Исследование обгоревших остатков полимерных материалов

 

Некоторые особенности поведения полимерных

Материалов при пожаре

Полимерами принято называть вещества, состоящие из макромолекул, которые содержат повторяющиеся химические единицы. Такие химические единицы соединены в основном в линейные цепи или цепи с разветвлениями, образующие трехмерную сетчатую структуру [56]. Полимеры (полимерные материалы) существуют в природе примером природных полимеров может быть целлюлоза. В данном разделе речь пойдет в основном о синтетических полимерах и, соответственно, синтетических полимерных материалах.

Поведение полимерного материала на пожаре зависит от элементного и функционального состава полимера, его структуры, а также вида полимерного изделия. Рассмотрим некоторые свойства и особенности структуры полимеров, имеющие непосредственное отношение к их поведению на пожаре.

Превращения полимерного материала в условиях пожара происходят, как правило, по следующей схеме:

 

плавление термическое

разложение воспламе-

с выделением нение

нагрев летучих в-в летучих горение

и коксового веществ

остатка

 

Через стадию плавления, предшествующую термическому разложению полимера, проходят при нагревании так называемые термопластичные полимеры. По химической структуре это преимущественно вещества, макромолекулы которых имеют линейное строение, с отсутствием или минимальным количеством поперечных связей (сшивок) [56].

Кроме термопластов, по этой схеме происходят превращения при пожаре тяжелых углеводородов (например, парафинов).

Материалы второй большой группы - термореактивные полимеры - имеют разветвленную (сетчатую) структуру с поперечными сшивками; они не способны плавиться при нагревании и разлагаются, минуя эту стадию, с образованием летучих веществ и угольного (коксового) остатка. Аналогичным образом ведут себя природные полимеры (компоненты древесины) - целлюлоза и лигнин. В литературе, правда, отмечается, что неспособность целлюлозы плавиться при нагревании объясняется не наличием в ней поперечных сшивок, а сильным межмолекулярным взаимодействием линейчатых цепей за счет водородных связей и полярных групп [56].

Поведением, не укладывающимся в приведенную выше схему, отличаются полиуретаны. Они разлагаются с образованием жидких продуктов, которые продолжают деструктировать с образованием летучих веществ [2].

Плавление термопластичных полимеров. Температура плавления (или температурный диапазон плавления) термопластичных полимеров зависит от структуры, функционального состава полимера, его молекулярной массы. Для основных типов полимеров данные по температуре плавления приведены в таблице 1.4.

Способность термопластичных полимерных материалов при достижении относительно низких температур плавиться и течь может оказать заметное влияние на ход развития пожара на начальной и последующих стадиях. Это обстоятельство обязательно нужно учитывать при исследовании пожара.

Расплавляющийся, текущий (капающий) полимер может создавать дополнительные очаги горения. Такой процесс наблюдается, например, при возникновении аварийного режима в люминесцентном светильнике с рассеивающим экраном из оргстекла (полиметил­ме­такрилата - ПММА). Множественные мелкие очаги горения в местах падения горящих капель ПММА на ковровое покрытие пола могут способствовать быстрому дальнейшему развитию горения. Расплавление изоляции проводов, находящихся под током, может способствовать возникновению дуги короткого замыкания, распространяющейся, по мере плавления изоляции, вдоль провода и также способствующей образованию новых зон горения.

При загорании телевизора, например, в результате аварийного режима в блоке строчной развертки, капающий и горящий полистирол задней крышки корпуса может способствовать возникновению горения стола или тумбочки под телевизором, напольного покрытия. Именно такой вариант событий имел место, по мнению экспертов, на начальной стадии развития пожара в гостинице “Ленинград” (Санкт-Петербург, 23 февраля 1991 года). Аналогичные процессы могут возникать и при аварийной работе других электроприборов; ведь ударопрочный полистирол - основной вид пластмассы, используемой для изготовления их корпусов и деталей.

Необходимо обратить внимание эксперта и на то обстоятельство, что текущий и горящий полимер может создавать зоны локальных разрушений конструкций и предметов интерьера, которые могут быть истолкованы как очаговые зоны. Возникновение этих зон возможно не только на конструкциях из сгораемых материалов, но и на бетонных, металлических объектах. Этому способствует вязкость и высокая адгезионная способность расплавленного полимера, прилипающего, как напалм, к конструкции и горящего на его поверхности, в пазах и щелях.

