Определение удельного электросопротивления обугленных остатков полимеров

Тенденции в изменении удельного электросопротивления обугленных остатков в зависимости от температуры и длительности процесса карбонизации у ряда полимеров такие же, как у древесины. Электросопротивление последовательно снижается с увеличением температуры и длительности теплового воздействия. Это обстоятельство дает возможность использовать чрезвычайно простой и экспрессный метод определения электросопротивления не только для исследования древесных углей, но и углей полимеров. Правда, относится это не ко всем полимерным материалам, а только к тем, которые образуют при сгорании карбонизованный остаток, т.е., прежде всего, к термореактивным полимерам, а также термопластичным полимерам, ко­торые при пиролизе “сши­ваются” с образованием обугленной массы. Метод может быть применен и для исследования твердых, жид­ких парафинов и т.д. (см. гл.3, ч.II).

На рис. 1.29 показаны за­висимости электросопротив­ления обугленных остатков изделий на основе поливинилхлорида от температуры изотермического нагрева.

Видно, что с повышением температуры пиролиза кок­сового остатка электросопротивление снижается в широких пределах - от 1×10⁹ до 1×10¹ Ом×см. Увеличение длительности нагрева с 30 до 60 минут дает возможность пройти процессу карбонизации при каждой конкретной температуре более полно, в результате чего кривая lgR=f(T) сдвигается в сторону меньших электросопротивлений (рис. 1.29). Однако влияние времени пиролиза на величину R значительно менее существенно, чем влияние температуры.

Полученные закономерности позволяют, используя величину логарифма удельного электросопротивления в качестве интегрального показателя, выявлять исследованием обугленных остатков такого рода полимерных материалов зоны их термических поражений на месте пожара.

При выявлении зон термических поражений могут исследоваться карбонизованные остатки полимерных отделочных стеновых панелей, ос­тат­ки изоляции проводов, проложенных по помещению, поливинилхлоридных плинтусов пола, полимерные покрытия полов.

Определение электросопротивления обугленных остатков проводят на аппаратуре, используемой для исследования древесных углей, при тех же режимах измерения. Аналогичным же образом готовят (су­шат, измельчают) пробы.

Рис.1.30. Зоны термических поражений пола каюты, пост­роенные по результатам измерения уд. электросопротивления карбонизованных остатков линолеума (цифрами в точках отбора проб показаны величины Р=lgR): - Р < 1,0;   - 2,0 < Р £ 3,0;     - P > 4,0;     - зоны, где слой линолеума отсутствовал (был раз­ рушен или выгорел)

В 1990 году автору пришлось участвовать в расследовании пожара на литовском боль­шом морозильном траулере “Витаутас Путна”. В практически полностью вы­горевшей каю­­те площадью 4,4´3,5 м исследование кар­бонизованных ос­татков ал­кидного линолеума на полу ока­залось единственным реаль­­­ным способом обнаружить зоны термических по­ражений. Результаты ис­­­сле­дования - вели­чины lgR, нанесенные на план каюты в соответствии с точками от­бора проб (рис. 1.30), поз­волили выявить зону наи­боль­ших термических поражений, по­казанную в верх­­ней части ри­сунка.

В совокупности с дру­гими данными по пожару по­лученная информация поз­во­лила рассматривать дан­ную зону как очаговую. А обнаруженный в этой зоне электрокипятильник (точ­нее его остатки -ТЭН) по ряду признаков был квалифицирован как источник зажигания, приведший к возникновению горения.

Если пренебречь влиянием длительности нагрева на величину электросопротивления, то можно использовать измерение величины R и для определения ориентировочной температуры теплового воздействия на полимер (или органический материал) в ходе пожара.

Для определения температуры обугливания необходимо отдельные пробы нативного (исходного, термически недеструктированного) по­лимерного материала подвергнуть нагреву при фиксированных тем­пературных режимах, например, при 400, 450, 500, 550 ⁰С и т.д. После этого у обугленных остатков, полученных при различных температурах, измеряется удельное электросопротивление и полученные таким об­разом данные используются для построения в координатах t-lgR калибровочной кривой. Подобные кривые изображены на рис. 1.29. В дальнейшем, после измерения электросопротивления проб, изъятых с места пожара, кривую используют для определения по ней ориентировочных температур обугливания исследуемых проб.

Решить, аналогично древесине, задачу раздельного определения T и t по результатам измерения электросопротивления коксовых остатков полимеров, сложно. Прежде всего из-за того, что толщина этих материалов, как правило, недостаточна для фиксации изменения глубины пиролизного слоя во времени. Возможно, для решения этой задачи могут быть применены и другие методические подходы, но пока они не разработаны.

Зависимости электросопротивления карбонизованных остатков полимерных материалов от температуры пиролиза, положенные в основу рассматриваемого метода и подобные тем, что показаны на рис. 1.29, воспроизводятся практически на всех материалах на основе поливинилхлорида (плитках, рулонных отделочных материалах типа пеноплена, ПВХ- изоляции проводов и др.), материалах на основе полистирола, фенолформальдегидных смол и некоторых других полимеров. А вот на материалах на основе пенополиуретанов, применяемых, в частности, при изготовлении мягкой мебели, получить четкие корреляционные зависимости электросопротивления твердого остатка от температуры пиролиза не удается (табл. 1.6). Данное обстоятельство, впрочем, вполне объяснимо. Пенополиуретан, как известно, ведет себя при нагревании очень специфично. Выше отмечалось, что он не относится ни к термопластам, ни к реактопластам, ибо его нагревание сопровождается разложением с образованием расплавленных продуктов, которые продолжают разлагаться далее до летучих веществ [2]. Твердый остаток при этом образуется в очень незначительных количествах, а по своей структуре и, соответственно, свойствам он далек от обычных углеродных коксовых остатков, последовательно меняющих электросопротивление с ужесточением режима пиролиза.

Таблица 1.6