред от пенополистирола (пенопласта)?

13 475

Интернет облегчил доступ к любой информации. Люди не только могут узнать и прочитать практически всё что угодно, но и сами могут создавать новости. Нередко профессиональные и дилетантские мнения авторов разных статей по одной и той же теме диаметрально противоположны.

Особенно напряженные дебаты разворачиваются, когда речь заходит о безопасности и здоровье. Вопрос о том, вреден ли пенополистирол или безопасен – один из таких. Давайте разберемся: пенополистирол — что это такое?

Что такое пенопласт или пенополистирол?

Для начала нужно понять, что из себя представляет пенополистирол, как он ведет себя при различных воздействиях. И понять представляет ли пенополистирол вред для здоровья?

Пенополистирол — это газонаполненный материал. Они изготавливается при паровом нагреве гранул полистирола. Предварительно эти гранулы заполняются газом.

Газ применяется разный: в обычном пенополистироле используется природный газ, в пожаростойком пенопласте – углекислый газ.

При нагреве газ расширяется, а гранулы многократно увеличиваются в размере (в 15 – 30 раз от исходного).

Если расширение гранул ничто не сдерживает, то получается рассыпчатый материал, который используют в наполнении бескаркасной мебели, упаковке, строительстве. Для получения твердых форм пенополаста, вспенивание осуществляется в замкнутой форме нужной конфигурации. Так получают плоские листы утеплителя, рельефные декоративные изделия, короба для упаковки бытовой техники и многое другое.

Полученный в результате материал обладает рядом очень выгодных качеств:

  • высокая теплоизоляция;
  • высокая долговечность;
  • низкое водопоглощение;
  • низкое паропоглощение;
  • биологическая устойчивость;
  • непривлекательность для грызунов и паразитов.

Пенополаст недорогой, очень легкий, практически не впитывающий влагу материал с низкой теплопроводностью. Он устойчив к гниению и биозаражению, долговечен, может принимать любую форму и быть упругим, но достаточно твердым, чтобы держать форму.

Благодаря этому пенополистирол получил широчайшее применение во многих областях:

  • В амуниции для безопасности (как военной, так и гражданской). В шлемах, наколенниках, налокотниках пенополистирол используется как амортизирующий материал и утеплитель.
  • Для производства одноразовой посуды. Широкое применение получили контейнеры для горячей пищи, стаканчики для напитков.
  • В качестве упаковочного материала. Пенополистирол хорошо сохраняет хрупкие предметы при перевозке. Может использоваться и в виде россыпи, и в виде прессованных форм нужного профиля.
  • Для изготовления детских игрушек и товаров для детской безопасности.
  • Для бескаркасной мебели (пуфы, кресла – мешки).
  • При изготовлении заготовок для рукоделия и творчества.
  • Для изготовления декоративных элементов интерьера и украшения сада (фальшивые камни, садовые фигуры)
  • В некоторых странах (Япония, Финляндия, Норвегия, Канада, США) пенополистирол используют в дорожных работах для защиты грунта от промерзания, уменьшения вертикальной нагрузки на склонные к проседанию грунты, создания искусственных неровностей и т. д. В России пенополистирол с этой целью не используется.
  • Для отделки внутренней и внешней. Из пенополистирола изготавливают различные декоративные элементы фасадов, потолочную плитку, имитацию лепнины и многое другое.
  • При изготовлении пенополистирольных, бетоно — пенополистирольных блоков для возведения стен в малоэтажном строительстве.
  • Для изготовления различных теплоизолирующих, звукоизолирующих материалов.

Упаковка из пенополистирола

Как влияет изделия из пенопласта на экологию?

Конечно, такое распространение материала и его ежедневное участие в жизни человека заставляют задаться вопросом: пенопласт вреден или безопасен?

Производители объявляют одним из важнейших эксплуатационных качеств, из тех, которыми обладает пенополистирол экологичность. Но их заинтересованность вполне понятна. Вот поэтому, при определении того, приносит ли экологии пенополистирол вред на самом деле, лучше обратиться к научным исследованиям.

Пенополистирол под микроскопом

Экологичность любого материала определяется его собственным воздействием на окружающую среду, воздействием при тех или иных условиях и при взаимодействии с другими веществами.

Причем нужно рассматривать как сиюминутное воздействие, так и долгосрочное. Вот основные факторы воздействия:

  • Пенополистирол практически не впитывает воду и совсем с ней не взаимодействует. Поэтому использование его, например, в отделке и утеплении фасадов, не только эффективно, но и безопасно. Из этого следует,  что потолочная плитка из пенопласта, если ее не нагревать вреда не представляет.
  • Пенополистирол не окисляется по воздействием воздуха и не разлагается под действием ультрафиолета. Эти качества позволяют утилизировать пенопласт на свалке бытовых отходов, а не на специализированном химическом полигоне.
  • Пенополистирол не растворяется никакими веществами, с которыми может контактировать на свалке бытовых отходов. Растворителями для него служат ацетон, исходный стирол, ароматические и хлорированные углеводороды. Эти вещества не встречаются (по крайней мере не должны встречаться) на свалке бытовых отходов.
  • Пенополистирол очень долговечный материал. Цикличные испытания на устойчивость годовым температурным изменением в диапазоне от -40 °С до +40 °С с воздействием на материал ультрафиолета и воды показали, что даже после 80 циклов (что соответствует 80 годам) структура пенополистирола осталась неизменной.
  • Экстремальные температуры не типичны для условий использования пенополистирола, но также были изучены. При нагревании без источника открытого пламени даже не обработанный противопожарными веществами пенополистирол начинает разрушаться лишь при 300 °С, а при открытом пламени — при 210 °С. Воздействие низких температур вообще можно не учитывать, так как разрушение наступает лишь поверхностное, да и то при -310 °С.

К сожалению, основная масса использованного пенополистирола утилизируется на свалках бытовых отходов. При захоронении пенополистирол практически безвреден для экологии, так как не взаимодействует с водой и воздухом, но он и не разлагается.

Ситуация усложняется тем, что сбор и переработка пенопласта на сегодняшний день экономически не достаточно выгодны. При переработке пенополистирол может использоваться для получения полистирола, правда, стоимость этого процесса сопоставима с изготовлением полистирола из первичного сырья, но требует более сложной организации процесса.

Еще одним способом переработки пенополистирола является его измельчение для использования в производстве бетоно – пенополистирольных блоков, наполнителя для теплоизолирующих смесей и подобных материалах. Это перспективное направление вторичной переработки, дающее надежду на уменьшение свалок.

Куча старого пенопласта

То, какой действительно наносит или нанесет полистирол вред экологии, говорить пока рано. Материал он очень долговечный. Даже уже давно захороненные на свалках первые массово выпускаемые пенопласты еще не подошли к порогу разложения.

Влияние пенополаста на здоровье человека

Вопросы о том, наносит пенополистирол вред для здоровья или нет, беспокоили потребителей практически с самого начала его использования. Каждый новый отделочный и строительный материал на основе пенопласта вызывал возобновление этих споров.

Сторонники применения пенополистирола приводят в качестве аргумента безопасности исследования ученых – химиков, физиков и материаловедов. Пенополистирол, без внешних на него воздействий, практически не взаимодействует с окружающей средой.

Его молекулярная структура очень устойчива. Выше описанные эксперименты показывают, что в обычных для человека условиях пенополистирол не выделяет никаких вредных веществ. Собственно, никаких веществ он не выделяет.

Обратите внимание

Противники использования пенополистирола заявляют о существующей возможности выделения стирола. Пусть даже не при обычных, а при экстремальных условиях.

Под экстремальными условиями понимается воздействие высоких температур.

Действительно, при горении пенополистирол, как и многие другие вещества, выделяет большой объем токсичных веществ, среди которых особенно ядовитым считается стирол.

Влияние стирола на человека:

  • головокружение;
  • раздражение слизистой глаз;
  • высокой концентрации приводят к поражению легких и даже смертельным отравлениям;
  • нарушается работа почек, печени, системы кроветворения;
  • онкология.

Горючесть изначально созданного пенополистирола была достаточно высокой. При температуре выше 210 °С пенопласт был способен самостоятельно поддерживать поверхностное горение и распространять огонь. Именно поэтому для производства строительного и отделочного пенополистирола сейчас используют антипирены (вещества, сдерживающие воспламенение и распространение пламени).

Благодаря этому удалось снизить горючесть и повысить температуру воспламенения до 440 °С. Кроме того, большинство современных изделий из пенополистирола не дают пламени распространяться и не поддерживают самостоятельное горение.

Надо сказать, что, как и многие другие опасные в больших дозах, но безвредные в малых вещества, стирол естественным образом содержится во многих продуктах, используемых нами ежедневно – кофе, чае, корице, сыре, клубнике и так далее.

Плавление пенополистирола

Вред пенополистирола для здоровья человека также может быть связан не столько с качествами материала, а с неправильным его использованием при отделке.

Пенополистирол очень популярный теплоизолятор, но при этом он плохо пропускает пар и влагу.

Бывает, что люди по незнанию или из экономии утепляют изнутри стены между квартирой и улицей листами пенополистирола.

Эта ситуация серьезна тем, что влага теплого домашнего воздуха сталкивается с холодной стеной прямо под пенопластом и конденсируется там. Стена на поверхности бетона постоянно влажная, что неминуемо приведет к развитию грибка и черной плесени, споры которой – опасный аллерген. Черная плесень может спровоцировать развитие астмы, хронических бронхитов и других заболеваний.

Правила безопасного использования

Как свести к минимуму вред от пенопласта, нужно учитывать ряд правил:

  • нельзя утеплять помещения с высокими температурными перепадами;
  • не утеплять потолок балкона или лоджии, и те места, куда могут попадать прямые солнечные лучи;
  • смотреть сертификат при покупке, стараться покупать материал в крупных торговых сетях;
  • систематически проветривать помещение;
  • нельзя использовать увлажнители и ионизаторы, если есть утепление из пенопласта;
  • на кухне должна быть хорошая вытяжка с воздухоотводом.

Нужно помнить, что стирол может выделятся при нагреве, поэтому пеноплатсом лучше утеплять места, которые не будут сильно нагреваться.

Часто задаваемые вопросы

Рассмотрим ряд вопросов про пенополистирол, и дадим на них ответы.

Вредна ли потолочная плитка из пенопласта?

Чтобы ответить на данный вопрос, нужно понять, где плитка будет установлена. На кухне ее устанавливать нельзя, так как возможны резкие перепады температуры, к тому же поверхность с трудом очищается от слоя грязи. В остальных помещениях плитку устанавливать можно, но только нужно помнить, что освещение не должно нагревать плитку из пенопласта, чтобы не выделялся стирол.

При какой температуре выделяются вредные вещества из пенопласта?

Как уже было написано выше, температура должна быть выше +40°С или ниже -40°С.

Чем вреден пенопласт или пенополистирол?

Сам материал вреда для здоровья человека не несет, но если его нагревать, то выделится стирол, который очень опасен.

Заключение

Пенополистирол многофункциональный, эффективный и недорогой материал.

Новые эксперименты, подтверждающие его высокую безопасность для здоровья и жизни человека, проводятся регулярно после каждой волны активности противников применения пенопласта.

Главным аргументом противников служит то, что исходным веществом материала является стирол и потенциальная угроза его выделения из пенопласта.

Стены в плесени

Научные результаты все же доказывают правоту людей, которые считают, что при обычных условиях и правильном использовании пенополистирол безвреден для человека.

Чью сторону принять – личное дело каждого, но, так или иначе, на сегодняшний день пенополистирол – это доступный по цене универсальный материал для строительства, отделки, творчества, упаковки и многого другого.

Prev Post

Тепло и шумоизоляция, для чего нужно ее делать?

Next Post

Как избавиться от влажности в доме?

Источник: https://teplota.guru/teploizolyatsiya/sushhestvuet-li-vred-ot-penopolistirola.html

Вреден ли пенопласт

В современном строительстве в качестве утеплителя используют массу различных материалов, которые отличаются по своим качествам и техническим характеристикам. При этом в последнее время пользователей интересует вопрос о том, какой утеплитель не вреден для здоровья.

Это связано с тем, что появляются различные слухи о выделении вредных веществ в процессе эксплуатации того или иного материала.

Пенопласт для утепления стен

Особенно часто данный вопрос поднимается при упоминании пенопласта. Такое положение дел обуславливается тем, что этот материал используется больше, чем другие утеплители. Именно поэтому необходимо определиться со всеми свойствами пенопласта и его влиянием на человеческий организм.

Чтобы определить вред пенопласта как утеплителя необходимо рассмотреть его свойства, состав и метод изготовления. Отдельное внимание стоит уделить и области применения, поскольку именно она является решающим фактором при выявлении воздействия на человека.

Структура материала на срезе

Утеплитель

В качестве материала для защиты от холода пенопласт практически незаменим.

  • Его пористая структура способна значительно снижать теплопроводимость.
  • Пенопласт прекрасно держит форму, чем не может похвастаться не один из утеплителей в данной ценовой категории.
  • Он более чем на 90% состоит из воздуха, поэтому не горит и не поддерживает этот процесс.
  • При его изготовлении используют минимальное количество стиролосодержащих веществ, что считается решающим фактором при определении экологической чистоты.
  • Максимальный срок эксплуатации пенопласта превышает 50 лет. Об этом свидетельствует инструкция по монтажу и сертификат качества, прилагающийся к большинству изделий из этого материала.

Совет! Данный вид утеплителя очень хорошо впитывает влагу и при этом теряет свои свойства. Поэтому его необходимо защищать от воздействия окружающей среды.

Использование в качестве наружного утепления домов, любительское фото

Выделение отравляющих веществ

Считается, что пенопласт при горении или сильном нагреве выделяет стирол, который очень вреден для организма и в чистом виде может стать настоящим ядом. Однако вредность базальтового утеплителя порой намного выше, особенно если были допущены нарушения в процессе его изготовления, что приводит к решению использовать менее опасный материал, хотя и выделяющий ненужные вещества.

Применение данного материала было утверждено еще при Советском Союзе, с учетом соответствующего ГОСТа

Стоит отметить, что стирол начинает выделяться только при нагреве свыше 40 градусов.

Важно

При этом необходимо помнить, что пенопласт не горит, а если возникнет пожар, то в помещении имеется много других материалов, которые в такой ситуации не менее токсичны.

Однако именно поэтому не стоит использовать этот материал для утепления крыши, особенно если она изготовлена из металла, а дом находится в теплых климатических зонах (Читайте также статью Утепление крыши пенополистиролом: важные этапы).

Таким образом, становиться понятно, что производить утепление лоджии или других помещений при помощи пенопласта вполне безопасно. В тех же случаях, когда он будет выделять вредные вещества, найдется много других материалов, в виде виниловых обоев и пластиковых предметов интерьера, которые могут нанести больший вред.

Совет! Не стоит для утепления применять пенопласт, который уже был в употреблении. На нем могут остаться различные вредные вещества со старого места.

Утепление крыши пенополистиролом: важные этапы).

Таким образом, становиться понятно, что производить утепление лоджии или других помещений при помощи пенопласта вполне безопасно. В тех же случаях, когда он будет выделять вредные вещества, найдется много других материалов, в виде виниловых обоев и пластиковых предметов интерьера, которые могут нанести больший вред.

Совет! Не стоит для утепления применять пенопласт, который уже был в употреблении. На нем могут остаться различные вредные вещества со старого места.

Данный материал очень нравится грызунам. Что может свидетельствовать об отсутствии токсичности

Область применения

Определяясь со степенью вредности данного материала необходимо рассмотреть места его использования.

  • Прежде всего, стоит понять, что пенопласт внутри помещений используют только когда выполняется утепление пластиковых окон, или входных дверей. Во всех остальных случаях используют более дешевые материалы. Поэтому его воздействие на человека минимально.
  • Отдельно стоит отметить утепление стен соприкасающихся с улицей. Дело в том, что его необходимо производить только снаружи (см.также статью Утепление фасадов пенопластом: делаем наружную теплоизоляцию с минимальными затратами времени и средств). В противном случае между утеплителем и стеной будет появляться конденсат, образовываться плесень и грибок.
  • Когда возводятся перегородки из гипсокартона, то совершенно неважно вреден ли базальтовый утеплитель или выделят ли пенопласт стирол. Оба этих материала поставлены в данном случае в такие условия, что их использование является не только самым оптимальным решением, но и экологически чистым.
  • Единственное небезопасное место для применения этого утеплителя считается крыша из металла. Однако при учете того, что от непосредственной области накаливания пенопласт отделяет слой гидроизоляции, а от жилого помещения пленка пароизолятора, то использование его для этих целей вполне допустимо.

Совет! При монтаже необходимо защитить утеплитель от попадания влаги. Иначе он полностью потеряет свои свойства.

Утепление фасадов пенопластом: делаем наружную теплоизоляцию с минимальными затратами времени и средств). В противном случае между утеплителем и стеной будет появляться конденсат, образовываться плесень и грибок.

  • Когда возводятся перегородки из гипсокартона, то совершенно неважно вреден ли базальтовый утеплитель или выделят ли пенопласт стирол. Оба этих материала поставлены в данном случае в такие условия, что их использование является не только самым оптимальным решением, но и экологически чистым.
  • Единственное небезопасное место для применения этого утеплителя считается крыша из металла.

    Однако при учете того, что от непосредственной области накаливания пенопласт отделяет слой гидроизоляции, а от жилого помещения пленка пароизолятора, то использование его для этих целей вполне допустимо.

  • Совет! При монтаже необходимо защитить утеплитель от попадания влаги. Иначе он полностью потеряет свои свойства.

    Дома в Японии, полностью изготовленные из пенопласта

    Исследования и практика

    Многие начинающие мастера, производя монтажные работы своими руками, обращаются за консультацией к специалистам или сети Интернет. Однако по вопросу о вреде данного материала нет однозначного мнения мастеров и достоверных исследований специалистов.

    Ответ сотрудников МЧС на запрос о вреде данного материала и его пожарную безопасность при возведении жилых домов

    При этом практика показала, что расположение утеплителя и внешние воздействия на него полностью не могут исключить выделение вредных веществ. Правда вероятность подобных случаев настолько мала и требует определенных условий, что принимать ее всерьез не стоит.

    Также необходимо помнить и о том, что цена других экологически чистых утеплителей весьма высока, а их природные составляющие также выделяют вредные вещества при горении или сильном нагреве.

    Совет

    Толщина различных видов материала для достижения одинакового эффекта теплоизоляции

    Поэтому окончательное решение придется дел» width=»640″ allowfullscreen=»» frameborder=»0″>

    Остались вопросы? Задайте их в нашей группе вконтакте

    Какие окна установлены в вашем доме/квартире?

    Источник: https://astgift.ru/vreden-li-penoplast/

    Вреден ли пенопласт: какие опасности подстерегает в себе пенополистирол?

    12.06.2017

    Занимаясь ремонтом или планируя строительство дома, все большее количество людей обращают внимание на безопасность материалов для природы и людей: возможность утилизации, пожаробезопасность, отсутствие вредных выделений. В связи с этим возникает вопрос об утеплителях, в частности, вреден ли пенопласт.

    Что такое пенопласт

    Для того, чтобы определить, пенополистирол вреден или нет, надо выяснить, что такое пенопласт, чем от него отличается пенополистирол, что это за материал.

    Пенопласт и пенополистирол – синтетические материалы, полученные в результате разных технологических процессов из одного сырья – стирола, их главная особенность – насыщенность воздухом до 97%. Воздух, как известно, лучший теплоизолятор, и именно этим обусловлен низкий коэффициент теплопроводности этих материалов.

    Пенопласт и пенополистирол состоят из ячеек пластика, заполненных воздухом. Ячейки пенопласта имеют размер 0,3-0,5 мм, ячейки пенополистирола меньше – 0,1-0,2 мм, что дает разницу в плотности материалов. Пенопласт прессуют, поэтому он имеет гладкую поверхность, не пропускающую водяные пары.

    Пенополистирол режут, из-за чего часть ячеек становится открытой, это дает увеличение паропроницаемости.

    Из-за разницы в технологиях производства пенопласт получается более легким, не пропускающим пар, но впитывающим воду, нестойким к механическому повреждению и разлагающимся на солнечном свете.

    Эти качества объясняют разное применение: пенополистирол применяют в строительстве, пенопласт – как упаковочный материал.

    Влияние пенопласта на окружающую среду и здоровье людей

    Пенопласт был первым пластиком, полученным реакцией полимеризации более полутора веков назад. За это время были созданы несколько технологий получения пенополистирола с различными добавками, улучшающими характеристики материала.

    Производители рекламируют материал как:

    • Экологичный.
    • Безвредный.
    • Самозатухающий.
    • Не подверженный гниению.
    • Долговечный.

    Однако мнения специалистов в области экологии и строительства дают повод сомневаться в этих характеристиках. Рассмотрим основные претензии к этому материалу.

    • Когда говорят об отсутствии влияния пенопластов на природу, говорят об инертности материала, не учитывая то обстоятельство, что он не разлагается. Попав на свалку, отходы упаковок, одноразовая посуда, рассыпавшись под влиянием ультрафиолета на гранулы, будет лежать там вечно.

    Вывод: пенопласты вредят природе.

    • Утверждают, что экструдированный пенополистирол – пеноплэкс и графитосодержащий пенополистерол – техноплекс, обладающие свойством самозатухания, менее пожароопасны, чем пенопласты, получаемые по старой технологии. Означает ли это, что материал не создаст дополнительного вреда при пожаре? Нет, при большой площади возгорания температура очага горения может быть выше температуры плавления пластика, что повлечет выделение ядовитых газов.

    Вывод: пенопласт и пенополистирол опасны при пожаре.

    • Производители утверждают, что плесень не может жить на пенопласте, что подтверждено опытами. Да, плесень на самом материале не живет, но из-за нулевой паропроницаемости пенопласта повышенная влажность в помещении, утепленном изнутри, приводит к появлению черной плесени на материале облицовки или штукатурке. Там плесень вполне себе с удовольствием может размножаться.

    Вывод: утепляя стены пенополистиролом изнутри, позаботьтесь о принудительной вентиляции.

    • Производители утверждают, что грызуны не питаются пенополистиролом. Да, но они оценили теплоизоляционные качества материала и, при возможности, устраивают в слое утепления теплые «зимние квартиры»

    Вывод: при выполнении утепления необходима защита от грызунов.

    • Утверждают, что пенопласт безопасен при эксплуатации. Спорное утверждение, так как технология производства не дает 100% гарантии полимеризации исходного сырья, свежеуложенный пенополистирол будет выделять стирол. Кроме того, при температуре выше 30°С при воздушном окислении материала происходит выделение таких вредных для здоровья людей веществ, как толуол, бензол, формальдегид. Так как за 20 лет эксплуатации материал разлагается на 10–15%, со временем происходит увеличение вредных выделений.

    Вывод: утеплять помещения пенопластом изнутри опасно для здоровья.

    Оценивая для себя, пенополистирол вреден или нет, стоит ли использовать его в качестве утеплителя, надо анализировать факты и сравнивать денежную выгоду от применения дешевого материала с последствиями отрицательного воздействия на здоровье свое и близких.

    Правила безопасности

    К сожалению, не всегда возможно отказаться от применения пенопластов, но вред можно свести к минимуму следующим образом:

    • Не использовать при внутреннем утеплении жилых помещений и помещений с постоянным пребыванием персонала.
    • Не использовать в системах утепления с вентиляционным зазором.
    • При наружном «мокром» способе утепления выполнять работы в соответствии с технологией производителя материала.
    • Утепление перекрытий выполнять со стороны нежилых помещений, не утеплять пенополистиролом потолок балкона или лоджии.
    • Приобретать качественный материал у проверенного производителя или в крупной торговой сети, при покупке требовать сертификат соответствия.

    Материал демонстрирует свои лучшие качества, когда его применяют для утепления подземных сооружений, холодильных установок, предотвращения пучения грунта в полотнах дорог, мостах, взлетно-посадочных полос аэродромов, везде, где нет прямого контакта с человеком.

    Заключение

    Полностью безопасных стройматериалов, к сожалению, еще не придумали, и все отрицательные качества пенопласта – еще не повод отказываться от его применения. Главное, использовать его правильно, там, его он проявляет свои лучшие качества.

    Источник: https://1pofasadu.ru/uteplenie/vreden-li-penoplast.html

    Вреден ли пенопласт внутри жилого помещения

    Вам понадобится

    • пенопласт, саморезы, строительные смеси

    Инструкция

    Не стоит выбрасывать пенопласт. Его можно использовать на даче. Пласты пенопласта – отличный утеплитель. Его прокладывают между досками, закрепляя дюбелями или фиксируя строительными смесями. Купите пенопласт на строительной базе. Материал очень легкий, с ним удобно работать.

    Пенопласт отлично подходит для заделывания щелей. Возьмите нож и нарежьте упаковку от бытовой техники на полосы, ширина которых должна немного превышать ширину щели. Такой утеплитель сохранит тепло в помещении в самый сильный мороз.

    Пенопласт не поддается воздействию плесени и грибков. Он идеален для использованиях в помещениях с повышенным уровнем влажности.

    Используя данный материал, вы легко утеплите летнюю кухню или пристройку. Сделайте каркас, закрепите пенопласт дюбелями, закройте сверху сайдингом. Строительство выполняется в кратчайшие сроки.

    Обратите внимание

    В строительной сфере пенопласт используется также для утепления несущих элементов фундаментов. От качества теплоизоляции зависит срок эксплуатации зданий, тепловой баланс сооружений.

    В трехслойных фундаментных блоках пенопласт занимает среднюю часть. Устраивая бесподвальные помещения, строители укладывают плиты пенопласта в несколько слоев, заливая их сверху бетоном. Затем осуществляется возведение здания.

    Устанавливая плиты пенопласта, вы защитите фундамент от промерзания. Используйте материал для утепления полов. Речь идет об укладке пенопласта в межэтажные перекрытия.

    Положите плиты на изолирующий материал, сверху залейте бетонную смесь.

    Применяется пенопласт и для теплоизоляции кровли, утепления фасадов зданий.

    Пенопласт используют, заполняя ими отсеки маломерных судов. Это обеспечивает их непотопляемость. Из данного материала изготавливают нагрудники и спасательные жилеты, поплавки. Из пенопласта делают элементы декоративной отделки – потолочную плитку и плинтусы.

    В бытовых приборах материал выполняет роль теплоизолятора, как это сделано в холодильниках, рефрижераторах и изотермических фургонах.

    Упаковку из пенопласта можно использовать, заменяя им перлит или вермикулит. Натрите пенопласт на терке и смешайте с землей. Рыхлая почва идеально подойдет для цветника.

    Если вы любите шить игрушки, натертый пенопласт можно использовать в качестве заменителя ваты. Просто набейте им игрушки. Как видите, есть много способов использования данного материала.

    Источники:

    • Применение
    • Как использовать пенопласт

    Источник: https://www.kakprosto.ru/kak-827251-vreden-li-penoplast-vnutri-zhilogo-pomescheniya

    Полистирол: возможный вред здоровью материалов из стирола (пенопласт, пенополистирол)

    Полистирол, как строительный материал, прочно вошёл в нашу жизнь. Он обладает целым рядом технических характеристик, делающих этот утеплитель удобным в установке и при этом относительно недорогим для семейного бюджета хозяев. Производители хвалят и всячески рекламируют теплоизоляционные изделия, включающие в свой состав стирол.

    Одновременно этот стройматериал находится на плохом счету у экологов и учёных. Некоторые его эксплуатационные характеристики, действительно, вызывают обеспокоенность. Очевидно, что наряду с полезными качествами полистирол или пенополистирол обладает рядом опасных для здоровья факторов.

    Полистирол

    Самое распространённое использование стирола – это производство пенопласта (листового материала) и выпуск пенополистирола в гранулах (экструдированной массы).

    Важно

    Стирол выглядит как бесцветное вещество, обладающее рядом токсичных характеристик. При контакте с ним в чистом виде у человека поражается нервная система, меняется состав крови и нарушается работа внутренних органов.

    Все эти негативные факторы не так очевидны, если вещество включено в полимер, например, пенопласт. Но и в этом случае от негативного воздействия человек не застрахован! При определённых условиях эксплуатации токсины начинают выделяться в окружающую среду.

    Что говорят производители и строители?

    Производители в один голос твердят о безопасности полимеров, произведённых с использованием стирола. Только что сошедший с конвейера утеплитель абсолютно нейтрален по химическим характеристикам: не вступает в реакцию при допустимых эксплуатационных температурах, не выбрасывает в воздух вредные соединения.

    Плиты утеплителя

    Подтверждает безопасность и IRC – Международный строительный код. Полистирол причислен к экологически безопасным, доступным и распространённым утеплителям. Кроме того, этот материал обладает высокой энергоэффективностью – потери тепла минимальны. В США полистирол был признан один из лучших изоляторов для домов и квартир.

    Что говорят учёные и экологи

    Лабораторные исследования показали, что стирол – сильнейший яд, который в обилии выделяется в воздух при горении утеплителя. Это легко воспламеняющееся вещество, которое только усугубляет ситуацию при пожаре. Высокая концентрация токсинов и канцерогенов в воздухе приводит к быстрому отравлению человека и домашних животных. А при передозировке в живом организме возможен летальный исход.

    Полистирол

    Ещё один неприятный момент – это постепенное разрушение во время продолжительной эксплуатации.

    Старый пенопласт или пенополистирол в гранулах начинает отравлять воздух даже при обычных температурах! Это так называемая обратная полимеризация.

    Учитывая, что утеплитель не принято заменять новым в течение десятилетий, это большая экологическая проблема, которой не уделяется должного внимания.

    Важно! Стирол невозможно на 100% удержать в теплоизоляционном материале – степень современной полимеризации достигает максимум 97%. Всё, что не связано с основной структурой, свободно улетучивается в воздух.

    Учёные во всём мире вот уже не первое десятилетие подряд настоятельно рекомендуют отказаться от искусственных материалов при утеплении домов. Основное препятствие на этом пути – это высокая стоимость экологически безопасных теплоизоляторов. Полистирол по-прежнему доступнее для подавляющего большинства покупателей.

    Как избежать проблем?

    Если отдано предпочтение пенопласту, как доступному по цене утеплителю, следует помнить, что использовать его нужно для обшивки дома или квартиры только с наружной стороны стен.

    Дело в том, что концентрация канцерогенов внутри помещения будет превышать норму примерно в 10 раз, что обязательно скажется на самочувствии всех жильцов.

    А пенопласт снаружи будет отравлять только окружающую среду, но концентрация ядов в воздухе будет заметно меньше из-за постоянного притока свежего воздуха.

    Это, конечно, плохой выход из положения, но сейчас его использует большинство строителей – пенопластом стены утепляют только с улицы.

    Полистирол

    Чтобы максимально сберечь природу, необходимо учитывать, что на процесс постепенного распада полимеров влияют следующие факторы:

    • инфракрасное излучение – утеплитель обязательно защищается от прямых солнечных лучей;
    • доступ воды и кислорода – необходимо обеспечить герметизацию изолирующего слоя;
    • высокие температуры (при +75 выделение токсинов превышает нормы в 150 раз!).

    Существует мнение, что какое-то количество яда всё равно просачивается сквозь стены внутрь помещения.

    Очевидные строительные недостатки

    Сколько бы ни говорили производители о высоких эксплуатационных качествах полистирола, при его близком рассмотрении обнаруживается ряд негативных моментов.

    Одним из главных достоинств указывается низкая паропроницаемость. Однако при установке утепления это приводит к нарушению воздухообмена – в местах с плохой вентиляцией разрастаются колонии грибка и плесени.

    Примечательно, что избыточная влага накапливается при любых способах монтажа! В результате споры плесени заражают воздух, которым дышат жильцы. Решить проблему может регулярное проветривание.

    Однако форточки не оставишь открытыми надолго в холодное время года.

    Особенно страдает от присутствия спор плесени детский организм. Они приводят к нарушению работы пищеварительной системы, мигреням и аллергическим заболеваниям (например, астме).

    Ещё один неприятный момент – лёгкая воспламеняемость. Пенопласт при пожарах вспыхивает мгновенно, выделяя густой и едкий дым с токсинами. А если использовано утепление по принципу вентилируемого фасада, пламя за считанные минуты охватывает всё строение.

    Единственный выход избежать такого опасного воспламенения – это использование полимера, наносимого  методом напыления (пенополиуретана) или экологически безопасной минеральной ваты.

    Положительные моменты

    Изделия из полистирола не нравятся на вкус грызунам и насекомым – это несъедобные материалы, которые вредители обходят стороной.

    Утеплитель пластичен, легко режется, что существенно упрощает весь процесс монтажа (достаточно использовать обыкновенный нож или ножовку). Но при этом он достаточно прочен и обладает небольшим весом.

    Также он выигрывает в стоимости по сравнению с другими теплоизоляторами. Использовать пенопласт всегда выгоднее с экономической точки зрения.

    Утеплитель не является источником радиоактивных веществ. Новые изделия не опасны при контакте – работать с ними можно без защитной одежды, респиратора и очков. Прикосновение голыми руками и работы по монтажу не вызывают раздражения кожи или дыхательных путей.

    Совет

    Выбирать или нет такой материал для строительных работ, решать хозяевам. Но прежде чем сделать окончательный вывод, следует ещё раз проанализировать все технические и химические свойства утеплителя. И решить для себя, насколько будет опасно такое соседство в конкретном случае. Однозначного запрета на использование пенопласта и аналогичных полимеров в мире пока что не вынесено.

    Источник: https://heatheat.ru/uteplenie/materialy/polistirol-vred

    Пенополистирол вред для здоровья: мнение экспертов

    Знаете чем отличаются маленькие дети от подростков? Спрашиваете, как это связано с вопросом: вреден ли пенопласт для здоровья? Сейчас все поймете. Дело в том, что маленькие дети воспринимают все только как «черное» и «белое». Для них что-то или хорошо или плохо. Есть только два варианта. Подростки, же умеют отличать градации.

    Как вы, наверное, уже поняли вред пенополистирола и его пагубные свойства — неоднозначный вопрос. И все же, есть несколько важных моментов, которые нужно учесть, размышляя, использовать этот материал во время строительства или нет.

    Давайте рассмотрим принципы производства пенопласта, области его использования и особенности монтажа, а уже после, сделаем собственные выводы.

    Как рождается «белый» утеплитель

    Итак, пенопласт это, по своей сути, вспененный полистирол. Слово «стирол» в составе уже настораживает, но об этом чуть позже. Для производства утеплителя используют, среди прочего, пентан и метиленхлорид. Это высокотемпературные жидкости, которые нужны для вспенивания полистирола.

    В результате вспенивания образуется большое количество пор или шариков. Для превращения их в твердые вещества требуется провести процесс полимеризации. Это процесс проводится с участием токсичных веществ. Кстати, вот здесь и вступает в действие упомянутый выше, небезызвестный стирол.

    Ясно, что полимеризация это реакция нескольких химических вещества. И вместе с тем ясно, что ни одна реакция никогда не проходит на 100%. Это может быть 95%-96% или даже 99,9%. Но, всегда остается какая-то часть вещества, которая не вступила в реакцию. В нашем случае осталась высокотоксичным веществом.

    Итак, подведем итог: по свой сути, пенопласт изготавливается из опасных веществ. Однако, если при изготовлении соблюдены все стандарты, этот материал соответствует отечественным, и даже международным нормам строительной гигиены.

    Об относительной безвредности этого материала может говорить также то, что он используется не только как утеплитель.

    Из известного, «белого» материала, изготавливают подложки для разных товаров, в том числе и продуктов, одноразовую посуду, а в некоторых местах существует целые пенопластовые дома.

    Как используется пенопласт

    Возможно, из школьного курса химии вы помните, что любая химическая реакция, в том числе и полимеризация, могут проходить в обратном порядке, так называемый распад молекул.

    А это, значит, что вредные вещества, которые некогда превратились в безопасные твердые, могут снова в виде паров оказаться «на свободе». Например, выделение таких веществ как бензальдегид, формальдегид и стирол может нанести вред здоровью. Но, конечно, для этого нужны определённые условия.

    Поэтому, никогда не нарушайте инструкцию по монтажу пенопласта. Двумя главными врагами пенопласта являются:

    • Ультрафиолетовые лучи;
    • Высокая температура.

    Читайте также  Выбор клей пены для пенопласта + бюджетный вариант

    Определить разрушается пенопласт или нет можно по желтым пятнам. Заметив этот признак, безопаснее всего сменить утеплитель. Если мы говорим о правильном монтаже пенополистирола вреда для здоровья может и не быть.

    Пенополистерол выделяет опасные вещества только в определённых условиях.

    Но, кто-то скажет: «О каком вреде идет речь, если мы говорим о наружном использовании пенопласта?». На самом деле, лишь в небольшом количестве случаев толщина стен достаточна, чтобы не пропустить токсичные вещества внутрь дома. В большинстве же мест, токсичные элементы исходящие из подвергшегося коррозии пенопласта вполне себе беспрепятственно попадают внутрь дома.

    Итак, хотя экологичность пенополистирола и вызывает некоторые сомнения, правильный монтаж при наружном использовании защищает от опасностей. А что можно сказать о внутреннем утеплении? Вреден или нет полистирол в нашем жилище?

    Опасен ли пенопласт при внутреннем утеплении

    Если сказать просто, все зависит от правильности использования. Если пенопласт не крошится под воздействием тепла, например, батареи рядом или не подвергается воздействию вредных веществ, его можно считать безопасным. Но, есть три косвенных момента, которые стоит учесть, размышляя об использовании этого материала внутри помещения.

    1. Пенопласт горит или нет? Горючесть пенопласта вызывает много споров. Если сказать коротко, так как материал на 90% состоит из воздуха, он не горит. Скорее можно сказать, что горение пенопласта это процесс плавки. Само собой, во время плавления выделяются токсичные вещества. Поэтому, даже негорючий пенопласт — это материал, который плавится. А значит, утеплитель должен быть со всех сторон защищен негорючими веществами, например, штукатуркой или использоваться как начинка для сэндвич-панелей. Вредный пенопласт — плавящийся пенопласт.
    2. Мыши и другие грызуны. Хотя эти животные не едят пенополистирол, они активно грызут его, чтобы создать себе жилище.
    3. Плесень. Так как пенопласт не пропускает тепло, если с одной стороны попадет холодный воздух, между стеной и утеплителем образуется конденсат. А влажная среда отлично подходит для размножения бактерий и появления грибка. Кажется, не стоит объяснять, что плесень очень отрицательно сказывается на здоровье.

    Если на стенах внутри утеплитель из пенопласта вредно ли будет находиться в помещении? Как и в случае использования материала, снаружи, его безопасное использование внутри зависит от применения инструкции.

    В качестве вывода: полистирол вред которого не подтверждён фактами, можно считать безопасным.

    Что говорят эксперты

    Конечно, хотелось бы, чтобы все наши рассуждения были подкреплены мнением людей, которые занимаются исследованиями.

    Роман Эберсталлер, руководитель производства австрийского завода «Sunpor» говорит:

    Аргумент кажется убедительным, не так ли? Если мы не боимся взять с полки супермаркета конфеты, которые лежат на подложке из пенопласта, стоит ли бояться утеплять им стену дома?

    В качестве обратного, уравновешивающего довода можно привести следующее:

    • Люди изобрели отличный, экономичный и, кажется, не вредный пластик. Но, салоны дорогих автомобилей отделывают натуральной кожей;
    • Люди придумали недорогие ДСП. МДФ, но, дорогую мебель, по-прежнему, делают из натурального дерева.

    Уловили суть? Все современные технологии направлены в основном на экономичность решений. А это значит, что САМЫМ КАЧЕСТВЕННЫМ остается натуральное. Ожидать от пенополистирола экологичности льняного утеплителя не совсем честно. Но, вопрос финансов никто не отменял.

    И пенополистирол остается самым-самым в соотношении цена-качество. Это значит, что принимать решения, нужно с учетом финансовых возможностей.

    Если вы тщательно не выбирали место на планете для жительства, не вычитываете книги по питанию и не занимаетесь каждый день спортом, вряд ли пенопластовый утеплитель будет самым страшным врагом вашей семье.

    Обратите внимание

    Если же вы относитесь к здоровью щепетильно и даже педантично, возможно, стоит сосредоточиться на выборе более натурального утеплителя. Хотя разговор о вредности пенопласта можно было бы и продолжить, мыслей для размышления уже предостаточно.

    Вспомните, пожалуйста, пример о детях вначале статьи. Теперь нам ясно, что вред пенопласта вопрос не-детский. И все же мы обладаем принципами и фактами, которых достаточно для принятия решения о собственном жилище.

    На видео ниже показаны некоторые свойства пеноплекса. В нем ребята делают вывод, что пеноплекс не вреден для здоровья. Но, при плавлении его токсичность, конечно, однозначна.

    Источник: https://uteplix.com/materialy/penoplast/vred-negoryuchego-penoplasta-mify-i-fakty-mneniya-ekspertov.html

    Пенопласт — оценка перед покупкой

    Перед тем как купить утеплитель у покупателя возникают сомнения, чаще всего на почве «незнания» предмета. Поэтому, чтобы развенчать многочисленные негативные мифы о пенопласте.

    Мы расскажем Вам о пенополистироле. Условное обозначение по ГОСТ 15588-2014 ППС расшифровывается как пенополистирол самозатухающийся (не путать с экструдированным пенополистиролом XPS).

    №1 Миф о страшной пожароопасности пенопласта

    Пенопласт, как многие другие материалы, в том числе с полимерными добавками, у которых цены находятся в одном диапазоне, входит в список горючих.Все строительные и горючие материалы можно разделить на четыре группы:

    • Г1 или слабо горючие
    • Г2 или умеренно горючие
    • Г3 или нормально горючие
    • Г4 или сильно горючие

    Пенополистирол относится к группе Г3 и группе воспламеняемости В-3

    Если сравнивать материалы по температуре самовозгорания, то пенопласт- пенополистирол обгоняет всех на две головы:

    • + 491° С – самовозгорание пенопласта
    • + 230° С – бумаги (в 2,1 раза меньше)
    • + 260° С – древесина (в 1,8 раз меньше)

    Если же пенопласт все-таки загорелся. То выделяет он тепловой энергии значительно меньше, чем остальные материалы:

    • От 1000 до 3000 МДж/кг – пенопласт
    • От 7000 до 8000 МДж/куб.м – сухая древесина

    А означает это то, что при горении пенопласт дает меньшее повышение температуры, чем та же мебель или линолеум.

    Еще один важный момент: в современном пенополистироле одним из компонентов является антипирен — который придает пенопласту способность к самозатуханию через 4 секунды после удаления источника горения.

    №2 Миф о быстром разрушении пенопласта

    Возникло это заблуждение хотя бы потому, что пенопласт стал активно использоваться в строительстве только в середине прошлого века. Поэтому объективных доказательств его долговечности или недолговечности еще не существует в природе. Что в свою очередь и рождает мифы о хрупкости материала.

    И все же исследования ученых и их выводы говорят об обратном. В ходе проведения испытаний пенополистирольных плит ГУП НИИ Мосстрой выдало заключение № 108 от 23.11.20012г. в котором указан срок эксплуатации – 100 лет.

    №3 Миф о вреде пенопласта здоровью и экологии

    Многие годы пенополистирол используется в пищевой промышленности, а мы не прекращаем думать, что пенопласт вреден. Из пенополистрола изготавливают пищевые упаковки, которые напрямую соприкасаются с продуктами. Из пенополистирола делают мебель холодильники и даже ульи (а пчелу сертификатами и словами не обманешь).

    Никаких ядов или токсичных элементов, поэтому при производстве не требуется дополнительная защита работника-строителя. В истории не зафиксировано ни одного факта, чтобы человек заболел от работы с пенопластом.

    №4 Пенопласт- это лакомство для грызунов

    На самом деле, пенопласт не привлекает грызунов своими вкусовыми качествами. Его грызут исключительно из необходимости сделать проход в дом. Поскольку мыши всегда находятся там, где есть еда, а еда есть в любом доме. И будет страдать не только пенопласт. Но и деревянные и кирпичные строения. Хотя и они не привлекают мышей.

    Поэтому единственное спасение утеплителя – это сражение с грызунами с помощью специальных служб и ядов.

    №5 Пенопласт душит дом

    Считается, что утеплитель из пенопласта не дает воздуху проникать в помещение а стенам «дышать». При проектировании и строительстве многие не берут во внимание такой показатель, как паропроницаемость материалов, а зря — это дает возможность «дышать» стенам. Этот показатель отвечает за выход влаги из стен дома наружу. Если паропроницаемость будет недостаточна влага останется внутри фасадной системы и на стыке материала с утеплителем провоцирует образование плесени, грибка и разрушение конструкции. В таких случаях нужно устанавливать каналы для отвода влаги. Если паропроницаемость будет чрезмерной как у мин. плиты, то мин.плита будет ее впитывать, при этом теряя свои теплоизоляционные качества. Тогда возникает необходимость для устройства просушки и вентиляции фасада. ППС по паропроницаемости идеальный материал. У ППС она такая же как у дерева не надо ни каналов ни вентиляции.

    Теплоизоляционные свойства

    Сравнивая пенопласт с другими утеплителями нужно отметить его следующие выигрышные качества. В результате исследований проведенных Российским НИИЖБ слой пенополистирола толщиной 4 см заменяет:

    • 4,5 см минеральной ваты
    • 6,5 см древесно-волокнистой плиты
    • 14 см древесины
    • 38 см керамзитобетона
    • 86 см кирпичной кладки

    А утепление стены пенополистиролом толщиной 12 см. сопоставимо с кирпичной стеной толщиной 2 м.

    Показатели паропроницаемости материалов

    Пенополитирол ППС 0.05 М.г. (М.ч.Па)
    Дуб 0,05 М.г. (М.ч.Па)
    Сосна 0,06 М.г. (М.ч.Па)
    Пенополистирол экструдированный 0,013 М.г. (М.ч.Па)
    Мин. вата 0,56 М.г. (М.ч.Па)
    Железобетон 0,03 М.г. (М.ч.Па)
    Красный кирпич 0.11 М.г. (М.ч.Па)
    Стекло 0,00 М.г. (М.ч.Па)

    В результате:

    Надо знать, что стена дома должна обладать минимальной паропроницаемостью и теплопроводностью и в то же время быть теплоемкой и теплоустойчивой. Такого эффекта нельзя добиться, используя для возведения стены только один материал. Наружная часть стены должна сдерживать холод- это пенополистирол ППС (минимальная теплопроводность) и не давать ему пройти к внутреннему теплоемкому материалу (это бетон кирпич), который будет сглаживать температуру внутри дома.

    Высокие теплоизоляционные качества материала в сочетании с паропроницаемостью, водопоглащением, экологической безопасностью, долгим сроком эксплуатации и ценой позволили пенополистиролу занять лидирующие позиции на рынке Европы и Америки. Пенополистирол ППС превосходит все современные аналоги утеплителей.

    Поэтому пенополистирол может применятся в любых областях строительства. Его с одинаково высоким эффектом используют для утепления стен, крыш, полов и подвалов. Пенопласт хорош в дорожном строительстве. А также в изготовлении холодильных камер, мебели, игрушек, фундаментов и т.д.

    Получить информацию о нашей компании, узнать о наличии материала и  ценах Вы можете на официальном сайте www.monoplus.ru и по контактным телефонам:

    8 4812 20-03-10

    8 4812 20-03-09

    8 4812 20-03-07

    Часто задаваемые вопросы к «ЧЗСП»

    Очень противоречивое и двойственное утверждение, которое уже неоднократно использовалось в рамках черных PR-компаний, направленных против пенопласта. Давайте разберемся! Действительно, пенополистирол, как и любой органический материал, теоретически может гореть. Как, собственно, и дерево, и обычная вата, которой умельцы иногда прокладывают «швы окон и дверей». Этой характеристикой пенопласта часто спекулируют производители конкурентных теплоизоляционных материалов, у которых не хватает объективных преимуществ своего собственного продукта, И единственное, что остается – это искажать факты и выезжать на «очернении» пенопласта. Хорошо, что грамотные хозяева и опытные строители понимают, что вопрос воспламеняемости пенопласта полностью снимается при выполнении всех необходимых правил монтажа и эксплуатации, соблюдении основных требований пожарной безопасности. Эти условия должны выполняться всегда и в отношении любых строительных материалов. В этом случае пенопласт успешно применяется в строительстве.

    Горючие строительные материалы делятся на четыре группы: Г1 (слабогорючие), Г2 (умеренногорючие), Г3 (нормальногорючие), Г4 (сильногорючие). Анализируя результаты опытов можно сказать, что при определенной химической обработке пенополистирола степень его горючести может достигать показателей Г1, Г2, Г3, ― заверил Борис Серков, заместитель руководителя органа пожарной сертификации Академии Государственной противопожарной службы. Для сравнения: минеральная вата, не менее популярный теплоизоляционный материал, если ее испытать по методике проверки пенополистирольных плит, относится к группе горючести Г4.

    Температура самовозгорания пенополистирола +491 ºС. Это в 2,1 раза выше, чем температура возгорания бумаги (+ 230 ºС), и в 1,8 раза выше, чем у древесины (+260 ºС). При горении тепловая энергия, выделяемая пенополистиролом при горении, составляет от 1000 до 3000 МДж/кг. Для сравнения, при горении сухой древесины выделяется 7000-8000 МДж/м3. Таким образом, пенополистирол дает незначительное повышение температуры в отличие от других, участвующих при пожаре материалов (мебель, линолеум и т. д.). Огнестойкость (горючесть) пенополистирольных плит определяется не только их физико-химическими свойствами, но и “соседями”. Речь идет о комбинациях с другими строительными материалами, а также о наличии необходимых защитных слоев. При соблюдении правил противопожарной безопасности пенопласт марки ПСБ-С (пенополистирол самозатухающий ― с добавками веществ-антиперенов, препятствующих горению материала) менее опасен, чем другие широко распространенные строительные материалы.

    Лучистое воспламенение пенополиуретана: влияние размера образца

    На рисунке 3 показаны образцы до и после испытания. По мере увеличения теплового потока и усиления горения образцы все больше разрушаются. Эти изображения предоставляют качественное свидетельство происходящих процессов горения, которое дополняется подробными измерениями температуры.

    Рисунок 3

    Изображения 100-миллиметровых образцов, показывающие ( a ) первичную пену, ( b ) обугленную пену, в которой фронт тления не распространялся, ( c ) образец, в котором происходило тление и ( d ) образец, прошедший пламя

    Температурные данные, измеренные в образцах, используются для различения различных типов воспламенения при воздействии теплового потока на образец.Типы воспламенения классифицируются следующим образом: отсутствие воспламенения, частичное тление, полное тление и пламенное зажигание. Пиковые температуры для тления обычно находились в диапазоне от 300 ° C до 400 ° C, в то время как пиковые температуры, измеренные во время горения, составляли от 600 ° C до 700 ° C, за исключением случая 50-миллиметровых образцов, когда пламя наблюдалось визуально, а температура образец оставался от 350 ° C до 450 ° C. После завершения сгорания термопарам позволяли достичь установившегося состояния перед завершением эксперимента.{-2} \) показаны на рисунке 4a. По мере увеличения теплового потока установившаяся температура, достигаемая термопарами, линейно увеличивается. Температура одинакова до глубины 65 мм, после чего температура начинает немного снижаться. На рисунке 4b показано, что средняя эталонная температура в установившемся режиме линейно зависит от приложенного теплового потока. Планки погрешностей указывают максимальную и минимальную зарегистрированные температуры. Если термопары во время эксперимента превышают установившиеся температуры, указанные в этом анализе, можно предположить, что имеет место значительная экзотермическая реакция.Поэтому они представлены в качестве справки для определения в профилях температуры, когда и где происходит горение. Обратите внимание, что температуры за фронтом горения могут оставаться высокими, потому что термопары нагреваются фронтом тления и изолируются остаточным углем, который предотвращает их охлаждение до температуры окружающей среды.

    Рисунок 4

    ( a ) Профили установившейся температуры открытых термопар без образца пены для четырех тепловых потоков и ( b ) зависимости теплового потока и температуры.Маркер представляет собой среднее значение, а полосы ошибок относятся к максимальным и минимальным измеренным значениям

    Температурные данные, обсуждаемые в следующих разделах, представлены двумя способами. Первый — это анализ температурно-временного ряда, показывающий изменение температуры на каждой термопаре в образце во время эксперимента. Это позволяет оценить развитие реакции горения с течением времени. Второй — это анализ профиля температуры по глубине образца в три или четыре различных периода времени в ходе реакции.Это время выбирается сразу после воздействия теплового потока, во время горения и в течение периода окончательного установившегося состояния. Этот метод позволяет увидеть распространение тепловой волны через образец. {- 2} \ ), ( с , д ) \ (8.{-2} \) (рис. 6ж), где максимальная температура составляет 715 ° C. На рисунке 6h показано быстрое распространение через пену и установившиеся температуры ниже, чем наблюдаемые для случая полного тления. Это связано с тем, что пена, окружающая термопары, была поглощена пламенем, подвергая их повышенным тепловым потерям. После пламенного воспламенения фронт распространялся через образец за 2,5 мин по сравнению с 20 мин при тлении.

    140 мм Образцы

    На рис. 7а и 7б показан эксперимент при тепловом потоке \ (7.{-2} \). На рисунке 7h наблюдается быстрое распространение фронта с глубины от 35 мм до 85 мм за 30 с. Достигнута максимальная температура 711 ° C. Как и в образцах диаметром 100 мм, термопары достигают более низкой установившейся температуры, чем в случае тления.

    Сводка испытаний на зажигание

    На рисунке 8 показано количество раз, когда каждый размер образца испытывался при заданном тепловом потоке. Затенение представляет тип зажигания: светло-серый цвет означает отсутствие зажигания, средний серый — тлеющее зажигание, а темно-серый — пламенеющее зажигание.Хорошо видно, что пламенное воспламенение образцов размером 50 мм более рассеяно, чем образцы большего размера. Мы также можем видеть, что существует значительное уменьшение критических тепловых потоков, необходимых как для тления, так и для воспламенения пламенем, по мере увеличения размера образца. Цифры показывают, сколько экспериментов было проведено при заданном тепловом потоке.

    Рисунок 8

    Матрица испытаний, показывающая соотношение теплового потока и размера проверяемых образцов, а также полученные типы воспламенения. Однозначные числа указывают, сколько раз образцы испытывались при тепловом потоке

    Критический тепловой поток для воспламенения

    Тление и возгорание пламени для трех размеров образцов наблюдались визуально, а также с использованием данных о температуре, показанных на рисунках 5, 6 и 7.Диапазоны критических тепловых потоков подробно представлены в таблице 1. Эти результаты согласуются с работой Андерсона и др. [5] и Bustamante et al. [20], где возможно сравнение, и дополнить их новыми результатами и более широким диапазоном условий.

    Таблица 1 Критический тепловой поток для воспламенения образцов размеров исследованных и найденных в литературе

    Наблюдается тенденция к тому, что по мере увеличения размера образца критический тепловой поток для тления и воспламенения уменьшается.Это согласуется с теорией, согласно которой на тление в значительной степени влияют потери тепла со сторон образца и масштабируется в зависимости от отношения площади поверхности к объему [8]. Зависимость от теплового потока, по-видимому, уменьшается при размерах более 140 мм, что свидетельствует о том, что критический тепловой поток становится независимым от размера образца для больших образцов.

    Максимальная температура и время до воспламенения

    На рисунке 9 показаны максимальные температуры, наблюдаемые в каждом эксперименте. На рисунке показаны три режима: первый, при низких тепловых потоках, когда воспламенения не происходит, показывает устойчивое повышение максимальной температуры с тепловым потоком примерно до 300 ° C.Эти случаи отсутствия зажигания отмечены крестиками. По мере увеличения теплового потока наблюдается скачок максимальной температуры примерно до 400 ° C. Эта область представлена ​​кружками и соответствует тлеющим возгоранию. Этот шаг более выражен для образцов размером 100 и 140 мм, чем для образцов размером 50 мм, что позволяет предположить иное поведение начала тления при этом размере. Затем максимальная температура увеличивается с увеличением теплового потока примерно до 425 ° C перед вторым шагом до температур в районе 700 ° C.Это соответствует воспламенению пламенем и обозначено треугольниками. Критические тепловые потоки, обнаруженные в результате этого анализа, находятся в диапазонах, указанных в таблице 1. Эта диагностика подтверждает определение 350 ° C в качестве критерия воспламенения тления.

    Рисунок 9

    Максимальные температуры, наблюдаемые во время экспериментов. Крестики обозначают отсутствие зажигания, кружки, представляют тлеющее зажигание, а треугольники представляют пламенное зажигание. Красный , зеленый и синий представляют образцы размером 50 мм, 100 мм и 140 мм соответственно.Мы видим, что в случаях отсутствия воспламенения температура возрастает с увеличением теплового потока до того, как произойдет ступенька, совпадающая с началом тления. Есть еще одна ступенька до температур в районе 700 ° C, соответствующих началу пламенного воспламенения

    Время до воспламенения для экспериментов, в которых происходило тление или пламя, показано на рисунке 10. Время до воспламенения было определено, когда термопара, расположенная на расстоянии 25 мм от свободной поверхности, достигла 350 ° C. Это состояние было определено апостериори на основании анализа, представленного на рисунке 9.Для тлеющего возгорания время до возгорания составляло от 2 до 20 минут, тогда как для пламени оно составляло менее 2 минут, а пламя обычно визуально наблюдалось менее чем через 5 с после воздействия теплового потока.

    Рисунок 10

    Время до возгорания показывает ( a ) асимптотическое поведение и ( b ) \ (1 / \ sqrt {t_ {ig}} \) для тления ( кружков, ) и горения ( треугольников ) ) образцы. Красный , зеленый и синий символы обозначают размеры образца 50 мм, 100 мм и 140 мм соответственно

    На рисунке 10а показано время до воспламенения как функция падающего теплового потока.Замечено, что время до воспламенения уменьшается по мере увеличения теплового потока. Для инициирования тления при высоких тепловых потоках время воспламенения значительно сокращается до менее 30 с. Видно, что время воспламенения образцов диаметром 50 мм отличается от такового для образцов диаметром 100 и 140 мм.

    На рисунке 10b показано значение, обратное корню квадратному из времени до воспламенения. Все образцы следуют линейной зависимости, предсказанной классической теорией воспламенения [21], что указывает на то, что по мере увеличения приложенного теплового потока время до воспламенения уменьшается.Это говорит о том, что в основе процессов лежит теплопроводность. Опять же, образцы диаметром 50 мм, по-видимому, следуют иной тенденции, чем образцы 100 мм и 140 мм, что позволяет предположить, что механизмы управления воспламенением при этом размере отличаются от таковых для образцов большего размера. {- 2} \).{-2} \). Видно, что скорость распространения увеличивается с увеличением теплового потока. Ошибка рассчитана на 12% на основе повторяемости экспериментов

    Известно, что возгорание тлеющего горения контролируется теплопередачей и кинетикой, а распространение контролируется наличием кислорода и потерями тепла [6, 8]. Следовательно, это уменьшение можно объяснить уменьшением доступного кислорода по мере того, как тление распространяется глубже в образец. Это означает, что кислород должен диффундировать дальше, прежде чем он достигнет фронта реакции, что ограничивает скорость распространения.Об этом эффекте ранее сообщали Палмер [22] и Краузе и Шмидт [11]. Вблизи свободной поверхности имеется большой запас кислорода, и в реакции преобладает тепло, подаваемое нагревателем.

    Возгорание жестких пенополиуретанов

    3.1. Характеристика пены

    СЭМ-микрофотографии поперечных сечений каждой пены были сделаны при увеличении 100 и показаны на рис. Все материалы имеют однородную ячеистую структуру, а также в основном закрытые ячейки.Это типично для жестких пенополиуретанов и желательно для большинства целей, поскольку стенки с закрытыми ячейками вызывают не только низкое водопоглощение и низкую проницаемость для влаги, но также задерживают вспенивающий агент, который отвечает за их низкую теплопроводность. RPUF с плотностью около 30 кг / м 2 часто имеет содержание закрытых ячеек 85–95% [1]. Исследованные пены показывают довольно однородные размеры ячеек, которые увеличиваются с уменьшением плотности пены. Кроме того, разные пены имеют сравнимую морфологию ячеек при одинаковой плотности, что делает их сопоставимыми по характеристикам горения.

    СЭМ-микрофотографии клеточной структуры всех исследуемых материалов.

    приводит результаты по теплопроводности и прочности на сжатие. Теплопроводность пен с закрытыми порами зависит от плотности, размера ячеек и газа внутри ячеек пены и не является линейной зависимостью. Фактически, теплопроводность определяется теплопроводностью твердого тела и газа, а также радиационным теплопереносом между стенками ячеек [37]. Приведенные данные показывают, что минимальная теплопроводность обычно находится в диапазоне 50–70 кг / м 3 .Это согласуется с литературой [37] и связано с увеличением твердой проводимости, уменьшением радиационного вклада и небольшим уменьшением газовой проводимости с увеличением плотности. В литературе сообщалось, что ППУФ, продуваемый пентаном, имеет более низкую теплопроводность, чем ППУФ, продуваемый водой [38]. Это подтвердили измерения. Обычные RPUF, используемые для строительства, имеют плотность около 30 кг / м 3 , а их теплопроводность может составлять всего 24 мВт / м · К [2]. Поскольку состав пен, исследованных в этом исследовании, не был оптимизирован в отношении их теплопроводности, λ увеличивается по сравнению с коммерческими системами.Из-за повышенной стабильности пенопластов с более высокой плотностью прочность на сжатие увеличивается с увеличением плотности [1]. В то время как PUR-P и PUR-H показали аналогичные значения прочности на сжатие при одинаковых плотностях, PIR-30-P имел значительно увеличенную прочность на сжатие, составляющую 348 кПа, по сравнению с 195 кПа для PUR-30-P и 170 кПа для PUR-. 30-Н. Однако прочность на сжатие при плотности 100 кг / м 3 была аналогичной для пен PUR и PIR.

    Таблица 2

    Результаты определения характеристик пены.

    ПИР-50-П 1091 ± 28
    Материал λ при 10 ° C (мВт / м · К) Прочность на сжатие (кПа)
    PUR-30-P 29,6 ± 0,2
    PUR-50-P 25,7 ± 0,2 338 ± 4
    PUR-30-H 29,8 ± 0,2 170 ± 8
    PUR-50-H 27,7 ± 0,2 343 ± 14
    PUR-70-H 28.5 ± 0,2 424 ± 10
    PUR-100-H 26,6 ± 0,2 1025 ± 23
    PIR-30-P 28,6 ± 0,2 348 ± 2
    28,2 ± 0,2 355 ± 4
    ПИР-70-П 25,1 ± 0,2 369 ± 11
    ПИР-100-П 29,8 ± 0,2

    3.2. Анализ пиролиза и предельный кислородный индекс

    В TG все материалы показали свою основную стадию разложения между 250 и 500 ° C.Кривые ТГ и скорости потери массы (MLR) пен PUR-P и PUR-H показаны на рис. Поскольку все пены измерялись как порошковые, плотность исходных материалов не оказывала значительного влияния на процесс пиролиза.

    Результаты ТГ пен PUR-P, PUR-H и PIR-P.

    Результаты ТГ показаны в. PUR-P и PUR-H показали аналогичное поведение при разложении с широким пиком между 250 и 500 ° C и четырьмя меньшими локальными максимумами. Для сравнения рассматривался только первый локальный пик. Температуры первого пика колебались от 290 до 296 ° C.Все пены имели остаток приблизительно 20 мас.%, А T 95% находился в диапазоне от 274 до 281 ° C; температура пиролиза (T макс ) составляла от 290 до 296 ° C.

    Таблица 3

    Результаты измерений TG и LOI.

    0,25
    Материал T 95% (° C) T макс. (° C) Остаток (мас.%) Сред. Остаток (мас.%) LOI (об.%)
    PUR-30-P 274 290 19.9 19,8 ± 0,1 19,5 ± 0,3
    PUR-50-P 275 291 19,7 20,4 ± 0,2
    PUR-30-H 21,5 20,4 ± 1,1 20,1 ± 0,2
    PUR-50-H 281 292 21,5 20,5 ± 0,2
    PUR-50-H 19,3 21.0 ± 0,2
    PUR-100-H 275 290 19,3 21,3 ± 0,1
    PIR-30-P 279 338 26 21,5 ± 0,2
    ПИР-50-П 279 339 27,8 22,4 ± 0,2
    ПИР-70-П 289 34025
    ПИР-100-П 293 339 27.1 23,1 ± 0,1

    Пены PIR-P показали поведение разложения с одной основной стадией разложения около 340 ° C. Повышенная термостойкость пен PIR обусловлена ​​структурой изоциануратного кольца [39]. Разложение PIR-P начинается в диапазоне от 279 до 293 ° C и немного увеличивается с увеличением плотности. PIR-P обычно давал большее количество остатка: в среднем 27,4 мас.%.

    содержит результаты измерений предельного кислородного индекса (LOI) для всех пен, которые были протестированы.Внутри каждой группы материалов LOI увеличивался с увеличением плотности, хотя эффект невелик. Действительно, влияние плотности ограничено от 1,2 до 1,6 об.% И было связано с повышенной тепловой инерцией и лучшим выходом полукокса пен с более высокой плотностью. LOI PUR-30-H немного увеличился, 20,1 об.% По сравнению с 19,5 об.% Для PUR-30-P, что, вероятно, является следствием использования негорючего вспенивающего агента. Из-за более высокой термостойкости пен PIR-P LOI увеличился примерно на 2 об.%, Начиная с 21.От 5% до 23,1%.

    3.3. Поведение при пожаре

    3.3.1. Время до возгорания

    Из-за ячеистой структуры пен и низкой тепловой инерции, которую это влечет за собой [40,41], tig всех материалов, измеренных с помощью конического калориметра, составлял 4 с или меньше (). Небольшое увеличение tig было измерено для увеличения плотности, которое было незначительным, но было связано с повышенной тепловой инерцией пен с более высокой плотностью. В общем, tig для термически толстых материалов можно описать как [4,42]:

    tig = π4λρc (Tig − T0) 2q˙ext ″ 2 − CHF,

    (2)

    где Tig — температура воспламенения пены, T0 — температура окружающей среды, q˙ext ″ — внешний тепловой поток, а CHF — критический тепловой поток, необходимый для зажигания RPUF в конусном калориметре.Измеренная теплоемкость, а также расчетное и измеренное значение tig для всех материалов показано в. Для расчета tig использовались следующие параметры: Tig = 305 ° C [40]; Т0 = 20 ° С; q˙ext ″ = 50 кВт / м 2 ; CHF = 23 кВт / м 2 [4].

    Таблица 4

    Удельная теплоемкость, а также расчетная, измеренная и скорректированная tig для пен с плотностью 50 кг / м 3 .

    ± 1
    Материал тиг (с) Измерено c (Дж / кг · К) тиг (с) Рассчитано тиг (с) Рассчитано
    PUR-50-P 1304 ± 52 0.14 0,90
    PUR-50-H 2 ± 1 1315 ± 47 0,15 1,30
    PIR-50-P 3 ± 1 13257 0,16 0,79

    Рассчитанные tig занижают измеренные на порядок величины. Причина этого в том, что формула для оценки tig имеет некоторые приближения, например, она предполагает, что все количество падающего излучения поглощается в поверхностном слое.Однако как полупрозрачная среда пена демонстрирует глубокое поглощение инфракрасного излучения [30]. Поскольку первые стенки ячеек в верхнем слое имеют только часть полного поглощения, глубокое поглощение может быть основным фактором для определения tig. [43] Чтобы проверить это, был проведен простой эксперимент, как описано в [31,32]. Измеренные значения интенсивности, толщины образцов и рассчитанные коэффициенты поглощения отображаются в.

    Таблица 5

    Измеренные интенсивности ( I / I 0 ), толщина образца ( S ), коэффициенты поглощения ( a ) и поглощение зоны пиролиза (αpy) для каждой пены с плотность 50 кг / м 3 .

    10425 ± 9
    Материал I / I 0 (%) S (мкм) a (мм -1 ) αpy
    PUR-50-P 63 ± 4 91 ± 13 5067 0,40
    PUR-50-H 58 ± 1 0,34
    ПИР-50-П 69 ± 2 76 ± 11 4900 0.44

    Измерения падающего излучения на измерителе теплового потока после прохождения через сжатый образец пенопласта показали, что менее 50% излучения поглощается в поверхностном слое от 76 мкм для ПИР-50-П до 104 мкм для PUR-50-H.

    показывает СЭМ-микрофотографию средней стойки и клеточных стенок PUR-50-P, PUR-50-H и PIR50-P, показывающую, что размер стойки составляет приблизительно 10 мкм, а толщина отдельной клеточной стенки меньше. чем 1 мкм.Поэтому глубокая абсорбция является решающим фактором при определении tig для всех протестированных пен.

    СЭМ-микрофотография поперечного сечения стоек и стенок ячеек для PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P, а также соответствующих зон пиролиза.

    Для получения более надежных результатов оценки tig был определен эффективный тепловой поток (q˙eff ″) для расчета tig для RPUF. Следовательно, коэффициент поглощения, который описывает долю излучения, поглощаемую на заданном расстоянии, определяется как:

    был рассчитан для каждой пены на толщину зоны пиролиза, способствующей воспламенению [30].Значение 0,10 мм рассматривалось для PUR-50-P, 0,08 мм для PUR-50-H и 0,12 мм для PIR-50-P. Зона пиролиза, способствующая воспламенению, быстро изменяется в начале испытания коническим калориметром. Если на первом этапе стенки и стойки ячеек поглощают излучение, то через короткое время поглощающий слой состоит из жидких продуктов пиролиза. Поскольку этот слой неоднороден по поверхности образца, толщины для расчета коэффициента поглощения были грубо оценены путем анализа изображений, полученных с помощью изображений поперечных сечений закаленной пены, как показано на рис.Поглощение зоны пиролиза (αpy) для каждой пены указано в. Эффективный тепловой поток был определен как:

    q˙eff ″ = αpy · q˙ext ″.

    (4)

    Значения tig, оцененные путем приложения эффективного теплового потока, перечислены в. Соответствующие результаты все еще недооценивают реальный tig и носят скорее качественный характер, чем представляют собой количественную оценку. Было показано, что исследованные пены практически мгновенно воспламеняются при воздействии теплового потока 50 кВт / м 2 .Однако результаты того же порядка величины и представляют собой хорошее приближение к измеренному tig.

    3.3.2. Burning

    Результаты измерений tig, PHRR, tPHRR, THR, остатка и TML / THR показаны конусным калориметром. Теплопроводность пенопласта в основном была низкой, поэтому ячеистые полимеры очень быстро реагируют на тепловой поток. Поэтому поверхность всех испытанных образцов быстро нагревалась после воздействия внешнего теплового потока конусного калориметра.Это привело к быстрой поставке продуктов пиролиза и, следовательно, к быстрому развитию устойчивого горения. Все образцы подверглись отчетливому обугливанию, ни один из них не продемонстрировал структурного разрушения и не образовал очага пожара жидких продуктов пиролиза.

    Таблица 6

    Результаты испытаний конического калориметра.

    ПИР-100-П
    Образец tig (s) PHRR (кВт / м 2 ) tPHRR (s) THR (MJ / m 2 ) Остаточное содержание остатка 8 (%) / THR (МДж / м 2 г)
    PUR-30-P 2 ± 1 368 ± 3 15.0 ± 1,0 27 ± 2 15,5 ± 0,4 2,0 ± 0,1
    PUR-50-P 3 ± 1 405 ± 7 16,5 ± 1,5 40 ± 2 16,4 ± 0,0 1,9 ± 0,1
    PUR-30-H 2 ± 1 366 ± 14 16,5 ± 4,5 27 ± 2 18,5 ± 3,7 2,0 ± 0,1
    ПУР-50-Н 2 ± 1 395 ± 1 16.5 ± 1,5 41 ± 2 15,7 ± 1,0 1,9 ± 0,1
    PUR-70-H 3 ± 1 417 ± 1 16,5 ± 1,5 57 ± 1 16,9 ± 0,1 1,9 ± 0,1
    PUR-100-H 4 ± 1 428 ± 13 19,5 ± 1,5 87 ± 1 16,5 ± 0,0 1,9 ± 0,1
    ПИР-30-П 2 ± 1 234 ± 6 13.5 ± 1,5 28 ± 1 16,7 ± 0,9 2,1 ± 0,1
    ПИР-50-П 3 ± 1 226 ± 1 16,5 ± 1,5 47 ± 1 22,8 ± 1,1 2,1 ± 0,1
    ПИР-70-П 3 ± 1 226 ± 9 15,0 ± 1,0 55 ± 4 23,5 ± 2,2 2,1 ± 0,1
    4 ± 1 219 ± 5 18.0 ± 1,0 81 ± 3 24,5 ± 1,8 2,0 ± 0,1

    Кривые HRR всех протестированных материалов представлены в. Графики показывают типичное горение материалов, образующих остатки [36]. Возгорание немедленно сопровождалось PHRR и образованием углеродсодержащего защитного слоя. Затем, на втором этапе, происходило платообразное поведение HRR с менее интенсивным горением. Длина этого плато зависела от плотности материалов и, следовательно, от количества горючего материала.Период горения удлинялся с увеличением массы образца, но имел одинаковую интенсивность в каждой группе материалов. Для некоторых образцов можно было идентифицировать незначительные пики в конце плато, которые были вызваны растрескиванием поверхности остатка.

    Кривые HRR для вспененного полиуретана ( a ), вспененного вспененным пентаном, ( b ) вспененного вспененного материала PUR и ( c ) вспененного полиуретана, вспененного пентаном.

    Ранее сообщалось о влиянии плотности на характеристики горения как для гибких, так и для жестких пен [33,44].Представленный массив кривых также известен для обугливания образцов разной толщины. Увеличение толщины образца при сохранении постоянного химического состава материалов приводит к длительной фазе устойчивого горения. По сравнению с характеристиками горения настоящих пен, повышенная плотность образца вызывает аналогичный эффект. При сохранении химического состава пены постоянным количество горючего материала увеличивается [36]. Аналогичное горение наблюдалось для не обугливающихся полимеров, таких как полиметилметакрилат (ПММА).После воспламенения ПММА демонстрирует фазу устойчивого горения с почти постоянной HRR, продолжительность которой определяется толщиной образца и, следовательно, количеством горючего материала [45]. Явление повышенного устойчивого горения для пен основано на том же эффекте, но вместо увеличения толщины образца для большего количества горючего материала плотность является изменяемым параметром. Хотя для различных толщин образца фронт пиролиза, потребляющий образец, является постоянным, но время горения увеличивается, поскольку фронт должен проходить большее расстояние, для образцов с различной плотностью фронт пиролиза должен проходить такое же расстояние, но его скорость уменьшается с увеличением плотности.Эксперимент по изменению свойств, включая толщину образца, показал такое же результирующее влияние на скорость потери массы горящих полимеров. Увеличение толщины образца не повлияло на среднюю или максимальную скорость потери массы до тех пор, пока толщина образца была достаточно большой для достаточного глубокого поглощения [42].

    Специальные пенообразователи действуют как газообразный антипирен в пенопластах с закрытыми порами. Трихлорфторметан (CFC-11) действует как ингибитор пламени, обладает способностью гасить радикалы и, как известно, улучшает огнестойкость пен [41].Из-за своей озоноразрушающей способности он был запрещен в 90-х годах; следовательно, воспламеняемость RPUF стала серьезной проблемой. Воспламеняемость вспенивающих агентов все еще является предметом исследований [46], поскольку вспенивающие агенты, используемые в настоящее время, могут быть негорючими (например, HFC 365/227 93/7 или вода) или легковоспламеняющимися (например, смесь изомеров пентана). Тем не менее, PUR-P и PUR-H работали одинаково при плотностях 30 и 50 кг / м 3 соответственно. Результаты исследованных конусных калориметров, полученные для обоих материалов, не показали существенных различий.Несмотря на то, что содержимое закрытых ячеек является легковоспламеняющимся (изо- и циклопентан для вспененных пентаном пен) или инертным (CO 2 для вспененных вспененных материалов), PHRR, средняя HRR и пожарная нагрузка различаются для каждого из них. другие лишь незначительно. Поскольку пентан добавляет не более 3-5 мас.% К общему весу и, таким образом, практически не содержит топлива или повышенного EHC, огнестойкость RPUF определяется в основном твердым полимером, а не газовой фазой [8]. Исследования вспененных пен из пентана и HFC 365mfc показали, что они принципиально не отличаются от вспененных вспененных материалов с CFC-11 или HCFC 141b по своим огнестойкости [47,48].

    PHRR PUR-H увеличился с 366 кВт / м 2 для PUR-30-H на 17% до 428 кВт / м 2 для PUR-100-H, вероятно, из-за большего количества горючего материала в поверхностном слое, что привело к большему количеству продуктов пиролиза и привело к более высокому PHRR для образцов с более высокой плотностью. Чем выше количество продукта пиролиза в верхнем слое, тем больше тепла может выделяться, что приводит к увеличению PHRR для материалов с более высокой плотностью. Из-за большей пожарной нагрузки материалов с увеличенной массой THR также выросла с плотностью пены.Выход полукокса незначительно изменился с плотностью в пределах группы всех испытанных пен PUR-H, в диапазоне от 15,7 до 18,5 мас.%. Это соответствует остаточной массе, полученной от TG, даже несмотря на то, что остатки от TG были немного выше по сравнению с результатами конусного калориметра. Вероятно, это происходит из-за некоторого окислительного разложения, добавляемого к пиролитическому разложению в условиях принудительного пламени.

    PHRR образцов PIR-P немного снизился с увеличением плотности. Для этих материалов эффект более отчетливого обугливания преобладал над эффектом большего количества горючего материала на поверхности для материалов с более высокой плотностью, как это наблюдалось для образцов PUR-H.PHRR и средний HRR значительно ниже по сравнению со всеми протестированными образцами PUR, но все они показали длительное время до исчезновения пламени. Лучшая общая огнестойкость пен PIR обусловлена ​​структурой изоцианатного кольца. Ранее сообщалось о положительном влиянии на термическую стабильность, а также на поведение при пожаре [41,49,50]. Однако было обнаружено, что улучшенная термическая стабильность не обязательно приводит к лучшим противопожарным характеристикам [51]. Это улучшение, скорее всего, является результатом лучшего обугливания и, следовательно, лучшего защитного слоя, который исследуется и подробно описывается далее в этой статье.С увеличением плотности и, следовательно, большего веса образца THR увеличивается. По сравнению с пенами PUR-P и PUR-H пожарная нагрузка была очень похожей. Несмотря на то, что HRR был намного ниже, время до погашения увеличивалось. Остаток увеличился с плотностью с 16,7 мас.% Для PIR-30-P до 24,5 мас.% Для PIR-100-P, что указывает на то, что превосходные характеристики обугливания также приводят к увеличению выхода полукокса с увеличением плотности. Это основано на том факте, что большее количество горючего материала в верхнем слое может образовывать более плотный слой угля, более эффективно защищающий нижележащий материал.Напротив, остаток, полученный от TG, был даже выше и аналогичен для всех пен PIR-P. В этом случае результаты конического калориметра отличаются от результатов ТГ, поскольку макроскопические эффекты, такие как образование защитного слоя, плохо распознаются ТГ. EHC не претерпел значительных изменений ни для одной из пен.

    Остатки экспериментов с конусным калориметром отображаются в. Существуют фундаментальные различия в качестве остатков на макроскопическом уровне, даже несмотря на то, что исследование угля с помощью СЭМ показало, что поверхность каждого остатка была замкнутой и компактной.Защитные слои, образовавшиеся во время горения образца, были одинакового качества в каждой группе материалов, независимо от их плотности. В то время как PUR-P и PUR-H образовывали остатки с видимыми отверстиями, остатки PIR-P имели замкнутую и компактную поверхность. показывает поверхность образцов с плотностью 50 кг / м 3 , которые были закалены на 50 мас.% TML. Поскольку пенопласты PUR-P и PUR-H показали незначительный выход полукокса, а полукокс, образовавшийся во время горения, по-видимому, имел низкую вязкость, поскольку он пузырился во время горения, их остатки имели открытую поверхность и, следовательно, не покрывали весь образец.Обугливание пен PUR-P и PUR-H было хрупким и хрупким, обеспечивая лишь незначительную защиту, поскольку их поверхность не была закрытой. Образцы PIR-P показали остатки закрытой поверхности, покрывающие весь образец, из-за их повышенного выхода полукокса. Сразу после зажигания образовался замкнутый и плотный защитный слой. После погашения пламени остаток был стабильным и плотным. Это хорошо коррелирует с наблюдениями PHRR и HRR во время фазы устойчивого горения, поскольку PHRR и средний HRR были значительно ниже для пен PIR-P.

    Остатки в коническом калориметре пен PUR-P, PUR-H и PIR-P.

    Макрофотография поверхностей остатков ПУР-50-П, ПУР-50-Н и ПИР-50-П.

    3.4. Развитие температуры внутри горящих образцов

    Во время испытания конусным калориметром развитие температуры внутри горящих образцов контролировалось на глубине 10, 20 и 30 мм. Кривая HRR и развитие температуры внутри образцов были построены во времени и отображены для PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P.Графики показывают отличные теплоизоляционные свойства пен. Несмотря на то, что PHRR верхнего горящего слоя для обоих материалов был достигнут уже через 16,5 с, температура, измеренная на глубине 10 мм, оставалась низкой. Как только фронт пиролиза приближался к термопаре, происходило резкое повышение температуры. К тому времени, когда T 95% был достигнут на глубине 10 мм, защитный слой на поверхности уже сформировался, и HRR начал падать до устойчивого горения HRR.После прохождения термопары пена сгорела в огне, так что термопара была частично покрыта остатками и частично обнажена. Таким образом, он измерял температуру пламени, которая является причиной ошибочного сигнала температуры выше 500 ° C. Падение температуры, отображаемое буквой b для сигнала 30 мм, было вызвано растрескиванием остатка. Нечто подобное произошло в c.

    Кривая скорости тепловыделения и развитие температуры внутри горящего образца ( a ) PUR-50-P ( b ) PUR-50-H и ( c ) PIR-50-P.

    Сравнивая сигналы температуры с сигналами PIR-50-P, время достижения T 95% на каждой глубине измерения значительно увеличилось для PIR-50-P. Это вызвано более низким значением MLR в условиях испытаний конусным калориметром и лучшими огнестойкими характеристиками этого материала. Для пен PIR эти наблюдения хорошо коррелируют с уменьшенным PHRR, уменьшенным средним HRR и их повышенным выходом полукокса и, следовательно, улучшенным защитным слоем по сравнению с пенами PUR-P и PUR-H. Кроме того, приближение к первой термопаре на глубину 10 мм для фронта пиролиза по-прежнему занимает больше времени, чем для пен PUR.Это также хорошо коррелирует с результатами конического калориметра, такими как PHRR, средний HRR и остаток. Графики температурного сигнала в c более гладкие, так как термопара была полностью покрыта углем.

    показывает изменение температуры внутри горящих образцов для пен PUR-H и PIR-P для самой низкой и самой высокой плотности соответственно. Наклоны графиков исследуются путем определения максимума первой производной, которая определяется здесь как максимальная скорость нагрева (MHR).На графиках видно, что наклон температурных кривых тем круче, чем меньше плотность. дает понять, что начало повышения температуры на глубине 10 мм существенно задерживается за счет увеличения плотности. Хотя tPHRR, полученный при испытании конусным калориметром, почти не зависит от плотности, скорость фронта пиролиза составляет. Это доказывает, что образование защитного углеродистого слоя зависит только от количества горючего материала, которое расходуется огнем. Увеличение плотности пены приводит к более раннему образованию полукокса.Показатели MHR, указанные в, были зарегистрированы в течение первых 100 с для PIR-30-P, в то время как фронт пиролиза прошел последнюю термопару только через более 300 с для PIR-100-P. Сигналы термопар для PIR-100-P на глубине 20 мм и 30 мм показали явное повышение температуры от температуры окружающей среды до примерно 100 ° C, что было вызвано теплопроводностью во время горения через пену. После этого произошел небольшой перегиб сигнала, а затем произошло более резкое повышение температуры, что можно объяснить приближением фронта пиролиза.Падение температуры, отображаемое для 30-миллиметрового сигнала PUR-30-H, было вызвано растрескиванием остатка.

    Изменение температуры внутри пен ( a ) PUR-H и ( b ) PIR-P пен при плотности 30 и 100 кг / м 3 .

    Таблица 7

    Максимальные скорости нагрева на глубине 10, 20 и 30 мм для всех протестированных материалов.

    содержит максимумы скоростей нагрева (MHR), рассчитанные из температурных кривых, а также время, в которое произошло MHR (tMHR) для каждой глубины измерения (10, 20 и 30 мм).В общем, в каждой группе материалов MHR показывает уменьшение с увеличением плотности и с увеличением глубины измерения. Скорее всего, это эффект уменьшения теплового потока конусных калориметров по мере увеличения расстояния от термопары, но также и результат увеличения толщины нагара и, следовательно, лучшего защитного слоя. Более низкий MHR и более длинный tMHR указывают на лучший защитный слой с увеличением глубины измерения, но не обязательно на более низкую скорость фронта пиролиза, поскольку существует перекрывающийся эффект теплопроводности через образец.Следовательно, MHR уменьшилась на глубине 20 мм и 30 мм по сравнению с 10 мм.

    Пены PUR-P и PUR-H показали самые высокие скорости нагрева в отношении плотности. MHR для пенопластов, вспениваемых пентаном, была немного выше на уровне 10 мм, что, вероятно, является результатом действия легковоспламеняющегося вспенивающего агента, хотя общие характеристики огня, определенные с помощью конического калориметра, не пострадали по сравнению с RPUF, полученным из вспененного водой. Однако по сравнению с пенополиуретаном значительная разница наблюдалась для PIR-P.MHR, измеренная на глубине 10 мм, снизилась с 89 ° C / с для PUR-30-H на 52% до 43 ° C / с для PIR-30. Это явление является следствием более высоких огнестойких характеристик пен PIR-P в условиях принудительного горения, о чем говорилось ранее. Пены PIR обычно демонстрируют самый низкий MHR и самый длинный tMHR.

    В целом, измеренное повышение температуры замедляется с увеличением плотности и увеличением глубины измерения. Кроме того, максимальные скорости нагрева уменьшились, а время до максимальных скоростей нагрева увеличилось.Хотя это, вероятно, является эффектом теплопроводности через образец и не имеет значения для определения фактической скорости фронта пиролиза, это указывает на критическое изменение характеристик горения пены с увеличением плотности. Для пен с низкой плотностью сигнал температуры резко возрастал, как только фронт пиролиза приближался к термопаре. Напротив, для пен с высокой плотностью наблюдалось более умеренное повышение, включая незначительное повышение температуры внутри образца перед пиролизом, вызванное теплопроводностью через массу пены.Это означает сдвиг горения в сторону твердого неклеточного материала с увеличением плотности.

    Информация о скорости фронта пиролиза может быть получена из изменения температуры, измеренной внутри горящих образцов. T 95% , полученный от TG, использовался для определения времени, в которое фронт пиролиза достиг глубины измерения температуры. Длительная фаза устойчивого горения в испытании конусным калориметром при постоянном размере образцов связана с уменьшением скорости фронта пиролиза.Чтобы исследовать это явление, скорость была рассчитана с учетом времен до T 95% . Следовательно, скорость определялась на глубине образца от 10 до 20 мм и от 20 до 30 мм. Это было определено как метод 1. Интересно, что потеря массы, полученная при испытании конусным калориметром, указывает на линейное поведение на протяжении всего испытания до тех пор, пока не погаснет пламя. График нормализованного веса образца с течением времени показан для каждого тестируемого материала в. Данные измерений начинаются с tig и записывались до тех пор, пока не погасло пламя.Для каждого материала наблюдался излом кривой потери массы. Это знаменует переход от пламенного горения и пиролитического разложения к послесвечению углеродистого остатка. Нормализованные веса образцов подбирались, начиная от tig до момента затухания, и рассчитывалась результирующая скорость фронта пиролиза. Поэтому было сделано предположение, что уменьшение массы пропорционально уменьшению объема и что количество остатка, образовавшегося во время сгорания, было постоянным во времени. Это было определено как Метод 2.Результаты метода 1 и метода 2 были сопоставлены и нанесены на график по глубине образца. Это сравнение было выполнено для каждой пены с плотностью 50 кг / м 3 и показано на.

    История нормализованного веса образца для пен ( a ) PUR-P, ( b ) PUR-H и ( c ) PIR-P.

    Сравнение скорости фронта пиролиза, полученной с помощью термопары, и данных по потере массы для PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P.

    Как метод 1, так и метод 2 выявили уменьшение скорости фронта пиролиза для всех пен.Как уже обсуждалось выше, это, вероятно, является следствием увеличения толщины слоев угля и уменьшения интенсивности излучения конического нагревателя с увеличением расстояния [34]. Кроме того, появление PHRR непосредственно после зажигания в самом начале измерения конусным калориметром свидетельствует о самой толстой зоне пиролиза или самой быстрой скорости фронта соответственно [35]. В то время как данные о потере массы конического калориметра указывают на постоянную скорость фронта пиролиза (), измерения с помощью термопары фактически доказывают, что скорость немного уменьшается с увеличением глубины измерения.Причиной того, что данные о потере массы остаются постоянными, может быть дополнительное тление остатка уже во время пламенного горения, как это было в предыдущем исследовании пен PIR и фенольных пен [52]. Тем не менее, эти два сигнала показывают хорошую корреляцию между Методом 1 и Методом 2 для PUR-50-P и PUR-50-H, оба из которых сгорают более неравномерно, чем пеноматериалы PIR. Фактически, была даже более сильная корреляция между результатами PIR-50-P, поскольку горение было более плавным.

    Средние скорости фронтов пиролиза пен плотностью 50 кг / м 3 приведены в.Результаты были усреднены на глубине от 10 до 30 мм для обоих методов, чтобы охватить одну и ту же область измерения. Метод 2 дает снижение скорости на 13% для PUR-50-P и на 23% для PUR-50-H, соответственно. Напротив, скорость PIR-50-P увеличилась на 13% по сравнению с методом 1. Причины этого, вероятно, кроются в ограничениях обоих методов. Результаты метода 1 пострадали от неравномерного горения образца, разлагающийся поверхностный слой которого не является идеальной плоскостью. Это приводит к тому, что фронт пиролиза достигает термопар в разное время.Скорость фронта пиролиза, полученная из потери массы в тесте конусного калориметра, подвержена системным эффектам рассеяния, поскольку масса образцов очень мала. Сравнение скорости исследуемых пен со скоростью насыпного полимера показывает, насколько быстро ячеистые материалы поглощаются огнем из-за их низкой плотности. Для ПММА, как негорючего полимера, проявляющего термически толстое горение, была измерена средняя скорость фронта пиролиза 0,025 мм / с (1,51 мм / мин) [53].Для эпоксидной смолы (почти не обугливающейся) и ее слоистого силикатного нанокомпозита, образующего защитный слой, были измерены значения 0,012–0,023 мм / с (0,7–1,4 мм / мин) и 0,008–0,012 (0,5–0,7 мм / мин). соответственно [54]. Скорость фронта пиролиза исследованных пен более чем в 10 раз превышала таковую для объемных полимеров.

    Таблица 8

    Средние скорости фронта пиролиза ПУР-50-П, ПУР-50-Н и ПИР-50-П.

    Образец Глубина 10 мм Глубина 20 мм Глубина 30 мм
    MHR (° C / с) tMHR (s) MHR (° C / s) tMHR (s) MHR (° C / s) tMHR (s)
    PUR-30-P 97 14 62 24 52 44
    PUR-50-P 84 21 45 73
    PUR-30-H 89 15 76 26 55 42
    PUR-50-H 75 21 50258 21 39 67
    PUR-70-H 38 44 31 75 25 112
    PUR-100-H 71 71 71 71 127 16 195
    ПИР-30-П 43 20 11 50 10 90
    ПИР-50-П 22 44 11 98 10 172 172 П 14 63 8 141 9 239
    ПИР-100-П 8 107 7 231 7 36257 237
    Зона пиролиза

    Макрофотографии закаленных образцов приведены на рис. Пиролиз прерывали закалкой в ​​жидком азоте, чтобы сохранить структуру образцов в точке потери массы 50% масс.Пены PUR-P и PUR-H демонстрируют полностью неповрежденную структуру пены под фронтом пиролиза и не показывают никакого обесцвечивания. Напротив, пена PIR-P показывает небольшую зону обесцвечивания, указывающую на термическое разложение под углем. Однако толщина обесцвеченной зоны существенно не меняется с плотностью.

    Макрофотографии поперечных сечений закаленных образцов.

    отображает SEM-изображения поперечных сечений образцов конического калориметра всех протестированных образцов.Несмотря на разницу плотностей, подобное поведение было обнаружено в каждой группе материалов. Здесь следует различать пенопласты PUR и PIR. PUR-P и PUR-H демонстрируют определенный фронт пиролиза с четкой границей между неизмененной структурой пены и обугленным остатком. Это можно интерпретировать как результат очень хороших теплоизоляционных свойств пены и скорости фронта пиролиза. Поскольку теплопроводность через образец очень низкая, а скорость потери массы высока, структура пены не претерпевала никаких морфологических изменений до тех пор, пока материал не подвергся пиролизу и не сгорел в огне.Морфология пены затем терялась, когда фронт пиролиза проходил через образец. Это согласуется с более ранним исследованием [55].

    СЭМ-микрофотографии поперечных сечений закаленных образцов.

    Исследование поперечных сечений пен PIR-P показало различное поведение. Вместо четкого фронта пиролиза наблюдалась зона пиролиза. Предполагается, что естественный выход углерода пен PIR, который отличается от PUR, является причиной этого явления. Микрофотографии, полученные с помощью SEM, показывают, что морфология пены в некоторой степени сохраняется в остатке или что, по крайней мере, полукокс образует пеноподобную структуру.Таким образом, в условиях принудительного горения пены PIR-P дают более эффективный защитный слой, чем пены PUR, с точки зрения их теплоизоляционных свойств.

    СЭМ микрофотографии ПИР-70-П, структуры пены ( a ) и остатков ( b ).

    отображает неповрежденную структуру пенопласта PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P, а также структуру их остатков после закалки. Остаток был тонким и хрупким, имел закрытую поверхность, что давало слабую защиту лежащему под ним материалу.Хорошо видно, что часть остатков пенопласта ПИР-П полая, с своеобразной ячеистой структурой. В целом остатки, образованные пеной PIR, были более стабильными, плотными и густыми по сравнению с пенополиуретаном. Предполагается, что это явление является основной причиной превосходных огнестойких характеристик и заслуживает более подробного изучения и в более широком масштабе.

    СЭМ-микрофотографии структуры пенопластов ПУР-50-П, ПУР-50-Н, ПИР-50-П и остатков.

    Возгорание жестких пенополиуретанов

    3.1. Характеристика пены

    СЭМ-микрофотографии поперечных сечений каждой пены были сделаны при увеличении 100 и показаны на рис. Все материалы имеют однородную ячеистую структуру, а также в основном закрытые ячейки. Это типично для жестких пенополиуретанов и желательно для большинства целей, поскольку стенки с закрытыми ячейками вызывают не только низкое водопоглощение и низкую проницаемость для влаги, но также задерживают вспенивающий агент, который отвечает за их низкую теплопроводность. RPUF с плотностью около 30 кг / м 2 часто имеет содержание закрытых ячеек 85–95% [1].Исследованные пены показывают довольно однородные размеры ячеек, которые увеличиваются с уменьшением плотности пены. Кроме того, разные пены имеют сравнимую морфологию ячеек при одинаковой плотности, что делает их сопоставимыми по характеристикам горения.

    СЭМ-микрофотографии клеточной структуры всех исследуемых материалов.

    приводит результаты по теплопроводности и прочности на сжатие. Теплопроводность пен с закрытыми порами зависит от плотности, размера ячеек и газа внутри ячеек пены и не является линейной зависимостью.Фактически, теплопроводность определяется теплопроводностью твердого тела и газа, а также радиационным теплопереносом между стенками ячеек [37]. Приведенные данные показывают, что минимальная теплопроводность обычно находится в диапазоне 50–70 кг / м 3 . Это согласуется с литературой [37] и связано с увеличением твердой проводимости, уменьшением радиационного вклада и небольшим уменьшением газовой проводимости с увеличением плотности. В литературе сообщалось, что ППУФ, продуваемый пентаном, имеет более низкую теплопроводность, чем ППУФ, продуваемый водой [38].Это подтвердили измерения. Обычные RPUF, используемые для строительства, имеют плотность около 30 кг / м 3 , а их теплопроводность может составлять всего 24 мВт / м · К [2]. Поскольку состав пен, исследованных в этом исследовании, не был оптимизирован в отношении их теплопроводности, λ увеличивается по сравнению с коммерческими системами. Из-за повышенной стабильности пенопластов с более высокой плотностью прочность на сжатие увеличивается с увеличением плотности [1]. В то время как PUR-P и PUR-H показали аналогичные значения прочности на сжатие при одинаковых плотностях, PIR-30-P имел значительно увеличенную прочность на сжатие, составляющую 348 кПа, по сравнению с 195 кПа для PUR-30-P и 170 кПа для PUR-. 30-Н.Однако прочность на сжатие при плотности 100 кг / м 3 была аналогичной для пен PUR и PIR.

    Таблица 2

    Результаты определения характеристик пены.

    PUR-50-P PUR-50-H PIR-50-P
    Ср.Скорость (мм / с) Сред. Скорость (мм / с) Сред. Скорость (мм / с)
    Метод 1 0,40 0,44 0,16
    Метод 2 0,35 0,34 0,18
    ПУР-100-Н 355 ± 4
    Материал λ при 10 ° C (мВт / м · К) Прочность на сжатие (кПа)
    PUR-30-P 29,6 ± 0,2
    ПУР-50-П 25,7 ± 0,2 338 ± 4
    ПУР-30-Н 29.8 ± 0,2 170 ± 8
    PUR-50-H 27,7 ± 0,2 343 ± 14
    PUR-70-H 28,5 ± 0,2 424 ± 10
    26,6 ± 0,2 1025 ± 23
    ПИР-30-П 28,6 ± 0,2 348 ± 2
    ПИР-50-П 28,2 ± 0,2
    ПИР-70-П 25,1 ± 0,2 369 ± 11
    ПИР-100-П 29.8 ± 0,2 1091 ± 28

    3,2. Анализ пиролиза и предельный кислородный индекс

    В TG все материалы показали свою основную стадию разложения между 250 и 500 ° C. Кривые ТГ и скорости потери массы (MLR) пен PUR-P и PUR-H показаны на рис. Поскольку все пены измерялись как порошковые, плотность исходных материалов не оказывала значительного влияния на процесс пиролиза.

    Результаты ТГ пен PUR-P, PUR-H и PIR-P.

    Результаты ТГ показаны в.PUR-P и PUR-H показали аналогичное поведение при разложении с широким пиком между 250 и 500 ° C и четырьмя меньшими локальными максимумами. Для сравнения рассматривался только первый локальный пик. Температуры первого пика колебались от 290 до 296 ° C. Все пены имели остаток приблизительно 20 мас.%, А T 95% находился в диапазоне от 274 до 281 ° C; температура пиролиза (T макс ) составляла от 290 до 296 ° C.

    Таблица 3

    Результаты измерений TG и LOI.

    50253 PUR246-90 П
    Материал T 95% (° C) T макс. (° C) Остаток (мас.%) Сред.Остаток (мас.%) LOI (об.%)
    PUR-30-P 274 290 19,9 19,8 ± 0,1 19,5 ± 0,3
    275 291 19,7 20,4 ± 0,2
    PUR-30-H 277 296 21,5 20,4 ± 1,1 20,1 -H 281 292 21.5 20,5 ± 0,2
    PUR-70-H 276 291 19,3 21,0 ± 0,2
    PUR-100-H 275 ± 0,1
    ПИР-30-П 279 338 26,7 27,4 ± 0,7 21,5 ± 0,2
    ПИР-50-П 279 279 22,4 ± 0,2
    ПИР-70-П 289 340 28.0 22,9 ± 0,2
    PIR-100-P 293 339 27,1 23,1 ± 0,1

    Пены PIR-P показали поведение разложения с одной большой стадией разложения около 340 ° C . Повышенная термостойкость пен PIR обусловлена ​​структурой изоциануратного кольца [39]. Разложение PIR-P начинается в диапазоне от 279 до 293 ° C и немного увеличивается с увеличением плотности. PIR-P обычно дает большее количество остатка: 27.В среднем 4 мас.%.

    содержит результаты измерений предельного кислородного индекса (LOI) для всех пен, которые были протестированы. Внутри каждой группы материалов LOI увеличивался с увеличением плотности, хотя эффект невелик. Действительно, влияние плотности ограничено от 1,2 до 1,6 об.% И было связано с повышенной тепловой инерцией и лучшим выходом полукокса пен с более высокой плотностью. LOI PUR-30-H немного увеличился, 20,1 об.% По сравнению с 19,5 об.% Для PUR-30-P, что, вероятно, является следствием использования негорючего вспенивающего агента.Из-за более высокой термостойкости пен PIR-P LOI увеличился примерно на 2 об.%, В диапазоне от 21,5% до 23,1%.

    3.3. Поведение при пожаре

    3.3.1. Время до возгорания

    Из-за ячеистой структуры пен и низкой тепловой инерции, которую это влечет за собой [40,41], tig всех материалов, измеренных с помощью конического калориметра, составлял 4 с или меньше (). Небольшое увеличение tig было измерено для увеличения плотности, которое было незначительным, но было связано с повышенной тепловой инерцией пен с более высокой плотностью.В общем, tig для термически толстых материалов можно описать как [4,42]:

    tig = π4λρc (Tig − T0) 2q˙ext ″ 2 − CHF,

    (2)

    где Tig — температура воспламенения пены, T0 — температура окружающей среды, q˙ext ″ — внешний тепловой поток, а CHF — критический тепловой поток, необходимый для зажигания RPUF в конусном калориметре. Измеренная теплоемкость, а также расчетное и измеренное значение tig для всех материалов показано в. Для расчета tig использовались следующие параметры: Tig = 305 ° C [40]; Т0 = 20 ° С; q˙ext ″ = 50 кВт / м 2 ; CHF = 23 кВт / м 2 [4].

    Таблица 4

    Удельная теплоемкость, а также расчетная, измеренная и скорректированная tig для пен с плотностью 50 кг / м 3 .

    ± 1
    Материал тиг (с) Измерено c (Дж / кг · К) тиг (с) Рассчитано тиг (с) Рассчитано
    PUR-50-P 1304 ± 52 0,14 0,90
    PUR-50-H 2 ± 1 1315 ± 47 0.15 1,30
    ПИР-50-П 3 ± 1 1313 ± 40 0,16 0,79

    Расчетные значения tig занижают измеренные на порядок. Причина этого в том, что формула для оценки tig имеет некоторые приближения, например, она предполагает, что все количество падающего излучения поглощается в поверхностном слое. Однако как полупрозрачная среда пена демонстрирует глубокое поглощение инфракрасного излучения [30].Поскольку первые стенки ячеек в верхнем слое имеют только часть полного поглощения, глубокое поглощение может быть основным фактором для определения tig. [43] Чтобы проверить это, был проведен простой эксперимент, как описано в [31,32]. Измеренные значения интенсивности, толщины образцов и рассчитанные коэффициенты поглощения отображаются в.

    Таблица 5

    Измеренные интенсивности ( I / I 0 ), толщина образца ( S ), коэффициенты поглощения ( a ) и поглощение зоны пиролиза (αpy) для каждой пены с плотность 50 кг / м 3 .

    10425 ± 9
    Материал I / I 0 (%) S (мкм) a (мм -1 ) αpy
    PUR-50-P 63 ± 4 91 ± 13 5067 0,40
    PUR-50-H 58 ± 1 0,34
    ПИР-50-П 69 ± 2 76 ± 11 4900 0.44

    Измерения падающего излучения на измерителе теплового потока после прохождения через сжатый образец пенопласта показали, что менее 50% излучения поглощается в поверхностном слое от 76 мкм для ПИР-50-П до 104 мкм для PUR-50-H.

    показывает СЭМ-микрофотографию средней стойки и клеточных стенок PUR-50-P, PUR-50-H и PIR50-P, показывающую, что размер стойки составляет приблизительно 10 мкм, а толщина отдельной клеточной стенки меньше. чем 1 мкм.Поэтому глубокая абсорбция является решающим фактором при определении tig для всех протестированных пен.

    СЭМ-микрофотография поперечного сечения стоек и стенок ячеек для PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P, а также соответствующих зон пиролиза.

    Для получения более надежных результатов оценки tig был определен эффективный тепловой поток (q˙eff ″) для расчета tig для RPUF. Следовательно, коэффициент поглощения, который описывает долю излучения, поглощаемую на заданном расстоянии, определяется как:

    был рассчитан для каждой пены на толщину зоны пиролиза, способствующей воспламенению [30].Значение 0,10 мм рассматривалось для PUR-50-P, 0,08 мм для PUR-50-H и 0,12 мм для PIR-50-P. Зона пиролиза, способствующая воспламенению, быстро изменяется в начале испытания коническим калориметром. Если на первом этапе стенки и стойки ячеек поглощают излучение, то через короткое время поглощающий слой состоит из жидких продуктов пиролиза. Поскольку этот слой неоднороден по поверхности образца, толщины для расчета коэффициента поглощения были грубо оценены путем анализа изображений, полученных с помощью изображений поперечных сечений закаленной пены, как показано на рис.Поглощение зоны пиролиза (αpy) для каждой пены указано в. Эффективный тепловой поток был определен как:

    q˙eff ″ = αpy · q˙ext ″.

    (4)

    Значения tig, оцененные путем приложения эффективного теплового потока, перечислены в. Соответствующие результаты все еще недооценивают реальный tig и носят скорее качественный характер, чем представляют собой количественную оценку. Было показано, что исследованные пены практически мгновенно воспламеняются при воздействии теплового потока 50 кВт / м 2 .Однако результаты того же порядка величины и представляют собой хорошее приближение к измеренному tig.

    3.3.2. Burning

    Результаты измерений tig, PHRR, tPHRR, THR, остатка и TML / THR показаны конусным калориметром. Теплопроводность пенопласта в основном была низкой, поэтому ячеистые полимеры очень быстро реагируют на тепловой поток. Поэтому поверхность всех испытанных образцов быстро нагревалась после воздействия внешнего теплового потока конусного калориметра.Это привело к быстрой поставке продуктов пиролиза и, следовательно, к быстрому развитию устойчивого горения. Все образцы подверглись отчетливому обугливанию, ни один из них не продемонстрировал структурного разрушения и не образовал очага пожара жидких продуктов пиролиза.

    Таблица 6

    Результаты испытаний конического калориметра.

    ПИР-100-П
    Образец tig (s) PHRR (кВт / м 2 ) tPHRR (s) THR (MJ / m 2 ) Остаточное содержание остатка 8 (%) / THR (МДж / м 2 г)
    PUR-30-P 2 ± 1 368 ± 3 15.0 ± 1,0 27 ± 2 15,5 ± 0,4 2,0 ± 0,1
    PUR-50-P 3 ± 1 405 ± 7 16,5 ± 1,5 40 ± 2 16,4 ± 0,0 1,9 ± 0,1
    PUR-30-H 2 ± 1 366 ± 14 16,5 ± 4,5 27 ± 2 18,5 ± 3,7 2,0 ± 0,1
    ПУР-50-Н 2 ± 1 395 ± 1 16.5 ± 1,5 41 ± 2 15,7 ± 1,0 1,9 ± 0,1
    PUR-70-H 3 ± 1 417 ± 1 16,5 ± 1,5 57 ± 1 16,9 ± 0,1 1,9 ± 0,1
    PUR-100-H 4 ± 1 428 ± 13 19,5 ± 1,5 87 ± 1 16,5 ± 0,0 1,9 ± 0,1
    ПИР-30-П 2 ± 1 234 ± 6 13.5 ± 1,5 28 ± 1 16,7 ± 0,9 2,1 ± 0,1
    ПИР-50-П 3 ± 1 226 ± 1 16,5 ± 1,5 47 ± 1 22,8 ± 1,1 2,1 ± 0,1
    ПИР-70-П 3 ± 1 226 ± 9 15,0 ± 1,0 55 ± 4 23,5 ± 2,2 2,1 ± 0,1
    4 ± 1 219 ± 5 18.0 ± 1,0 81 ± 3 24,5 ± 1,8 2,0 ± 0,1

    Кривые HRR всех протестированных материалов представлены в. Графики показывают типичное горение материалов, образующих остатки [36]. Возгорание немедленно сопровождалось PHRR и образованием углеродсодержащего защитного слоя. Затем, на втором этапе, происходило платообразное поведение HRR с менее интенсивным горением. Длина этого плато зависела от плотности материалов и, следовательно, от количества горючего материала.Период горения удлинялся с увеличением массы образца, но имел одинаковую интенсивность в каждой группе материалов. Для некоторых образцов можно было идентифицировать незначительные пики в конце плато, которые были вызваны растрескиванием поверхности остатка.

    Кривые HRR для вспененного полиуретана ( a ), вспененного вспененным пентаном, ( b ) вспененного вспененного материала PUR и ( c ) вспененного полиуретана, вспененного пентаном.

    Ранее сообщалось о влиянии плотности на характеристики горения как для гибких, так и для жестких пен [33,44].Представленный массив кривых также известен для обугливания образцов разной толщины. Увеличение толщины образца при сохранении постоянного химического состава материалов приводит к длительной фазе устойчивого горения. По сравнению с характеристиками горения настоящих пен, повышенная плотность образца вызывает аналогичный эффект. При сохранении химического состава пены постоянным количество горючего материала увеличивается [36]. Аналогичное горение наблюдалось для не обугливающихся полимеров, таких как полиметилметакрилат (ПММА).После воспламенения ПММА демонстрирует фазу устойчивого горения с почти постоянной HRR, продолжительность которой определяется толщиной образца и, следовательно, количеством горючего материала [45]. Явление повышенного устойчивого горения для пен основано на том же эффекте, но вместо увеличения толщины образца для большего количества горючего материала плотность является изменяемым параметром. Хотя для различных толщин образца фронт пиролиза, потребляющий образец, является постоянным, но время горения увеличивается, поскольку фронт должен проходить большее расстояние, для образцов с различной плотностью фронт пиролиза должен проходить такое же расстояние, но его скорость уменьшается с увеличением плотности.Эксперимент по изменению свойств, включая толщину образца, показал такое же результирующее влияние на скорость потери массы горящих полимеров. Увеличение толщины образца не повлияло на среднюю или максимальную скорость потери массы до тех пор, пока толщина образца была достаточно большой для достаточного глубокого поглощения [42].

    Специальные пенообразователи действуют как газообразный антипирен в пенопластах с закрытыми порами. Трихлорфторметан (CFC-11) действует как ингибитор пламени, обладает способностью гасить радикалы и, как известно, улучшает огнестойкость пен [41].Из-за своей озоноразрушающей способности он был запрещен в 90-х годах; следовательно, воспламеняемость RPUF стала серьезной проблемой. Воспламеняемость вспенивающих агентов все еще является предметом исследований [46], поскольку вспенивающие агенты, используемые в настоящее время, могут быть негорючими (например, HFC 365/227 93/7 или вода) или легковоспламеняющимися (например, смесь изомеров пентана). Тем не менее, PUR-P и PUR-H работали одинаково при плотностях 30 и 50 кг / м 3 соответственно. Результаты исследованных конусных калориметров, полученные для обоих материалов, не показали существенных различий.Несмотря на то, что содержимое закрытых ячеек является легковоспламеняющимся (изо- и циклопентан для вспененных пентаном пен) или инертным (CO 2 для вспененных вспененных материалов), PHRR, средняя HRR и пожарная нагрузка различаются для каждого из них. другие лишь незначительно. Поскольку пентан добавляет не более 3-5 мас.% К общему весу и, таким образом, практически не содержит топлива или повышенного EHC, огнестойкость RPUF определяется в основном твердым полимером, а не газовой фазой [8]. Исследования вспененных пен из пентана и HFC 365mfc показали, что они принципиально не отличаются от вспененных вспененных материалов с CFC-11 или HCFC 141b по своим огнестойкости [47,48].

    PHRR PUR-H увеличился с 366 кВт / м 2 для PUR-30-H на 17% до 428 кВт / м 2 для PUR-100-H, вероятно, из-за большего количества горючего материала в поверхностном слое, что привело к большему количеству продуктов пиролиза и привело к более высокому PHRR для образцов с более высокой плотностью. Чем выше количество продукта пиролиза в верхнем слое, тем больше тепла может выделяться, что приводит к увеличению PHRR для материалов с более высокой плотностью. Из-за большей пожарной нагрузки материалов с увеличенной массой THR также выросла с плотностью пены.Выход полукокса незначительно изменился с плотностью в пределах группы всех испытанных пен PUR-H, в диапазоне от 15,7 до 18,5 мас.%. Это соответствует остаточной массе, полученной от TG, даже несмотря на то, что остатки от TG были немного выше по сравнению с результатами конусного калориметра. Вероятно, это происходит из-за некоторого окислительного разложения, добавляемого к пиролитическому разложению в условиях принудительного пламени.

    PHRR образцов PIR-P немного снизился с увеличением плотности. Для этих материалов эффект более отчетливого обугливания преобладал над эффектом большего количества горючего материала на поверхности для материалов с более высокой плотностью, как это наблюдалось для образцов PUR-H.PHRR и средний HRR значительно ниже по сравнению со всеми протестированными образцами PUR, но все они показали длительное время до исчезновения пламени. Лучшая общая огнестойкость пен PIR обусловлена ​​структурой изоцианатного кольца. Ранее сообщалось о положительном влиянии на термическую стабильность, а также на поведение при пожаре [41,49,50]. Однако было обнаружено, что улучшенная термическая стабильность не обязательно приводит к лучшим противопожарным характеристикам [51]. Это улучшение, скорее всего, является результатом лучшего обугливания и, следовательно, лучшего защитного слоя, который исследуется и подробно описывается далее в этой статье.С увеличением плотности и, следовательно, большего веса образца THR увеличивается. По сравнению с пенами PUR-P и PUR-H пожарная нагрузка была очень похожей. Несмотря на то, что HRR был намного ниже, время до погашения увеличивалось. Остаток увеличился с плотностью с 16,7 мас.% Для PIR-30-P до 24,5 мас.% Для PIR-100-P, что указывает на то, что превосходные характеристики обугливания также приводят к увеличению выхода полукокса с увеличением плотности. Это основано на том факте, что большее количество горючего материала в верхнем слое может образовывать более плотный слой угля, более эффективно защищающий нижележащий материал.Напротив, остаток, полученный от TG, был даже выше и аналогичен для всех пен PIR-P. В этом случае результаты конического калориметра отличаются от результатов ТГ, поскольку макроскопические эффекты, такие как образование защитного слоя, плохо распознаются ТГ. EHC не претерпел значительных изменений ни для одной из пен.

    Остатки экспериментов с конусным калориметром отображаются в. Существуют фундаментальные различия в качестве остатков на макроскопическом уровне, даже несмотря на то, что исследование угля с помощью СЭМ показало, что поверхность каждого остатка была замкнутой и компактной.Защитные слои, образовавшиеся во время горения образца, были одинакового качества в каждой группе материалов, независимо от их плотности. В то время как PUR-P и PUR-H образовывали остатки с видимыми отверстиями, остатки PIR-P имели замкнутую и компактную поверхность. показывает поверхность образцов с плотностью 50 кг / м 3 , которые были закалены на 50 мас.% TML. Поскольку пенопласты PUR-P и PUR-H показали незначительный выход полукокса, а полукокс, образовавшийся во время горения, по-видимому, имел низкую вязкость, поскольку он пузырился во время горения, их остатки имели открытую поверхность и, следовательно, не покрывали весь образец.Обугливание пен PUR-P и PUR-H было хрупким и хрупким, обеспечивая лишь незначительную защиту, поскольку их поверхность не была закрытой. Образцы PIR-P показали остатки закрытой поверхности, покрывающие весь образец, из-за их повышенного выхода полукокса. Сразу после зажигания образовался замкнутый и плотный защитный слой. После погашения пламени остаток был стабильным и плотным. Это хорошо коррелирует с наблюдениями PHRR и HRR во время фазы устойчивого горения, поскольку PHRR и средний HRR были значительно ниже для пен PIR-P.

    Остатки в коническом калориметре пен PUR-P, PUR-H и PIR-P.

    Макрофотография поверхностей остатков ПУР-50-П, ПУР-50-Н и ПИР-50-П.

    3.4. Развитие температуры внутри горящих образцов

    Во время испытания конусным калориметром развитие температуры внутри горящих образцов контролировалось на глубине 10, 20 и 30 мм. Кривая HRR и развитие температуры внутри образцов были построены во времени и отображены для PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P.Графики показывают отличные теплоизоляционные свойства пен. Несмотря на то, что PHRR верхнего горящего слоя для обоих материалов был достигнут уже через 16,5 с, температура, измеренная на глубине 10 мм, оставалась низкой. Как только фронт пиролиза приближался к термопаре, происходило резкое повышение температуры. К тому времени, когда T 95% был достигнут на глубине 10 мм, защитный слой на поверхности уже сформировался, и HRR начал падать до устойчивого горения HRR.После прохождения термопары пена сгорела в огне, так что термопара была частично покрыта остатками и частично обнажена. Таким образом, он измерял температуру пламени, которая является причиной ошибочного сигнала температуры выше 500 ° C. Падение температуры, отображаемое буквой b для сигнала 30 мм, было вызвано растрескиванием остатка. Нечто подобное произошло в c.

    Кривая скорости тепловыделения и развитие температуры внутри горящего образца ( a ) PUR-50-P ( b ) PUR-50-H и ( c ) PIR-50-P.

    Сравнивая сигналы температуры с сигналами PIR-50-P, время достижения T 95% на каждой глубине измерения значительно увеличилось для PIR-50-P. Это вызвано более низким значением MLR в условиях испытаний конусным калориметром и лучшими огнестойкими характеристиками этого материала. Для пен PIR эти наблюдения хорошо коррелируют с уменьшенным PHRR, уменьшенным средним HRR и их повышенным выходом полукокса и, следовательно, улучшенным защитным слоем по сравнению с пенами PUR-P и PUR-H. Кроме того, приближение к первой термопаре на глубину 10 мм для фронта пиролиза по-прежнему занимает больше времени, чем для пен PUR.Это также хорошо коррелирует с результатами конического калориметра, такими как PHRR, средний HRR и остаток. Графики температурного сигнала в c более гладкие, так как термопара была полностью покрыта углем.

    показывает изменение температуры внутри горящих образцов для пен PUR-H и PIR-P для самой низкой и самой высокой плотности соответственно. Наклоны графиков исследуются путем определения максимума первой производной, которая определяется здесь как максимальная скорость нагрева (MHR).На графиках видно, что наклон температурных кривых тем круче, чем меньше плотность. дает понять, что начало повышения температуры на глубине 10 мм существенно задерживается за счет увеличения плотности. Хотя tPHRR, полученный при испытании конусным калориметром, почти не зависит от плотности, скорость фронта пиролиза составляет. Это доказывает, что образование защитного углеродистого слоя зависит только от количества горючего материала, которое расходуется огнем. Увеличение плотности пены приводит к более раннему образованию полукокса.Показатели MHR, указанные в, были зарегистрированы в течение первых 100 с для PIR-30-P, в то время как фронт пиролиза прошел последнюю термопару только через более 300 с для PIR-100-P. Сигналы термопар для PIR-100-P на глубине 20 мм и 30 мм показали явное повышение температуры от температуры окружающей среды до примерно 100 ° C, что было вызвано теплопроводностью во время горения через пену. После этого произошел небольшой перегиб сигнала, а затем произошло более резкое повышение температуры, что можно объяснить приближением фронта пиролиза.Падение температуры, отображаемое для 30-миллиметрового сигнала PUR-30-H, было вызвано растрескиванием остатка.

    Изменение температуры внутри пен ( a ) PUR-H и ( b ) PIR-P пен при плотности 30 и 100 кг / м 3 .

    Таблица 7

    Максимальные скорости нагрева на глубине 10, 20 и 30 мм для всех протестированных материалов.

    содержит максимумы скоростей нагрева (MHR), рассчитанные из температурных кривых, а также время, в которое произошло MHR (tMHR) для каждой глубины измерения (10, 20 и 30 мм).В общем, в каждой группе материалов MHR показывает уменьшение с увеличением плотности и с увеличением глубины измерения. Скорее всего, это эффект уменьшения теплового потока конусных калориметров по мере увеличения расстояния от термопары, но также и результат увеличения толщины нагара и, следовательно, лучшего защитного слоя. Более низкий MHR и более длинный tMHR указывают на лучший защитный слой с увеличением глубины измерения, но не обязательно на более низкую скорость фронта пиролиза, поскольку существует перекрывающийся эффект теплопроводности через образец.Следовательно, MHR уменьшилась на глубине 20 мм и 30 мм по сравнению с 10 мм.

    Пены PUR-P и PUR-H показали самые высокие скорости нагрева в отношении плотности. MHR для пенопластов, вспениваемых пентаном, была немного выше на уровне 10 мм, что, вероятно, является результатом действия легковоспламеняющегося вспенивающего агента, хотя общие характеристики огня, определенные с помощью конического калориметра, не пострадали по сравнению с RPUF, полученным из вспененного водой. Однако по сравнению с пенополиуретаном значительная разница наблюдалась для PIR-P.MHR, измеренная на глубине 10 мм, снизилась с 89 ° C / с для PUR-30-H на 52% до 43 ° C / с для PIR-30. Это явление является следствием более высоких огнестойких характеристик пен PIR-P в условиях принудительного горения, о чем говорилось ранее. Пены PIR обычно демонстрируют самый низкий MHR и самый длинный tMHR.

    В целом, измеренное повышение температуры замедляется с увеличением плотности и увеличением глубины измерения. Кроме того, максимальные скорости нагрева уменьшились, а время до максимальных скоростей нагрева увеличилось.Хотя это, вероятно, является эффектом теплопроводности через образец и не имеет значения для определения фактической скорости фронта пиролиза, это указывает на критическое изменение характеристик горения пены с увеличением плотности. Для пен с низкой плотностью сигнал температуры резко возрастал, как только фронт пиролиза приближался к термопаре. Напротив, для пен с высокой плотностью наблюдалось более умеренное повышение, включая незначительное повышение температуры внутри образца перед пиролизом, вызванное теплопроводностью через массу пены.Это означает сдвиг горения в сторону твердого неклеточного материала с увеличением плотности.

    Информация о скорости фронта пиролиза может быть получена из изменения температуры, измеренной внутри горящих образцов. T 95% , полученный от TG, использовался для определения времени, в которое фронт пиролиза достиг глубины измерения температуры. Длительная фаза устойчивого горения в испытании конусным калориметром при постоянном размере образцов связана с уменьшением скорости фронта пиролиза.Чтобы исследовать это явление, скорость была рассчитана с учетом времен до T 95% . Следовательно, скорость определялась на глубине образца от 10 до 20 мм и от 20 до 30 мм. Это было определено как метод 1. Интересно, что потеря массы, полученная при испытании конусным калориметром, указывает на линейное поведение на протяжении всего испытания до тех пор, пока не погаснет пламя. График нормализованного веса образца с течением времени показан для каждого тестируемого материала в. Данные измерений начинаются с tig и записывались до тех пор, пока не погасло пламя.Для каждого материала наблюдался излом кривой потери массы. Это знаменует переход от пламенного горения и пиролитического разложения к послесвечению углеродистого остатка. Нормализованные веса образцов подбирались, начиная от tig до момента затухания, и рассчитывалась результирующая скорость фронта пиролиза. Поэтому было сделано предположение, что уменьшение массы пропорционально уменьшению объема и что количество остатка, образовавшегося во время сгорания, было постоянным во времени. Это было определено как Метод 2.Результаты метода 1 и метода 2 были сопоставлены и нанесены на график по глубине образца. Это сравнение было выполнено для каждой пены с плотностью 50 кг / м 3 и показано на.

    История нормализованного веса образца для пен ( a ) PUR-P, ( b ) PUR-H и ( c ) PIR-P.

    Сравнение скорости фронта пиролиза, полученной с помощью термопары, и данных по потере массы для PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P.

    Как метод 1, так и метод 2 выявили уменьшение скорости фронта пиролиза для всех пен.Как уже обсуждалось выше, это, вероятно, является следствием увеличения толщины слоев угля и уменьшения интенсивности излучения конического нагревателя с увеличением расстояния [34]. Кроме того, появление PHRR непосредственно после зажигания в самом начале измерения конусным калориметром свидетельствует о самой толстой зоне пиролиза или самой быстрой скорости фронта соответственно [35]. В то время как данные о потере массы конического калориметра указывают на постоянную скорость фронта пиролиза (), измерения с помощью термопары фактически доказывают, что скорость немного уменьшается с увеличением глубины измерения.Причиной того, что данные о потере массы остаются постоянными, может быть дополнительное тление остатка уже во время пламенного горения, как это было в предыдущем исследовании пен PIR и фенольных пен [52]. Тем не менее, эти два сигнала показывают хорошую корреляцию между Методом 1 и Методом 2 для PUR-50-P и PUR-50-H, оба из которых сгорают более неравномерно, чем пеноматериалы PIR. Фактически, была даже более сильная корреляция между результатами PIR-50-P, поскольку горение было более плавным.

    Средние скорости фронтов пиролиза пен плотностью 50 кг / м 3 приведены в.Результаты были усреднены на глубине от 10 до 30 мм для обоих методов, чтобы охватить одну и ту же область измерения. Метод 2 дает снижение скорости на 13% для PUR-50-P и на 23% для PUR-50-H, соответственно. Напротив, скорость PIR-50-P увеличилась на 13% по сравнению с методом 1. Причины этого, вероятно, кроются в ограничениях обоих методов. Результаты метода 1 пострадали от неравномерного горения образца, разлагающийся поверхностный слой которого не является идеальной плоскостью. Это приводит к тому, что фронт пиролиза достигает термопар в разное время.Скорость фронта пиролиза, полученная из потери массы в тесте конусного калориметра, подвержена системным эффектам рассеяния, поскольку масса образцов очень мала. Сравнение скорости исследуемых пен со скоростью насыпного полимера показывает, насколько быстро ячеистые материалы поглощаются огнем из-за их низкой плотности. Для ПММА, как негорючего полимера, проявляющего термически толстое горение, была измерена средняя скорость фронта пиролиза 0,025 мм / с (1,51 мм / мин) [53].Для эпоксидной смолы (почти не обугливающейся) и ее слоистого силикатного нанокомпозита, образующего защитный слой, были измерены значения 0,012–0,023 мм / с (0,7–1,4 мм / мин) и 0,008–0,012 (0,5–0,7 мм / мин). соответственно [54]. Скорость фронта пиролиза исследованных пен более чем в 10 раз превышала таковую для объемных полимеров.

    Таблица 8

    Средние скорости фронта пиролиза ПУР-50-П, ПУР-50-Н и ПИР-50-П.

    Образец Глубина 10 мм Глубина 20 мм Глубина 30 мм
    MHR (° C / с) tMHR (s) MHR (° C / s) tMHR (s) MHR (° C / s) tMHR (s)
    PUR-30-P 97 14 62 24 52 44
    PUR-50-P 84 21 45 73
    PUR-30-H 89 15 76 26 55 42
    PUR-50-H 75 21 50258 21 39 67
    PUR-70-H 38 44 31 75 25 112
    PUR-100-H 71 71 71 71 127 16 195
    ПИР-30-П 43 20 11 50 10 90
    ПИР-50-П 22 44 11 98 10 172 172 П 14 63 8 141 9 239
    ПИР-100-П 8 107 7 231 7 36257 237
    Зона пиролиза

    Макрофотографии закаленных образцов приведены на рис. Пиролиз прерывали закалкой в ​​жидком азоте, чтобы сохранить структуру образцов в точке потери массы 50% масс.Пены PUR-P и PUR-H демонстрируют полностью неповрежденную структуру пены под фронтом пиролиза и не показывают никакого обесцвечивания. Напротив, пена PIR-P показывает небольшую зону обесцвечивания, указывающую на термическое разложение под углем. Однако толщина обесцвеченной зоны существенно не меняется с плотностью.

    Макрофотографии поперечных сечений закаленных образцов.

    отображает SEM-изображения поперечных сечений образцов конического калориметра всех протестированных образцов.Несмотря на разницу плотностей, подобное поведение было обнаружено в каждой группе материалов. Здесь следует различать пенопласты PUR и PIR. PUR-P и PUR-H демонстрируют определенный фронт пиролиза с четкой границей между неизмененной структурой пены и обугленным остатком. Это можно интерпретировать как результат очень хороших теплоизоляционных свойств пены и скорости фронта пиролиза. Поскольку теплопроводность через образец очень низкая, а скорость потери массы высока, структура пены не претерпевала никаких морфологических изменений до тех пор, пока материал не подвергся пиролизу и не сгорел в огне.Морфология пены затем терялась, когда фронт пиролиза проходил через образец. Это согласуется с более ранним исследованием [55].

    СЭМ-микрофотографии поперечных сечений закаленных образцов.

    Исследование поперечных сечений пен PIR-P показало различное поведение. Вместо четкого фронта пиролиза наблюдалась зона пиролиза. Предполагается, что естественный выход углерода пен PIR, который отличается от PUR, является причиной этого явления. Микрофотографии, полученные с помощью SEM, показывают, что морфология пены в некоторой степени сохраняется в остатке или что, по крайней мере, полукокс образует пеноподобную структуру.Таким образом, в условиях принудительного горения пены PIR-P дают более эффективный защитный слой, чем пены PUR, с точки зрения их теплоизоляционных свойств.

    СЭМ микрофотографии ПИР-70-П, структуры пены ( a ) и остатков ( b ).

    отображает неповрежденную структуру пенопласта PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P, а также структуру их остатков после закалки. Остаток был тонким и хрупким, имел закрытую поверхность, что давало слабую защиту лежащему под ним материалу.Хорошо видно, что часть остатков пенопласта ПИР-П полая, с своеобразной ячеистой структурой. В целом остатки, образованные пеной PIR, были более стабильными, плотными и густыми по сравнению с пенополиуретаном. Предполагается, что это явление является основной причиной превосходных огнестойких характеристик и заслуживает более подробного изучения и в более широком масштабе.

    СЭМ-микрофотографии структуры пенопластов ПУР-50-П, ПУР-50-Н, ПИР-50-П и остатков.

    Возгорание жестких пенополиуретанов

    3.1. Характеристика пены

    СЭМ-микрофотографии поперечных сечений каждой пены были сделаны при увеличении 100 и показаны на рис. Все материалы имеют однородную ячеистую структуру, а также в основном закрытые ячейки. Это типично для жестких пенополиуретанов и желательно для большинства целей, поскольку стенки с закрытыми ячейками вызывают не только низкое водопоглощение и низкую проницаемость для влаги, но также задерживают вспенивающий агент, который отвечает за их низкую теплопроводность. RPUF с плотностью около 30 кг / м 2 часто имеет содержание закрытых ячеек 85–95% [1].Исследованные пены показывают довольно однородные размеры ячеек, которые увеличиваются с уменьшением плотности пены. Кроме того, разные пены имеют сравнимую морфологию ячеек при одинаковой плотности, что делает их сопоставимыми по характеристикам горения.

    СЭМ-микрофотографии клеточной структуры всех исследуемых материалов.

    приводит результаты по теплопроводности и прочности на сжатие. Теплопроводность пен с закрытыми порами зависит от плотности, размера ячеек и газа внутри ячеек пены и не является линейной зависимостью.Фактически, теплопроводность определяется теплопроводностью твердого тела и газа, а также радиационным теплопереносом между стенками ячеек [37]. Приведенные данные показывают, что минимальная теплопроводность обычно находится в диапазоне 50–70 кг / м 3 . Это согласуется с литературой [37] и связано с увеличением твердой проводимости, уменьшением радиационного вклада и небольшим уменьшением газовой проводимости с увеличением плотности. В литературе сообщалось, что ППУФ, продуваемый пентаном, имеет более низкую теплопроводность, чем ППУФ, продуваемый водой [38].Это подтвердили измерения. Обычные RPUF, используемые для строительства, имеют плотность около 30 кг / м 3 , а их теплопроводность может составлять всего 24 мВт / м · К [2]. Поскольку состав пен, исследованных в этом исследовании, не был оптимизирован в отношении их теплопроводности, λ увеличивается по сравнению с коммерческими системами. Из-за повышенной стабильности пенопластов с более высокой плотностью прочность на сжатие увеличивается с увеличением плотности [1]. В то время как PUR-P и PUR-H показали аналогичные значения прочности на сжатие при одинаковых плотностях, PIR-30-P имел значительно увеличенную прочность на сжатие, составляющую 348 кПа, по сравнению с 195 кПа для PUR-30-P и 170 кПа для PUR-. 30-Н.Однако прочность на сжатие при плотности 100 кг / м 3 была аналогичной для пен PUR и PIR.

    Таблица 2

    Результаты определения характеристик пены.

    PUR-50-P PUR-50-H PIR-50-P
    Ср.Скорость (мм / с) Сред. Скорость (мм / с) Сред. Скорость (мм / с)
    Метод 1 0,40 0,44 0,16
    Метод 2 0,35 0,34 0,18
    ПУР-100-Н 355 ± 4
    Материал λ при 10 ° C (мВт / м · К) Прочность на сжатие (кПа)
    PUR-30-P 29,6 ± 0,2
    ПУР-50-П 25,7 ± 0,2 338 ± 4
    ПУР-30-Н 29.8 ± 0,2 170 ± 8
    PUR-50-H 27,7 ± 0,2 343 ± 14
    PUR-70-H 28,5 ± 0,2 424 ± 10
    26,6 ± 0,2 1025 ± 23
    ПИР-30-П 28,6 ± 0,2 348 ± 2
    ПИР-50-П 28,2 ± 0,2
    ПИР-70-П 25,1 ± 0,2 369 ± 11
    ПИР-100-П 29.8 ± 0,2 1091 ± 28

    3,2. Анализ пиролиза и предельный кислородный индекс

    В TG все материалы показали свою основную стадию разложения между 250 и 500 ° C. Кривые ТГ и скорости потери массы (MLR) пен PUR-P и PUR-H показаны на рис. Поскольку все пены измерялись как порошковые, плотность исходных материалов не оказывала значительного влияния на процесс пиролиза.

    Результаты ТГ пен PUR-P, PUR-H и PIR-P.

    Результаты ТГ показаны в.PUR-P и PUR-H показали аналогичное поведение при разложении с широким пиком между 250 и 500 ° C и четырьмя меньшими локальными максимумами. Для сравнения рассматривался только первый локальный пик. Температуры первого пика колебались от 290 до 296 ° C. Все пены имели остаток приблизительно 20 мас.%, А T 95% находился в диапазоне от 274 до 281 ° C; температура пиролиза (T макс ) составляла от 290 до 296 ° C.

    Таблица 3

    Результаты измерений TG и LOI.

    50253 PUR246-90 П
    Материал T 95% (° C) T макс. (° C) Остаток (мас.%) Сред.Остаток (мас.%) LOI (об.%)
    PUR-30-P 274 290 19,9 19,8 ± 0,1 19,5 ± 0,3
    275 291 19,7 20,4 ± 0,2
    PUR-30-H 277 296 21,5 20,4 ± 1,1 20,1 -H 281 292 21.5 20,5 ± 0,2
    PUR-70-H 276 291 19,3 21,0 ± 0,2
    PUR-100-H 275 ± 0,1
    ПИР-30-П 279 338 26,7 27,4 ± 0,7 21,5 ± 0,2
    ПИР-50-П 279 279 22,4 ± 0,2
    ПИР-70-П 289 340 28.0 22,9 ± 0,2
    PIR-100-P 293 339 27,1 23,1 ± 0,1

    Пены PIR-P показали поведение разложения с одной большой стадией разложения около 340 ° C . Повышенная термостойкость пен PIR обусловлена ​​структурой изоциануратного кольца [39]. Разложение PIR-P начинается в диапазоне от 279 до 293 ° C и немного увеличивается с увеличением плотности. PIR-P обычно дает большее количество остатка: 27.В среднем 4 мас.%.

    содержит результаты измерений предельного кислородного индекса (LOI) для всех пен, которые были протестированы. Внутри каждой группы материалов LOI увеличивался с увеличением плотности, хотя эффект невелик. Действительно, влияние плотности ограничено от 1,2 до 1,6 об.% И было связано с повышенной тепловой инерцией и лучшим выходом полукокса пен с более высокой плотностью. LOI PUR-30-H немного увеличился, 20,1 об.% По сравнению с 19,5 об.% Для PUR-30-P, что, вероятно, является следствием использования негорючего вспенивающего агента.Из-за более высокой термостойкости пен PIR-P LOI увеличился примерно на 2 об.%, В диапазоне от 21,5% до 23,1%.

    3.3. Поведение при пожаре

    3.3.1. Время до возгорания

    Из-за ячеистой структуры пен и низкой тепловой инерции, которую это влечет за собой [40,41], tig всех материалов, измеренных с помощью конического калориметра, составлял 4 с или меньше (). Небольшое увеличение tig было измерено для увеличения плотности, которое было незначительным, но было связано с повышенной тепловой инерцией пен с более высокой плотностью.В общем, tig для термически толстых материалов можно описать как [4,42]:

    tig = π4λρc (Tig − T0) 2q˙ext ″ 2 − CHF,

    (2)

    где Tig — температура воспламенения пены, T0 — температура окружающей среды, q˙ext ″ — внешний тепловой поток, а CHF — критический тепловой поток, необходимый для зажигания RPUF в конусном калориметре. Измеренная теплоемкость, а также расчетное и измеренное значение tig для всех материалов показано в. Для расчета tig использовались следующие параметры: Tig = 305 ° C [40]; Т0 = 20 ° С; q˙ext ″ = 50 кВт / м 2 ; CHF = 23 кВт / м 2 [4].

    Таблица 4

    Удельная теплоемкость, а также расчетная, измеренная и скорректированная tig для пен с плотностью 50 кг / м 3 .

    ± 1
    Материал тиг (с) Измерено c (Дж / кг · К) тиг (с) Рассчитано тиг (с) Рассчитано
    PUR-50-P 1304 ± 52 0,14 0,90
    PUR-50-H 2 ± 1 1315 ± 47 0.15 1,30
    ПИР-50-П 3 ± 1 1313 ± 40 0,16 0,79

    Расчетные значения tig занижают измеренные на порядок. Причина этого в том, что формула для оценки tig имеет некоторые приближения, например, она предполагает, что все количество падающего излучения поглощается в поверхностном слое. Однако как полупрозрачная среда пена демонстрирует глубокое поглощение инфракрасного излучения [30].Поскольку первые стенки ячеек в верхнем слое имеют только часть полного поглощения, глубокое поглощение может быть основным фактором для определения tig. [43] Чтобы проверить это, был проведен простой эксперимент, как описано в [31,32]. Измеренные значения интенсивности, толщины образцов и рассчитанные коэффициенты поглощения отображаются в.

    Таблица 5

    Измеренные интенсивности ( I / I 0 ), толщина образца ( S ), коэффициенты поглощения ( a ) и поглощение зоны пиролиза (αpy) для каждой пены с плотность 50 кг / м 3 .

    10425 ± 9
    Материал I / I 0 (%) S (мкм) a (мм -1 ) αpy
    PUR-50-P 63 ± 4 91 ± 13 5067 0,40
    PUR-50-H 58 ± 1 0,34
    ПИР-50-П 69 ± 2 76 ± 11 4900 0.44

    Измерения падающего излучения на измерителе теплового потока после прохождения через сжатый образец пенопласта показали, что менее 50% излучения поглощается в поверхностном слое от 76 мкм для ПИР-50-П до 104 мкм для PUR-50-H.

    показывает СЭМ-микрофотографию средней стойки и клеточных стенок PUR-50-P, PUR-50-H и PIR50-P, показывающую, что размер стойки составляет приблизительно 10 мкм, а толщина отдельной клеточной стенки меньше. чем 1 мкм.Поэтому глубокая абсорбция является решающим фактором при определении tig для всех протестированных пен.

    СЭМ-микрофотография поперечного сечения стоек и стенок ячеек для PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P, а также соответствующих зон пиролиза.

    Для получения более надежных результатов оценки tig был определен эффективный тепловой поток (q˙eff ″) для расчета tig для RPUF. Следовательно, коэффициент поглощения, который описывает долю излучения, поглощаемую на заданном расстоянии, определяется как:

    был рассчитан для каждой пены на толщину зоны пиролиза, способствующей воспламенению [30].Значение 0,10 мм рассматривалось для PUR-50-P, 0,08 мм для PUR-50-H и 0,12 мм для PIR-50-P. Зона пиролиза, способствующая воспламенению, быстро изменяется в начале испытания коническим калориметром. Если на первом этапе стенки и стойки ячеек поглощают излучение, то через короткое время поглощающий слой состоит из жидких продуктов пиролиза. Поскольку этот слой неоднороден по поверхности образца, толщины для расчета коэффициента поглощения были грубо оценены путем анализа изображений, полученных с помощью изображений поперечных сечений закаленной пены, как показано на рис.Поглощение зоны пиролиза (αpy) для каждой пены указано в. Эффективный тепловой поток был определен как:

    q˙eff ″ = αpy · q˙ext ″.

    (4)

    Значения tig, оцененные путем приложения эффективного теплового потока, перечислены в. Соответствующие результаты все еще недооценивают реальный tig и носят скорее качественный характер, чем представляют собой количественную оценку. Было показано, что исследованные пены практически мгновенно воспламеняются при воздействии теплового потока 50 кВт / м 2 .Однако результаты того же порядка величины и представляют собой хорошее приближение к измеренному tig.

    3.3.2. Burning

    Результаты измерений tig, PHRR, tPHRR, THR, остатка и TML / THR показаны конусным калориметром. Теплопроводность пенопласта в основном была низкой, поэтому ячеистые полимеры очень быстро реагируют на тепловой поток. Поэтому поверхность всех испытанных образцов быстро нагревалась после воздействия внешнего теплового потока конусного калориметра.Это привело к быстрой поставке продуктов пиролиза и, следовательно, к быстрому развитию устойчивого горения. Все образцы подверглись отчетливому обугливанию, ни один из них не продемонстрировал структурного разрушения и не образовал очага пожара жидких продуктов пиролиза.

    Таблица 6

    Результаты испытаний конического калориметра.

    ПИР-100-П
    Образец tig (s) PHRR (кВт / м 2 ) tPHRR (s) THR (MJ / m 2 ) Остаточное содержание остатка 8 (%) / THR (МДж / м 2 г)
    PUR-30-P 2 ± 1 368 ± 3 15.0 ± 1,0 27 ± 2 15,5 ± 0,4 2,0 ± 0,1
    PUR-50-P 3 ± 1 405 ± 7 16,5 ± 1,5 40 ± 2 16,4 ± 0,0 1,9 ± 0,1
    PUR-30-H 2 ± 1 366 ± 14 16,5 ± 4,5 27 ± 2 18,5 ± 3,7 2,0 ± 0,1
    ПУР-50-Н 2 ± 1 395 ± 1 16.5 ± 1,5 41 ± 2 15,7 ± 1,0 1,9 ± 0,1
    PUR-70-H 3 ± 1 417 ± 1 16,5 ± 1,5 57 ± 1 16,9 ± 0,1 1,9 ± 0,1
    PUR-100-H 4 ± 1 428 ± 13 19,5 ± 1,5 87 ± 1 16,5 ± 0,0 1,9 ± 0,1
    ПИР-30-П 2 ± 1 234 ± 6 13.5 ± 1,5 28 ± 1 16,7 ± 0,9 2,1 ± 0,1
    ПИР-50-П 3 ± 1 226 ± 1 16,5 ± 1,5 47 ± 1 22,8 ± 1,1 2,1 ± 0,1
    ПИР-70-П 3 ± 1 226 ± 9 15,0 ± 1,0 55 ± 4 23,5 ± 2,2 2,1 ± 0,1
    4 ± 1 219 ± 5 18.0 ± 1,0 81 ± 3 24,5 ± 1,8 2,0 ± 0,1

    Кривые HRR всех протестированных материалов представлены в. Графики показывают типичное горение материалов, образующих остатки [36]. Возгорание немедленно сопровождалось PHRR и образованием углеродсодержащего защитного слоя. Затем, на втором этапе, происходило платообразное поведение HRR с менее интенсивным горением. Длина этого плато зависела от плотности материалов и, следовательно, от количества горючего материала.Период горения удлинялся с увеличением массы образца, но имел одинаковую интенсивность в каждой группе материалов. Для некоторых образцов можно было идентифицировать незначительные пики в конце плато, которые были вызваны растрескиванием поверхности остатка.

    Кривые HRR для вспененного полиуретана ( a ), вспененного вспененным пентаном, ( b ) вспененного вспененного материала PUR и ( c ) вспененного полиуретана, вспененного пентаном.

    Ранее сообщалось о влиянии плотности на характеристики горения как для гибких, так и для жестких пен [33,44].Представленный массив кривых также известен для обугливания образцов разной толщины. Увеличение толщины образца при сохранении постоянного химического состава материалов приводит к длительной фазе устойчивого горения. По сравнению с характеристиками горения настоящих пен, повышенная плотность образца вызывает аналогичный эффект. При сохранении химического состава пены постоянным количество горючего материала увеличивается [36]. Аналогичное горение наблюдалось для не обугливающихся полимеров, таких как полиметилметакрилат (ПММА).После воспламенения ПММА демонстрирует фазу устойчивого горения с почти постоянной HRR, продолжительность которой определяется толщиной образца и, следовательно, количеством горючего материала [45]. Явление повышенного устойчивого горения для пен основано на том же эффекте, но вместо увеличения толщины образца для большего количества горючего материала плотность является изменяемым параметром. Хотя для различных толщин образца фронт пиролиза, потребляющий образец, является постоянным, но время горения увеличивается, поскольку фронт должен проходить большее расстояние, для образцов с различной плотностью фронт пиролиза должен проходить такое же расстояние, но его скорость уменьшается с увеличением плотности.Эксперимент по изменению свойств, включая толщину образца, показал такое же результирующее влияние на скорость потери массы горящих полимеров. Увеличение толщины образца не повлияло на среднюю или максимальную скорость потери массы до тех пор, пока толщина образца была достаточно большой для достаточного глубокого поглощения [42].

    Специальные пенообразователи действуют как газообразный антипирен в пенопластах с закрытыми порами. Трихлорфторметан (CFC-11) действует как ингибитор пламени, обладает способностью гасить радикалы и, как известно, улучшает огнестойкость пен [41].Из-за своей озоноразрушающей способности он был запрещен в 90-х годах; следовательно, воспламеняемость RPUF стала серьезной проблемой. Воспламеняемость вспенивающих агентов все еще является предметом исследований [46], поскольку вспенивающие агенты, используемые в настоящее время, могут быть негорючими (например, HFC 365/227 93/7 или вода) или легковоспламеняющимися (например, смесь изомеров пентана). Тем не менее, PUR-P и PUR-H работали одинаково при плотностях 30 и 50 кг / м 3 соответственно. Результаты исследованных конусных калориметров, полученные для обоих материалов, не показали существенных различий.Несмотря на то, что содержимое закрытых ячеек является легковоспламеняющимся (изо- и циклопентан для вспененных пентаном пен) или инертным (CO 2 для вспененных вспененных материалов), PHRR, средняя HRR и пожарная нагрузка различаются для каждого из них. другие лишь незначительно. Поскольку пентан добавляет не более 3-5 мас.% К общему весу и, таким образом, практически не содержит топлива или повышенного EHC, огнестойкость RPUF определяется в основном твердым полимером, а не газовой фазой [8]. Исследования вспененных пен из пентана и HFC 365mfc показали, что они принципиально не отличаются от вспененных вспененных материалов с CFC-11 или HCFC 141b по своим огнестойкости [47,48].

    PHRR PUR-H увеличился с 366 кВт / м 2 для PUR-30-H на 17% до 428 кВт / м 2 для PUR-100-H, вероятно, из-за большего количества горючего материала в поверхностном слое, что привело к большему количеству продуктов пиролиза и привело к более высокому PHRR для образцов с более высокой плотностью. Чем выше количество продукта пиролиза в верхнем слое, тем больше тепла может выделяться, что приводит к увеличению PHRR для материалов с более высокой плотностью. Из-за большей пожарной нагрузки материалов с увеличенной массой THR также выросла с плотностью пены.Выход полукокса незначительно изменился с плотностью в пределах группы всех испытанных пен PUR-H, в диапазоне от 15,7 до 18,5 мас.%. Это соответствует остаточной массе, полученной от TG, даже несмотря на то, что остатки от TG были немного выше по сравнению с результатами конусного калориметра. Вероятно, это происходит из-за некоторого окислительного разложения, добавляемого к пиролитическому разложению в условиях принудительного пламени.

    PHRR образцов PIR-P немного снизился с увеличением плотности. Для этих материалов эффект более отчетливого обугливания преобладал над эффектом большего количества горючего материала на поверхности для материалов с более высокой плотностью, как это наблюдалось для образцов PUR-H.PHRR и средний HRR значительно ниже по сравнению со всеми протестированными образцами PUR, но все они показали длительное время до исчезновения пламени. Лучшая общая огнестойкость пен PIR обусловлена ​​структурой изоцианатного кольца. Ранее сообщалось о положительном влиянии на термическую стабильность, а также на поведение при пожаре [41,49,50]. Однако было обнаружено, что улучшенная термическая стабильность не обязательно приводит к лучшим противопожарным характеристикам [51]. Это улучшение, скорее всего, является результатом лучшего обугливания и, следовательно, лучшего защитного слоя, который исследуется и подробно описывается далее в этой статье.С увеличением плотности и, следовательно, большего веса образца THR увеличивается. По сравнению с пенами PUR-P и PUR-H пожарная нагрузка была очень похожей. Несмотря на то, что HRR был намного ниже, время до погашения увеличивалось. Остаток увеличился с плотностью с 16,7 мас.% Для PIR-30-P до 24,5 мас.% Для PIR-100-P, что указывает на то, что превосходные характеристики обугливания также приводят к увеличению выхода полукокса с увеличением плотности. Это основано на том факте, что большее количество горючего материала в верхнем слое может образовывать более плотный слой угля, более эффективно защищающий нижележащий материал.Напротив, остаток, полученный от TG, был даже выше и аналогичен для всех пен PIR-P. В этом случае результаты конического калориметра отличаются от результатов ТГ, поскольку макроскопические эффекты, такие как образование защитного слоя, плохо распознаются ТГ. EHC не претерпел значительных изменений ни для одной из пен.

    Остатки экспериментов с конусным калориметром отображаются в. Существуют фундаментальные различия в качестве остатков на макроскопическом уровне, даже несмотря на то, что исследование угля с помощью СЭМ показало, что поверхность каждого остатка была замкнутой и компактной.Защитные слои, образовавшиеся во время горения образца, были одинакового качества в каждой группе материалов, независимо от их плотности. В то время как PUR-P и PUR-H образовывали остатки с видимыми отверстиями, остатки PIR-P имели замкнутую и компактную поверхность. показывает поверхность образцов с плотностью 50 кг / м 3 , которые были закалены на 50 мас.% TML. Поскольку пенопласты PUR-P и PUR-H показали незначительный выход полукокса, а полукокс, образовавшийся во время горения, по-видимому, имел низкую вязкость, поскольку он пузырился во время горения, их остатки имели открытую поверхность и, следовательно, не покрывали весь образец.Обугливание пен PUR-P и PUR-H было хрупким и хрупким, обеспечивая лишь незначительную защиту, поскольку их поверхность не была закрытой. Образцы PIR-P показали остатки закрытой поверхности, покрывающие весь образец, из-за их повышенного выхода полукокса. Сразу после зажигания образовался замкнутый и плотный защитный слой. После погашения пламени остаток был стабильным и плотным. Это хорошо коррелирует с наблюдениями PHRR и HRR во время фазы устойчивого горения, поскольку PHRR и средний HRR были значительно ниже для пен PIR-P.

    Остатки в коническом калориметре пен PUR-P, PUR-H и PIR-P.

    Макрофотография поверхностей остатков ПУР-50-П, ПУР-50-Н и ПИР-50-П.

    3.4. Развитие температуры внутри горящих образцов

    Во время испытания конусным калориметром развитие температуры внутри горящих образцов контролировалось на глубине 10, 20 и 30 мм. Кривая HRR и развитие температуры внутри образцов были построены во времени и отображены для PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P.Графики показывают отличные теплоизоляционные свойства пен. Несмотря на то, что PHRR верхнего горящего слоя для обоих материалов был достигнут уже через 16,5 с, температура, измеренная на глубине 10 мм, оставалась низкой. Как только фронт пиролиза приближался к термопаре, происходило резкое повышение температуры. К тому времени, когда T 95% был достигнут на глубине 10 мм, защитный слой на поверхности уже сформировался, и HRR начал падать до устойчивого горения HRR.После прохождения термопары пена сгорела в огне, так что термопара была частично покрыта остатками и частично обнажена. Таким образом, он измерял температуру пламени, которая является причиной ошибочного сигнала температуры выше 500 ° C. Падение температуры, отображаемое буквой b для сигнала 30 мм, было вызвано растрескиванием остатка. Нечто подобное произошло в c.

    Кривая скорости тепловыделения и развитие температуры внутри горящего образца ( a ) PUR-50-P ( b ) PUR-50-H и ( c ) PIR-50-P.

    Сравнивая сигналы температуры с сигналами PIR-50-P, время достижения T 95% на каждой глубине измерения значительно увеличилось для PIR-50-P. Это вызвано более низким значением MLR в условиях испытаний конусным калориметром и лучшими огнестойкими характеристиками этого материала. Для пен PIR эти наблюдения хорошо коррелируют с уменьшенным PHRR, уменьшенным средним HRR и их повышенным выходом полукокса и, следовательно, улучшенным защитным слоем по сравнению с пенами PUR-P и PUR-H. Кроме того, приближение к первой термопаре на глубину 10 мм для фронта пиролиза по-прежнему занимает больше времени, чем для пен PUR.Это также хорошо коррелирует с результатами конического калориметра, такими как PHRR, средний HRR и остаток. Графики температурного сигнала в c более гладкие, так как термопара была полностью покрыта углем.

    показывает изменение температуры внутри горящих образцов для пен PUR-H и PIR-P для самой низкой и самой высокой плотности соответственно. Наклоны графиков исследуются путем определения максимума первой производной, которая определяется здесь как максимальная скорость нагрева (MHR).На графиках видно, что наклон температурных кривых тем круче, чем меньше плотность. дает понять, что начало повышения температуры на глубине 10 мм существенно задерживается за счет увеличения плотности. Хотя tPHRR, полученный при испытании конусным калориметром, почти не зависит от плотности, скорость фронта пиролиза составляет. Это доказывает, что образование защитного углеродистого слоя зависит только от количества горючего материала, которое расходуется огнем. Увеличение плотности пены приводит к более раннему образованию полукокса.Показатели MHR, указанные в, были зарегистрированы в течение первых 100 с для PIR-30-P, в то время как фронт пиролиза прошел последнюю термопару только через более 300 с для PIR-100-P. Сигналы термопар для PIR-100-P на глубине 20 мм и 30 мм показали явное повышение температуры от температуры окружающей среды до примерно 100 ° C, что было вызвано теплопроводностью во время горения через пену. После этого произошел небольшой перегиб сигнала, а затем произошло более резкое повышение температуры, что можно объяснить приближением фронта пиролиза.Падение температуры, отображаемое для 30-миллиметрового сигнала PUR-30-H, было вызвано растрескиванием остатка.

    Изменение температуры внутри пен ( a ) PUR-H и ( b ) PIR-P пен при плотности 30 и 100 кг / м 3 .

    Таблица 7

    Максимальные скорости нагрева на глубине 10, 20 и 30 мм для всех протестированных материалов.

    содержит максимумы скоростей нагрева (MHR), рассчитанные из температурных кривых, а также время, в которое произошло MHR (tMHR) для каждой глубины измерения (10, 20 и 30 мм).В общем, в каждой группе материалов MHR показывает уменьшение с увеличением плотности и с увеличением глубины измерения. Скорее всего, это эффект уменьшения теплового потока конусных калориметров по мере увеличения расстояния от термопары, но также и результат увеличения толщины нагара и, следовательно, лучшего защитного слоя. Более низкий MHR и более длинный tMHR указывают на лучший защитный слой с увеличением глубины измерения, но не обязательно на более низкую скорость фронта пиролиза, поскольку существует перекрывающийся эффект теплопроводности через образец.Следовательно, MHR уменьшилась на глубине 20 мм и 30 мм по сравнению с 10 мм.

    Пены PUR-P и PUR-H показали самые высокие скорости нагрева в отношении плотности. MHR для пенопластов, вспениваемых пентаном, была немного выше на уровне 10 мм, что, вероятно, является результатом действия легковоспламеняющегося вспенивающего агента, хотя общие характеристики огня, определенные с помощью конического калориметра, не пострадали по сравнению с RPUF, полученным из вспененного водой. Однако по сравнению с пенополиуретаном значительная разница наблюдалась для PIR-P.MHR, измеренная на глубине 10 мм, снизилась с 89 ° C / с для PUR-30-H на 52% до 43 ° C / с для PIR-30. Это явление является следствием более высоких огнестойких характеристик пен PIR-P в условиях принудительного горения, о чем говорилось ранее. Пены PIR обычно демонстрируют самый низкий MHR и самый длинный tMHR.

    В целом, измеренное повышение температуры замедляется с увеличением плотности и увеличением глубины измерения. Кроме того, максимальные скорости нагрева уменьшились, а время до максимальных скоростей нагрева увеличилось.Хотя это, вероятно, является эффектом теплопроводности через образец и не имеет значения для определения фактической скорости фронта пиролиза, это указывает на критическое изменение характеристик горения пены с увеличением плотности. Для пен с низкой плотностью сигнал температуры резко возрастал, как только фронт пиролиза приближался к термопаре. Напротив, для пен с высокой плотностью наблюдалось более умеренное повышение, включая незначительное повышение температуры внутри образца перед пиролизом, вызванное теплопроводностью через массу пены.Это означает сдвиг горения в сторону твердого неклеточного материала с увеличением плотности.

    Информация о скорости фронта пиролиза может быть получена из изменения температуры, измеренной внутри горящих образцов. T 95% , полученный от TG, использовался для определения времени, в которое фронт пиролиза достиг глубины измерения температуры. Длительная фаза устойчивого горения в испытании конусным калориметром при постоянном размере образцов связана с уменьшением скорости фронта пиролиза.Чтобы исследовать это явление, скорость была рассчитана с учетом времен до T 95% . Следовательно, скорость определялась на глубине образца от 10 до 20 мм и от 20 до 30 мм. Это было определено как метод 1. Интересно, что потеря массы, полученная при испытании конусным калориметром, указывает на линейное поведение на протяжении всего испытания до тех пор, пока не погаснет пламя. График нормализованного веса образца с течением времени показан для каждого тестируемого материала в. Данные измерений начинаются с tig и записывались до тех пор, пока не погасло пламя.Для каждого материала наблюдался излом кривой потери массы. Это знаменует переход от пламенного горения и пиролитического разложения к послесвечению углеродистого остатка. Нормализованные веса образцов подбирались, начиная от tig до момента затухания, и рассчитывалась результирующая скорость фронта пиролиза. Поэтому было сделано предположение, что уменьшение массы пропорционально уменьшению объема и что количество остатка, образовавшегося во время сгорания, было постоянным во времени. Это было определено как Метод 2.Результаты метода 1 и метода 2 были сопоставлены и нанесены на график по глубине образца. Это сравнение было выполнено для каждой пены с плотностью 50 кг / м 3 и показано на.

    История нормализованного веса образца для пен ( a ) PUR-P, ( b ) PUR-H и ( c ) PIR-P.

    Сравнение скорости фронта пиролиза, полученной с помощью термопары, и данных по потере массы для PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P.

    Как метод 1, так и метод 2 выявили уменьшение скорости фронта пиролиза для всех пен.Как уже обсуждалось выше, это, вероятно, является следствием увеличения толщины слоев угля и уменьшения интенсивности излучения конического нагревателя с увеличением расстояния [34]. Кроме того, появление PHRR непосредственно после зажигания в самом начале измерения конусным калориметром свидетельствует о самой толстой зоне пиролиза или самой быстрой скорости фронта соответственно [35]. В то время как данные о потере массы конического калориметра указывают на постоянную скорость фронта пиролиза (), измерения с помощью термопары фактически доказывают, что скорость немного уменьшается с увеличением глубины измерения.Причиной того, что данные о потере массы остаются постоянными, может быть дополнительное тление остатка уже во время пламенного горения, как это было в предыдущем исследовании пен PIR и фенольных пен [52]. Тем не менее, эти два сигнала показывают хорошую корреляцию между Методом 1 и Методом 2 для PUR-50-P и PUR-50-H, оба из которых сгорают более неравномерно, чем пеноматериалы PIR. Фактически, была даже более сильная корреляция между результатами PIR-50-P, поскольку горение было более плавным.

    Средние скорости фронтов пиролиза пен плотностью 50 кг / м 3 приведены в.Результаты были усреднены на глубине от 10 до 30 мм для обоих методов, чтобы охватить одну и ту же область измерения. Метод 2 дает снижение скорости на 13% для PUR-50-P и на 23% для PUR-50-H, соответственно. Напротив, скорость PIR-50-P увеличилась на 13% по сравнению с методом 1. Причины этого, вероятно, кроются в ограничениях обоих методов. Результаты метода 1 пострадали от неравномерного горения образца, разлагающийся поверхностный слой которого не является идеальной плоскостью. Это приводит к тому, что фронт пиролиза достигает термопар в разное время.Скорость фронта пиролиза, полученная из потери массы в тесте конусного калориметра, подвержена системным эффектам рассеяния, поскольку масса образцов очень мала. Сравнение скорости исследуемых пен со скоростью насыпного полимера показывает, насколько быстро ячеистые материалы поглощаются огнем из-за их низкой плотности. Для ПММА, как негорючего полимера, проявляющего термически толстое горение, была измерена средняя скорость фронта пиролиза 0,025 мм / с (1,51 мм / мин) [53].Для эпоксидной смолы (почти не обугливающейся) и ее слоистого силикатного нанокомпозита, образующего защитный слой, были измерены значения 0,012–0,023 мм / с (0,7–1,4 мм / мин) и 0,008–0,012 (0,5–0,7 мм / мин). соответственно [54]. Скорость фронта пиролиза исследованных пен более чем в 10 раз превышала таковую для объемных полимеров.

    Таблица 8

    Средние скорости фронта пиролиза ПУР-50-П, ПУР-50-Н и ПИР-50-П.

    Образец Глубина 10 мм Глубина 20 мм Глубина 30 мм
    MHR (° C / с) tMHR (s) MHR (° C / s) tMHR (s) MHR (° C / s) tMHR (s)
    PUR-30-P 97 14 62 24 52 44
    PUR-50-P 84 21 45 73
    PUR-30-H 89 15 76 26 55 42
    PUR-50-H 75 21 50258 21 39 67
    PUR-70-H 38 44 31 75 25 112
    PUR-100-H 71 71 71 71 127 16 195
    ПИР-30-П 43 20 11 50 10 90
    ПИР-50-П 22 44 11 98 10 172 172 П 14 63 8 141 9 239
    ПИР-100-П 8 107 7 231 7 36257 237
    Зона пиролиза

    Макрофотографии закаленных образцов приведены на рис. Пиролиз прерывали закалкой в ​​жидком азоте, чтобы сохранить структуру образцов в точке потери массы 50% масс.Пены PUR-P и PUR-H демонстрируют полностью неповрежденную структуру пены под фронтом пиролиза и не показывают никакого обесцвечивания. Напротив, пена PIR-P показывает небольшую зону обесцвечивания, указывающую на термическое разложение под углем. Однако толщина обесцвеченной зоны существенно не меняется с плотностью.

    Макрофотографии поперечных сечений закаленных образцов.

    отображает SEM-изображения поперечных сечений образцов конического калориметра всех протестированных образцов.Несмотря на разницу плотностей, подобное поведение было обнаружено в каждой группе материалов. Здесь следует различать пенопласты PUR и PIR. PUR-P и PUR-H демонстрируют определенный фронт пиролиза с четкой границей между неизмененной структурой пены и обугленным остатком. Это можно интерпретировать как результат очень хороших теплоизоляционных свойств пены и скорости фронта пиролиза. Поскольку теплопроводность через образец очень низкая, а скорость потери массы высока, структура пены не претерпевала никаких морфологических изменений до тех пор, пока материал не подвергся пиролизу и не сгорел в огне.Морфология пены затем терялась, когда фронт пиролиза проходил через образец. Это согласуется с более ранним исследованием [55].

    СЭМ-микрофотографии поперечных сечений закаленных образцов.

    Исследование поперечных сечений пен PIR-P показало различное поведение. Вместо четкого фронта пиролиза наблюдалась зона пиролиза. Предполагается, что естественный выход углерода пен PIR, который отличается от PUR, является причиной этого явления. Микрофотографии, полученные с помощью SEM, показывают, что морфология пены в некоторой степени сохраняется в остатке или что, по крайней мере, полукокс образует пеноподобную структуру.Таким образом, в условиях принудительного горения пены PIR-P дают более эффективный защитный слой, чем пены PUR, с точки зрения их теплоизоляционных свойств.

    СЭМ микрофотографии ПИР-70-П, структуры пены ( a ) и остатков ( b ).

    отображает неповрежденную структуру пенопласта PUR-50-P, PUR-50-H и PIR-50-P, а также структуру их остатков после закалки. Остаток был тонким и хрупким, имел закрытую поверхность, что давало слабую защиту лежащему под ним материалу.Хорошо видно, что часть остатков пенопласта ПИР-П полая, с своеобразной ячеистой структурой. В целом остатки, образованные пеной PIR, были более стабильными, плотными и густыми по сравнению с пенополиуретаном. Предполагается, что это явление является основной причиной превосходных огнестойких характеристик и заслуживает более подробного изучения и в более широком масштабе.

    СЭМ-микрофотографии структуры пенопластов ПУР-50-П, ПУР-50-Н, ПИР-50-П и остатков.

    Влияние размера образца

    кислорода от любой поверхности, кроме нагретой свободной поверхности.Нижняя часть держателя sam-

    не была изолирована изоляцией. В результате кислород мог рассеиваться только на

    вниз от свободной поверхности. Чтобы свести к минимуму образование рециркуляционных вихрей, вызванных плавучими потоками, создаваемыми нагревателем, к верхней части держателя образца был добавлен выступ шириной 100 мм

    .

    Были испытаны образцы пенополиуретана с квадратным поперечным сечением длиной 50 мм, 100 мм и

    140 мм. Глубина всех образцов составляла 150 мм.Самый большой образец

    имел длину 140 мм, поскольку это максимальный размер, который может поместиться под конусным нагревателем, и

    все еще подвергается воздействию равномерного теплового потока по всей поверхности. Общая погрешность измерения потока тепла

    была рассчитана и составила 0: 5 кВт · м

    2 из-за расположения измерителя потока тепла

    и точности образца в пределах ± 5 мм. Это в

    в дополнение к 3% погрешности калибровки измерителя.

    Был измерен поток тепла по радиусу от центра образца, и максимальное уменьшение

    мум, составляющее 30% от значения осевой линии, было обнаружено на краю образца

    140 мм.Однако, поскольку воспламенение происходит в центре образца

    , где тепловой поток наибольший, а тепловые потери минимальны, не ожидалось, что это изменение теплового потока

    окажет существенное влияние на результаты. Вертикальное расстояние между нагревателем и образцом составляло 25 мм.

    Образцы пенопласта были оснащены тринадцатью термопарами К-типа

    в оболочке диаметром 1,5 мм. Они входили в образец перпендикулярно приложенному тепловому потоку

    и располагались на центральной оси, начиная с 5 мм ниже открытой поверхности

    , а затем с интервалами 10 мм на глубину 125 мм.Термопара

    держали на месте с помощью вертикальной стойки с отверстиями в местах, соответствующих

    точкам измерения на образце. Данные о температуре регистрировались каждые

    секунды с использованием многофункционального переключателя Agilent 34980A, взаимодействующего с компьютером

    , работающим под управлением Matlab 2008b. Визуальные наблюдения и измерения температуры

    позволили провести различие между отсутствием зажигания, тлеющим зажиганием и пламенем

    .

    Использовали коммерчески доступный пенополиуретан из Великобритании.Плотность

    находилась в диапазоне 20–22 кг м

    -3

    . Пена такая же, как у Bustamante

    et al. [20], которые обнаружили, что элементный состав состоит из 61,9% углерода, 22,5% окси-

    gen, 8,5% водорода и 5,9% азота со следовыми количествами серы и хлорида

    рина. Исходя из этого состава, общая химическая формула: CH

    1,53

    O

    0,27

    N

    0,08

    .

    Подготовленные образцы помещали под нагреватель и первоначально защищали от теплового потока

    с помощью изоляции из древесноволокнистого картона.Когда нагреватель достиг температуры

    , соответствующей желаемому тепловому потоку на поверхности образца, древесноволокнистую плиту

    быстро удаляли, подвергая образец воздействию теплового потока. При установке не использовалось ни пилотное пламя, ни искровое устройство

    .

    Критический тепловой поток, необходимый для тления и воспламенения пламени, был найден

    с использованием систематического, итеративного метода деления пополам. Образцы подвергались воздействию теплового потока

    и, если происходило возгорание (пламя или тление), выбирали более низкий тепловой поток и испытывали новый образец.Если воспламенения не происходило, использовался более высокий тепловой поток

    . Этот метод позволяет максимально быстро определить критический тепловой поток для зажигания

    . После того, как критические тепловые потоки для воспламенения пламенем и тлеющим пламенем достигли

    , было изучено поведение воспламенения при тепловых потоках между двумя критическими тепловыми потоками

    и мощностью до 50 кВт мÀ2. Количество проведенных экспериментов

    Fire Technology 2012

    Экспериментальное исследование теплового эффекта и законов выделения газа при совместном самовозгорании угля и полиуретана

    TGA

    В этой статье для разделения различных стадий процесса был использован метод двойной экстраполяции. самовозгорание смесовых образцов 35 .Результаты TG и производной TG (DTG) для каждого образца показаны на рисунке 2, а характерные параметры процесса самовозгорания каждого образца показаны в таблице 3.

    Рисунок 2

    Кривые TG-DTG образцов.

    Таблица 3 Характерные параметры образцов в процессе самовозгорания.

    Уголь представляет собой смесь со сложной физической структурой и химическим составом, которая содержит множество органических и неорганических веществ.Процессы самовозгорания угля очень сложны. Обычно самовозгорание угля можно разделить на пять стадий: (1) стадия испарения, (2) стадия физического поглощения кислорода, (3) стадия химического поглощения кислорода, (4) стадия пиролиза и (5) стадия горения 36 . На стадии испарения влага из угля испаряется при нагревании. На стадии физического поглощения кислорода уголь контактирует с воздухом и поглощает кислород при низкой температуре. На стадии химического поглощения кислорода активные группы (–CH) в угле теряют водород и образуют углеродные радикалы (C · ), а макромолекулярные углеродные радикалы (R · ) и углеродные радикалы (C · ) поглощают кислород. с образованием пероксидов (–O – O–).Затем пероксиды (–O – O–) разлагаются с образованием гидроксильных радикалов ( · OH) и эфирных кислородных радикалов (–C – H · ). Гидроксильные радикалы ( · OH) реагируют с алифатическими углеводородами и кислородсодержащими функциональными группами в угле, образуя свободные радикалы и кислородсодержащие свободные радикалы. Эфирные кислородные радикалы (–C – H · ) реагируют с образованием карбонильных (–C = O) и углеводородоподобных газов и углеродных радикалов (C · ). Эти новые углеродные радикалы (C · ) продолжают претерпевать вышеупомянутые реакции и образуют цикл цепной реакции.Во время этих процессов реакции непрерывно выделяют тепло, а накопление тепла приводит к повышению температуры; затем скорость реакции постепенно увеличивается 37 . На стадии химической абсорбции кислорода углем пиролиз угля и абсорбция кислорода существуют одновременно. Боковые алкильные цепи, кислородсодержащие функциональные группы и низкомолекулярные группы в угле отрываются от основной структуры угля, и продукты выделяются в виде летучих газообразных веществ. В то же время некоторые циклические макромолекулярные структуры в угле начинают разрушаться.Скорость роста групп, поглощающих кислород, увеличивается, а количество поглощенного кислорода увеличивается. На этой стадии скорость увеличения веса, вызванная абсорбцией кислорода углем, выше, чем скорость пиролиза угля, и общий вес угля увеличивается. На стадии пиролиза скорость разложения макромолекул с кольцевой структурой в угле увеличивается. Количество активных структур на поверхности угля быстро увеличивается, а скорость окисления и разложения угля ускоряется.Затем выделяется большое количество CO, CO 2 и тепла. На стадии горения температура достигает температуры воспламенения угля. Ароматические кольцевые структуры в угле начинают пиролиз, и связанный углерод в угле начинает гореть. При пиролизе угля образуются смолы, летучие вещества бурно горят, и образуются большие количества CO и CO 2 . В это время скорость потери веса и скорость тепловыделения достигают своих пиковых значений 35,36,38 .

    Сжигание полиуретана можно разделить на пять стадий, а именно стадию испарения, стадию пиролиза, стадию предварительного обугливания, стадию обугливания и стадию горения.На стадии испарения мелкие молекулы, такие как вода и органические растворители, абсорбированные полиуретаном, улетучиваются. Во время стадии пиролиза связи C – O групп сложного метилового эфира аминокислот в основных цепях полиуретана разрываются и разлагаются на дицианат и многоатомный спирт. При повышении температуры эти соединения разлагаются с образованием аминов, олефинов и CO 2 . На стадии предварительного обугливания основными реакциями являются пиролиз изоцианата, полиола и диинида, в результате которого высвобождается аммиак, CO 2 и CO и образуются ароматические сложные эфиры, которые трудно разложить 27,39,40,41 .Во время стадии обугливания остаточные многоатомные спирты, ароматические сложные эфиры, цианаты и высокомолекулярные органические соединения полностью пиролизуются и образуют HCN, CO, CO 2 и карбиды. Во время стадии горения связанный углерод начинает гореть и выделять большое количество CO и CO 2 28,42,43 .

    Самовозгорание бинарной системы уголь-полиуретан можно разделить на пять стадий. Массовая доля полиуретана имеет большое влияние на раннюю стадию самовозгорания.Процессы самовозгорания шихтовых образцов с массовой долей полиуретана более 6,25% можно разделить на те же стадии, что и у угля. Когда массовая доля полиуретана превышает 6,25%, процесс самовозгорания можно разделить на пять стадий: стадия испарения, стадия абсорбции-испарения кислорода, стадия абсорбции-пиролиза кислорода, стадия пиролиза и стадия горения. Стадия испарения полиуретана составляет от 70,18 до 258,50 ° C, а стадии физического и химического поглощения кислорода углем — от 154.От 20 до 326,20 ° C. Температурные диапазоны поглощения кислорода углем и испарения полиуретана перекрываются. Когда массовая доля полиуретана достаточно высока, процесс горения смешанных образцов проявляется как стадия поглощения-испарения кислорода. При массовой доле полиуретана 3,85% 3,85% температурный диапазон стадии физического поглощения кислорода является самым длинным, 104,2–240,2 ° C. Это связано с тем, что при низкой массовой доле полиуретана испарение полиуретана и физическое поглощение кислорода углем взаимно подавляют друг друга.В результате этот этап происходит в более широком диапазоне температур. По мере увеличения массовой доли полиуретана стадия физического поглощения кислорода укорачивается и заменяется стадией испарения и поглощения кислорода. Это связано с тем, что с увеличением массовой доли полиуретана испарение полиуретана усиливается, что соответствует стадии испарения и поглощения кислорода. Температурный интервал пиролиза полиуретана составляет от 258,5 до 284,18 ° C, и температурные диапазоны поглощения кислорода углем и пиролиза полиуретана также перекрываются.При увеличении массовой доли полиуретана возникает стадия абсорбции-пиролиза кислорода. На этом этапе уголь подвергается химическому поглощению кислорода, а полиуретан подвергается пиролизу. {\ alpha} {k \ cdot f \ left (\ alpha \ right)} \ cdot dt $$

    (1)

    $$ \ alpha = \ frac {{W_ {0} — W_ {t}}} {{W_ {0} — W _ {\ infty}}} $$

    (2)

    где \ (g \ left (\ alpha \ right) \) — интегральная функция механизма реакции, \ (\ alpha \) — доля потерь,%, \ (t \) — время, с, \ (k \) — константа, зависящая от температуры, \ (f (\ alpha) \) — дифференциальная функция механизма реакции, а \ (W_ {0} \), \ (W_ {t} \) и \ (W _ {\ infty } \) — начальный вес, вес в момент времени \ (t \) и вес в конце сгорания, соответственно.

    Согласно уравнению Аррениуса:

    $$ k = A \ times \ exp \ left ({{-} \ frac {E} {RT}} \ right) $$

    (3)

    где \ (A \), \ (E \), \ (T \) и \ (R \) — предэкспоненциальный множитель, кажущаяся активная энергия, кДж / моль, температура, K и универсальная газовая постоянная. , соответственно. Используя метод Коатса – Редферна для аппроксимации результатов интегрирования, можно получить следующее преобразование:

    $$ \ ln \ left ({\ frac {g \ left (\ alpha \ right)} {{T ^ {2}) }}} \ right) = \ ln \ left ({\ frac {AR} {{\ beta E}}} \ right) — \ frac {E} {RT} $$

    (4)

    В приведенной выше формуле \ (\ beta \) — скорость нагрева, К / мин.{2} \ cdot \ frac {{\ left ({\ frac {d \ alpha} {{dt}}} \ right)}} {{\ left ({\ frac {d \ alpha} {{dt}}}) \ right) _ {0.5}}} = \ frac {f \ left (\ alpha \ right) \ cdot g \ left (\ alpha \ right)} {{f \ left ({0.5} \ right) \ cdot g \ left ({0.5} \ right)}} $$

    (5)

    Экспериментальные данные \ (\ alpha_ {i} \), \ (T_ {i} \), \ (\ left ({\ frac {d \ alpha} {{dt}}} \ right) _ {i} \) \ (\ left ({i = 1,2, \ cdots, j} \ right) \), \ (\ alpha_ {0.5} \), \ (T_ {0.5} \) и \ (\ left ({ \ frac {d \ alpha} {{dt}}} \ right) _ {0.5} \) можно вставить в функцию (5). Кривая \ (y \ left (\ alpha \ right) — \ alpha \) может рассматриваться как экспериментальная кривая. Если экспериментальная кривая перекрывается со стандартной кривой, функция, соответствующая стандартной кривой, определяется как наиболее вероятная функция динамического механизма.

    В данной работе наиболее вероятные механизмы функционирования на разных стадиях процесса самовозгорания смешанных образцов оцениваются по методу Малека. Стадии самовозгорания образцов и соответствующий им номер модели реакции, кривая термодинамического уравнения, энергия активации и предэкспоненциальный множитель показаны в таблице 5.

    Таблица 5 Энергия активации, предэкспоненциальный множитель и аппроксимирующее кинетическое уравнение для каждой стадии смешанных образцов.

    Уголь, полиуретан и смешанные образцы имеют разные кинетические функции на разных стадиях самовозгорания. Преобладающие химические реакции на каждой стадии процесса самовозгорания разных образцов различны. На стадии испарения влага и органические растворители в образцах нагреваются и улетучиваются. Химических реакций практически нет.В угле присутствует только влага, а энергия активации стадии испарения угля самая низкая — 27,66 кДж / моль. Полиуретан содержит влагу и органические растворители, а энергия активации стадии испарения полиуретана самая большая — 55,67 кДж / моль. Энергия активации стадии испарения смешанных образцов увеличивается с увеличением массовой доли полиуретана. На стадиях физического поглощения кислорода и испарения – поглощения кислорода кривые ТГ мало меняются и сильно флуктуируют.Следовательно, невозможно точно рассчитать энергию активации. На энергии активации стадии химической абсорбции кислорода и стадии абсорбции-пиролиза кислорода существенно влияет массовая доля полиуретана. Когда массовая доля полиуретана составляет менее 6,25%, стадия химической абсорбции кислорода соответствует увеличению веса, и энергия активации этих смешанных образцов выше, чем у угля. Когда массовая доля полиуретана мала, поглощение кислорода углем преобладает и конкурирует с пиролизом полиуретана.Эти две реакции тормозят друг друга, что приводит к увеличению энергии активации. Когда массовая доля полиуретана превышает 6,25%, процессы в смешанных образцах проявляются в виде потери веса, а энергия активации этих процессов ниже, чем у угля. Когда массовая доля полиуретана высока, преобладает пиролиз полиуретана с выделением тепла и свободных радикалов. Эта реакция заменяет химическое поглощение кислорода с образованием тепла и свободных радикалов. В результате энергия активации этих процессов снижается.Закон изменения энергии активации стадии пиролиза такой же, как и у стадии абсорбции-пиролиза кислорода. Когда массовая доля полиуретана ниже 6,25%, энергия активации выше, чем у угля. Когда массовая доля полиуретана превышает 6,25%, энергия активации ниже, чем у угля. Горение — это процесс химической реакции, управляемый энергией и свободными радикалами. Когда массовая доля полиуретана мала, небольшое количество полиуретана пиролизируется и окисляется с выделением небольшого количества тепла и свободных радикалов, что тормозит пиролиз угля, и энергия активации этих процессов увеличивается.Когда массовая доля полиуретана превышает 6,25%, пиролиз и окисление полиуретана выделяют большое количество тепла и радикалов, которые способствуют пиролизу угля, и энергия активации этих процессов уменьшается. Энергии активации стадий горения смесевых образцов и угля примерно одинаковы. Поскольку оба продукта пиролиза полиуретана и угля представляют собой связанный углерод, на этих стадиях существует мало различий между реакциями угля, полиуретана и смешанных образцов, а энергии активации разных образцов почти равны.

    Морфологические изменения в образцах после самовозгорания

    Морфологическая структура и коксование смешанных образцов до и после экспериментов по самовозгоранию значительно изменились, как показано на рис. 3. Сканирующая электронная микроскопия (SEM) использовалась для наблюдения структур поверхности смешанных образцов. Структуры поверхности смешанных образцов показаны на Рис. 4.

    Рис. 3

    Различные образцы после самовозгорания.

    Рисунок 4

    Морфология поверхности различных образцов после самовозгорания.

    При самовозгорании блеск поверхности угля исчезает, частицы пробы рыхлые и не коксовываются. После самовозгорания морфология смешанных образцов изменяется в зависимости от массовой доли полиуретана. В смешанных образцах появляются рыхлые пористые частицы, являющиеся остатками плавления и горения полиуретана. По мере увеличения массовой доли полиуретана количество пористых частиц увеличивается, и остатки закоксовываются. Рыхлые пористые частицы в остатках после самовозгорания представляют собой углеродный каркас полиуретана после процесса обугливания.Полиуретан — это некристаллический полимер со сложным составом и без фиксированной температуры плавления. При горении его процессы пиролиза, плавления, обугливания и горения накладываются друг на друга.

    Микроскопическая морфология поверхности частиц угля после самовозгорания показана на рис. 4а. Поверхности угольных частиц плоские и гладкие, на поверхности есть несколько трещин и почти нет мелких частиц. Микроскопическая морфология поверхности образца с массовой долей полиуретана 3.85% (образец ПУ-Ц-1) после самовозгорания показано на рис. 4б. Поверхность шероховатая, с множеством регулярных расширенных структурных элементов, которые являются следами плавления и горения полиуретана. Микроскопическая морфология поверхности образца с массовой долей полиуретана 6,25% (образец ПУ-С-3) показана на рис. 4в. Структура поверхности намного грубее, чем у угля, и есть много неровных углублений и выступов. Пиролиз и горение частиц полиуретана выделяют большое количество тепла, что ускоряет пиролиз и горение поверхности частиц угля, контактирующих с ними.Затем на поверхности частиц образуются углубления. Выступы на поверхности частиц вызваны остатками сгорания полиуретана, оставшимися на них после охлаждения. Микроскопическая морфология поверхности образца с массовой долей полиуретана 16,67% (образец PU-C-5) представлена ​​на рис. 4d. Многие остатки сгорания прилипают к поверхности угля, делая поверхность угля более шероховатой, а на поверхности появляется больше трещин и мелких частиц. Следовательно, смешивание с полиуретаном изменяет морфологию поверхности угля после самовозгорания.Это делает поверхность угольных частиц более шероховатой, увеличивает их удельную поверхность и способствует их сгоранию.

    Законы выделения газа при самовозгорании

    Кривые выделения горючего газа для угля, полиуретана и смешанных образцов, полученные в ходе экспериментов по моделированию самовозгорания, показаны на рис. 5.

    Рис. 5

    Кривые выделения горючего газа при самовозгорании смешанных образцов.

    Законы выделения оксидов углерода

    1. 1.

      Закон о выпуске CO 2 . При самовозгорании угля начальная концентрация CO 2 составляет 865,47 частей на миллион. От 20 до 320 ° C концентрация CO 2 медленно растет. При 360 ° C концентрация CO 2 начинает быстро увеличиваться и достигает максимума 18 594,00 ppm при 500 ° C. До 360 ° C основной реакцией угля является поглощение кислорода, а его пиролиз относительно слабый, что приводит к более низкому выходу CO 2 .Когда температура достигает 360 ° C, пиролиз угля ускоряется, и большее количество карбонильных и гидроксильных групп в угле разрушается с образованием CO 2 .

      При сгорании полиуретана начальная концентрация CO 2 составляет 3167,29 частей на миллион, что выше, чем у угля. Начиная с 20 ° C, концентрация CO 2 быстро увеличивается и достигает 21 830 частей на миллион при 140 ° C. От 140 до 280 ° C концентрация CO 2 остается стабильной.От 280 до 400 ° C концентрация CO 2 снова быстро возрастает и достигает максимума 48 611,64 частей на миллион при 400 ° C. От 400 до 500 ° C концентрация CO 2 падает до 37 491,30 ppm. В процессе синтеза полиуретана изоцианат и многоатомный спирт реагируют с образованием CO 2, , который накапливается в порах полиуретана. После начала самовозгорания влажность, органический растворитель и остаточный CO 2 в полиуретановой десорбции, и концентрация CO 2 увеличивается.При температуре от 140 до 280 ° C основной реакцией является деполимеризация полиуретана, при этом почти не образуется CO 2 . При 280 ° C начинается стадия предварительного обугливания полиуретана, и концентрация CO 2 быстро возрастает. Когда температура достигает 400 ° C, основной реакцией является сжигание остаточного связанного углерода от пиролиза полиуретана. Из-за недостаточной подачи кислорода происходит неполное сгорание, и концентрация CO 2 падает.

      Во время самовозгорания смешанных образцов на концентрацию CO 2 существенно влияет массовая доля полиуретана.Когда температура выше 120 ° C, концентрация CO 2 при данной температуре смешанных образцов увеличивается с массовой долей полиуретана. Законы изменения концентрации CO 2 смешанных образцов с массовой долей полиуретана выше 6,25% аналогичны законам полиуретана; концентрация CO 2 значительно увеличивается после 200 ° C и остается стабильной от 200 до 280 ° C. От 280 до 460 ° C концентрация CO 2 быстро увеличивается.После 460 ° C концентрация CO 2 падает или остается стабильной. Когда массовая доля полиуретана составляет менее 6,25%, закон изменения концентрации CO2 аналогичен закону изменения концентрации угля. Когда уголь смешивают с полиуретаном, концентрация CO 2 повышается во время самовозгорания по сравнению с концентрацией угля. Это связано с тем, что пиролиз полиуретана производит большое количество свободных радикалов и CO 2 , а энергия активации каждой стадии горения полиуретана ниже, чем у угля.Пиролиз полиуретана в смешанных образцах дает свободные радикалы для пиролиза и сжигания угля. С увеличением массовой доли полиуретана горение смешанных образцов ускоряется, и концентрация CO 2 возрастает.

    2. 2.

      Законы выделения CO. При самовозгорании угля концентрация CO увеличивается с повышением температуры.При 200 ° C концентрация CO превышает 24 ppm. От 320 до 500 ° C концентрация CO быстро возрастает и достигает максимального значения 3848,60 ppm. Когда температура ниже 320 ° C, основная реакция — поглощение кислорода углем, а пиролиз угля слабый. После 320 ° C пиролиз угля усиливается. На этом этапе происходят две основные реакции. Одна реакция — это отщепление карбоксильных групп и карбонильных групп, а другая — реакция CO 2 с углем с образованием CO.Концентрация CO быстро увеличивается.

      При горении полиуретана концентрация CO увеличивается с повышением температуры. При 180 ° C концентрация CO превышает 24 ppm. От 280 до 500 ° C концентрация CO быстро увеличивается и достигает максимального значения 8356,60 ppm. Стадия предварительного обугливания полиуретана начинается при 320 ° C. На этой стадии изоцианат, амиды и кислородсодержащие функциональные группы разрушаются с образованием CO. В то же время летучие вещества, образующиеся при пиролизе полиуретана, сгорают и выделяют CO.С повышением температуры скорость образования CO увеличивается.

      При самовозгорании смешанных образцов массовая доля полиуретана оказывает значительное влияние на концентрацию CO. По мере увеличения массовой доли полиуретана температура, при которой концентрация CO резко начинает быстро увеличиваться, становится ниже, а концентрация CO при данной температуре выше. Температура, при которой в образце ПУ-С-5 происходит резкое изменение концентрации СО, составляет 160 ° С.Концентрация СО при самовозгорании смесевых образцов с массовой долей полиуретана менее 6,25% выше, чем у угля, и ниже, чем у полиуретана. Когда массовая доля полиуретана превышает 6,25%, концентрация CO в смешанных образцах выше, чем у угля и полиуретана, а максимальная концентрация CO в образце PU-C-5 составляет 12 767,66 ppm. При самовозгорании смешанных образцов наблюдаются синергетические эффекты. Процессы пиролиза и горения полиуретана выделяют уголь теплом и свободными радикалами, что ускоряет пиролиз и горение угля.Пиролиз и окисление полиуретана потребляют больше кислорода, чем соответствующие реакции угля. Неполное сгорание бинарной системы уголь-полиуретан ускоряет образование CO. Кроме того, полиуретан в смешанных образцах плавится при повышении температуры, а при сгорании смешанных образцов частицы угля и полиуретана превращаются в комки. Трещины в смешанных образцах пропускают поток воздуха, который способствует горению поверхности блоков образцов. Сгорание внутри блоков образцов неполное, и концентрация CO увеличивается.Следовательно, самовозгорание бинарной системы уголь-полиуретан способствует образованию CO.

      Кривые отношения CO / CO 2 при самовозгорании смешанных образцов показаны на рис. 5е. Кривые отношения CO / CO 2 для угля и смешанных образцов практически одинаковы, а кривая отношения CO / CO 2 для полиуретана ниже, чем для других образцов. Производство CO 2 при самовозгорании полиуретана намного выше, чем при самовозгорании других образцов.Основным реагентом в пробах угля и смешанных пробах является уголь. Следовательно, отношения CO / CO 2 угля и смешанных образцов одинаковы при одинаковой температуре. От 20 до 350 ° C отношение CO / CO 2 увеличивается с повышением температуры. От 350 до 420 ° C отношение CO / CO 2 немного уменьшается. От 420 до 500 ° C соотношение снова увеличивается. Эта тенденция возникает из-за того, что от 350 до 420 ° C пиролиз и бурное окисление угля высвобождают большое количество CO 2, и соотношение CO / CO 2 уменьшается.По мере протекания пиролиза и окисления образцы начинают гореть, и подача кислорода недостаточна. Затем образование CO увеличивается, образование CO 2 уменьшается, а отношение CO / CO 2 падает. Отношения CO / CO 2 угля и смешанных образцов не зависят от массовой доли полиуретана. Отношение CO / CO 2 имеет хорошую корреляцию с температурой самовозгорания, что означает, что этот параметр может описывать ситуацию самовозгорания более точно, чем существующий метод индексного газа.

    Законы выделения углеводородных газов

    1. 1.

      Законодательство о выпуске CH 4 . При самовозгорании угля концентрация CH 4 сначала увеличивается, а затем уменьшается. От 20 до 400 ° C концентрация CH 4 повышается с повышением температуры и достигает максимального значения 7928.51 частей на миллион при 400 ° C. Затем от 400 до 500 ° C концентрация CH 4 быстро падает. Уголь, используемый в экспериментах, представляет собой битуминозный уголь, который имеет высокую степень углефикации, и определенное количество CH 4 присутствует в порах угля. В процессе самовозгорания при повышении температуры CH 4 десорбируется из угля. При 400 ° C десорбция CH 4 заканчивается, CH 4 начинает окисляться, а концентрация CH 4 снижается.

      При сгорании полиуретана концентрация CH 4 увеличивается с повышением температуры. При 500 ° C концентрация CH 4 достигает 1395,18 частей на миллион. В порах полиуретана отсутствует CH 4 . При повышении температуры полиуретан начинает пиролиз, и метильные группы на макромолекулярных ответвлениях в полиуретане разрываются с образованием CH 4 . Затем концентрация CH 4 увеличивается.

      При самовозгорании смешанных образцов концентрация CH 4 при данной температуре уменьшается с увеличением массовой доли полиуретана.Законы изменения концентрации CH 4 смешанных образцов с массовой долей полиуретана менее 9,09% аналогичны законам изменения концентрации угля. При 400 ° C концентрация CH 4 достигает максимума, а затем начинает уменьшаться. Чем выше массовая доля полиуретана, тем ниже максимальная концентрация CH 4 . Тенденция изменения концентрации CH 4 смешанных образцов с массовой долей полиуретана 16,67% близка к таковой для полиуретана.В процессе самовозгорания пробы угля остаются рыхлыми. При повышении температуры полиуретан в смешанных образцах плавится и обугливается углем, и частицы угля закоксовываются в комки. Трещины между частицами блокируются, что препятствует десорбции CH 4 . Следовательно, бинарная система уголь-полиуретан подавляет образование и десорбцию CH 4 .

    2. 2.

      Законодательство о выпуске C 2 H 6 . При самовозгорании угля C 2 H 6 начинает выделяться при 260 ° C, а концентрация C 2 H 6 повышается с повышением температуры. При 500 ° C концентрация C 2 H 6 достигает максимума 51,06 частей на миллион.

      При сгорании полиуретана C 2 H 6 начинает выделяться при 340 ° C.При повышении температуры концентрация C 2 H 6 быстро возрастает. При 500 ° C он достигает максимума 623,65 частей на миллион.

      Во время самовозгорания смешанных образцов C 2 H 6 начинает выделяться при 260 ° C. Концентрация C 2 H 6 различных смешанных образцов при данной температуре повышается с увеличением массовой доли полиуретана. Этильные группы в макромолекулярной структуре угля и полиуретана разрываются с образованием этана.Некоторые мелкомолекулярные структуры в угле постепенно разлагаются до этана после 200 ° C. Полиуретан сначала подвергается пиролизу до изоцианата и многоатомного спирта, а затем после 300 ° C расщепляется на мелкомолекулярные вещества. Эти небольшие молекулы пиролизируются с образованием C 2 H 6 . Во время горения полиуретана температура, при которой начинает выделяться C 2 H 6 , выше, и образуется больше C 2 H 6 . От 300 до 500 ° C энергия активации самовозгорания смешанных образцов уменьшается с увеличением массовой доли полиуретана, и пиролиз образцов облегчается.Следовательно, v способствует образованию C 2 H 6 .

    3. 3.

      Законодательство о выпуске C 2 H 4 . При самовозгорании угля концентрация C 2 H 4 повышается с повышением температуры. При 500 ° C концентрация C 2 H 4 достигает максимума 22.36 промилле.

      При горении полиуретана C 2 H 4 начинает выделяться при 200 ° C. Концентрация C 2 H 4 повышается с повышением температуры и достигает максимума 255,54 ppm при 500 ° C.

      Во время самовозгорания смешанных образцов температура, при которой сначала выделяется C 2 H 4 , падает по мере увеличения массовой доли полиуретана.Концентрация C 2 H 4 при данной температуре повышается с увеличением массовой доли полиуретана. При 300 ° C ненасыщенные макромолекулярные связи в угле разлагаются с образованием этилена. Полиуретан содержит больше ненасыщенных связей, а температура пиролиза полиуретана ниже, чем у угля. От 300 до 500 ° C энергия активации самовозгорания смешанных образцов падает с увеличением массовой доли полиуретана, и образцы легче пиролизуются и сжигаются.Следовательно, бинарная система уголь-полиуретан способствует образованию C 2 H 4 .

      Таким образом, во время самовозгорания бинарной системы уголь-полиуретан начальные температуры выброса CO 2 , CO, C 2 H 6 и C 2 H 4 уменьшаются по мере уменьшения массовой доли полиуретан увеличивается. Концентрация этих газов при данной температуре увеличивается с увеличением массовой доли полиуретана, а концентрация CH 4 падает с увеличением массовой доли полиуретана.Полиуретан способствует образованию дымовых газов при самовозгорании угля, снижает температуру выделения дымовых газов и увеличивает их концентрацию. Следовательно, когда самовозгорание происходит в содержащих полиуретан угольных пластах или пустошах, будут некоторые ошибки в оценке температуры и ситуации самовозгорания на основе индексных газов CO 2 , CO, C 2 H 6 и C 2 H 4 . Отношения CO / CO 2 во время самовозгорания образцов угля и смешанных образцов имеют одинаковые тенденции изменения в зависимости от температуры.Использование отношения CO / CO 2 в качестве оценочного индекса может эффективно уменьшить ошибку.

    Причина отказа пены № 2: недопустимая опасность возгорания

    Неприемлемая опасность пожара

    Неужели слишком много просить, чтобы наша теплоизоляция не была ускорителем огня? В конце концов, теплоизоляция может (и должна) постоянно и полностью охватывать здания, которые мы занимаем.Пена питает огонь. Пена не получается. (См. 13 причин отказа пены здесь.)

    Чтобы понять, что значит быть ускорителем, посмотрите видео ниже, подготовленное Ассоциацией производителей целлюлозной изоляции, в котором сравниваются характеристики горения целлюлозы, стекловолокна и пены (длинная версия видео находится здесь). Изоляция из аэрозольной пены производит пробой за 44 секунды — сверхзвуковая струя при ускорении огня за счет теплоизоляции.

    Как описано в техническом меморандуме OSHA 1989 года:

    «Жесткие полиуретановые и полиизоциануратные пены при воспламенении быстро воспламеняются и выделяют сильное тепло, густой дым и газы, которые являются раздражающими, легковоспламеняющимися и / или токсичными.Как и в случае с другими органическими [нефтехимическими материалами на основе углерода], наиболее важным газом обычно является окись углерода. Продукты термического разложения пенополиуретана состоят в основном из оксида углерода, бензола, толуола, оксидов азота, цианистого водорода, ацетальдегида, ацетона, пропена, диоксида углерода, алкенов и водяного пара ».

    «Одна из основных мер предосторожности, которые необходимо соблюдать при работе с органическими [нефтехимическими] пенами на основе углерода, — это запретить источники возгорания, такие как открытое пламя, резаки и сварочные горелки, высокоинтенсивные источники тепла и курение.”

    Поэтому пена может быть особенно опасной во время строительства или ремонта, поскольку она часто подвергается воздействию.

    Шанхай, 2010 г.

    В 2010 году возгорание пены, вызванное сваркой в ​​Шанхае, Китай, привело к ужасающей трагедии, унесшей жизни не менее 53 человек и более 70 раненых.

    Газета South China Morning Post сообщила:

    «В рамках пилотной схемы энергосбережения местное правительство модернизировало его внешними изоляционными панелями.Но горючая полиуретановая пена была определена как главный фактор, способствовавший размаху катастрофы ».

    Пена может содержать химические антипирены, но на самом деле они не предотвращают горение пены — см. Этот новый отчет, Антипирены в строительной изоляции: аргументы в пользу переоценки строительных норм, здесь. Однако замедлители отравляют окружающую среду (см. №1 «Опасные токсичные ингредиенты»).

    В ноябре 2012 года небоскреб в Дубае — как писал Ллойд Альтер в блоге Treehugger здесь — фактически сжег дотла своего фасада, чему способствовали сэндвич-панели из пенопласта / металла.

    И, конечно же, мы должны упомянуть ужасающую трагедию пожара на Гренфелл-Тауэр в Лондоне в июне 2017 года, в результате которого 72 человека погибли и 70 получили ранения. В то время как башня представляла собой ужас бесхозяйственности и нарушений, облицовка на основе пенопласта была определена как значительный виновник трагедии.

    Учитывая все это, важно напоминать себе, что есть выбор. Какие еще возможные изоляционные материалы мы можем использовать?

      • Минеральная вата? Негорючие.Посмотреть здесь.
      • Ячеистое стекло? Негорючие. Посмотреть здесь.
      • Древесное волокно? Огнезащитный. Посмотреть здесь.
      • Целлюлоза? Огнезадерживающие * См. Здесь. Смотрите видео ниже. (Не пытайтесь делать это дома.)

    Все это помогает предотвратить распространение огня.

    Пена не только разжигает огонь, но и при неправильном нанесении аэрозольной пены может фактически вызвать пожар. Как сообщил Мартин Холладей в 2011 году на GreenBuildingAdvisor, результаты могут быть разрушительными:

    «Подразделение пожарной безопасности Массачусетса (DFS) расследует причины трех пожаров в домах, которые произошли во время установки подрядчиками по теплоизоляции распыляемой полиуретановой пены.

    По словам Тима Родрике, директора DFS, следователи подозревают, что пожары были вызваны экзотермической реакцией, которая возникла в результате смешивания двух химических веществ, используемых для производства пены для распыления ».

    Кейп-Код, 2011. Фото: Дэйв Карран.

    Пена не помогает при тушении пожаров. Пенная изоляция делает пожаротушение более опасным и трудным.

    У нас есть выбор.

    По всем причинам, по которым пена не работает, см. Наш пост «Пена не работает».

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    PUR-50-P PUR-50-H PIR-50-P
    Ср.Скорость (мм / с) Сред. Скорость (мм / с) Сред. Скорость (мм / с)
    Метод 1 0,40 0,44 0,16
    Метод 2 0,35 0,34 0,18