Таблица 1.4

Температуры плавления некоторых полимеров, ⁰С [56]

 

Полиолефины		Полиоксиды
полиэтилен	368-414	полиоксиметилен	333-471
полипропилен	438-462	полиоксиэтилен	335-345
полиизобутилен		полиацетальдегид
Полистиролы		полиоксипропилен	333-348
полистирол	498-523	Полисульфиды
поли-2-метилстирол		полифениленсульфид	527-563
поли-4-метоксистирол		полипропиленсульфид	313-326
поли-3-фенил-1-изопен	503-513	Полиэфиры
Полигалогенолефины		полиэтиленадипинат	320-338
поливинилфторид		полиэтиленсебацинат
поливинилхлорид		полиэтилентерефталат	538-557
поливинилиденхлорид	463-483	политетраметилентерефталат
политетрафторэтилен	303-600	Полиамиды
полихлортрифторэтилен	483-495	поли-6-аминогексановая
Поливинилы		кислота (найлон-6)	487-506
поливинилциклопентан		поли-8-аминооктановая
поливинилциклогексан	575-656	кислота (найлон-8)	458-482
поливиниловый спирт	531-538	поли-12-аминододекановая
поливинилизобутиловый		кислота (найлон-12)
эфир		полигексаметиленсебац-
поливинилметилкетон		амид (найлон-6,10)	523-545
Полиакрилаты		Поликарбонаты
полипропилакрилат	388-435	поли-1, 1-бутан-бис-
Полиметакрилаты		(4-фенил) карбонат
полиметилметакрилат		поли-1, 1-(1-фенилэтан)-
(оргстекло)	433-473	-бис (4-фенил) карбонат
Другие полиакрилы		поли-2, 2-пропан-бис [4-
полиакрилонитрил		(2,6-дихлорфенил)] карбонат
полиметакрилонитрил		Другие полимеры
поли-N-изопропил-		поли-n-ксилилен	648-713
акриламид		политетра-фтор-n-ксилилен

 

Термореактивные полимерные материалы, не способные к плавлению в условиях пожара, могут причинять в процессе пожара неприятности другого рода. Некоторые из них (пенополиуретаны, фенопласты, латексные пенорезины) способны к тлеющему горению [2], что может обуславливать специфические особенности развития пожара, особенно на первой его стадии. Экспертные проблемы, возникаюшие в связи с тлеющим горением, рассмотрены в гл.3, ч.II этой книги.

Эластичный пенополиуретан, несмотря на то, что относится к термореактивным материалам, ввиду отмеченной выше способности образовывать при термическом разложении жидкую фазу, ведет себя на пожаре как термопластичный материал. Со всеми вытекающими из этого возможными последствиями, о которых шла речь выше.

Термическая деструкция полимеров. Термическая деструкция полимера начинается с отщепления наименее термостойких фрагментов макромолекулы и деструкции соответствующих структурных групп. Происходит это за счет разрыва связей С-N, С-Hal, С-О. У отдельных полимеров (см. табл. 1.5) термическая деструкция включает и процесс деполимеризации.

Термостойкость полимеров снижается при разветвлении цепи полимера, наличии в главной цепи макромолекул ненасыщенных связей, кислорода [56].

Температура начала процесса термической деструкции у ряда по­ли­меров довольно низка. Так например, термическое разложение поли­винилхлорида начинается с его дегидрохлорирования (отщеп­ле­ния хло­ристого водорода) при 240 ⁰С. У хлорированного полиэтилена эта реакция протекает при 135-168 ⁰С; у сульфохлорированного полиэтилена (хайпалона) разложение начинается с выделения сернистого ангидрида и хлористого водорода в интервале температур 125-150 ⁰С. [57]. Поливинилхлорид к 260 ⁰С теряет за счет разложения 50 % своей мас­сы (табл. 1.5). У полистирола, например, такая степень разложения достигается при нагреве до 364 ⁰С, у полиметилметакрилата (орг­стек­ла) - до 327 ⁰С.

 

Таблица 1.5

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: