Прогнозирование пожароопасности производства и эксплуатации пенополиуретанов по результатам исследования кинетики их термораспада

• Автор: Шиляев, Андрей Васильевич
• Шифр специальности: 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Киров
• Количество страниц: 129 с. : ил.

, ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Горение полимеров

1.1.1. Определение пожароопасности полимеров

1.1.2. Процесс горения полимеров

1.1.3. Горение жестких пенополиуретанов

* 1.1.4. Пожароопасность производства пенополиуретанов

1.2. Формальная кинетика термического разложения конденсированных

веществ

1.3. Термическое разложение полиуретанов

1.4. Антипирены для жестких полиуретанов

1.4.1. Галогенсодержащие антипирены
1.4.2. Фосфорсодержащие антипирены
1.5. Термическое разложение жестких пенополиуретанов
с антипиренами
1.6. Методы экспериментального исследования высокотемпературного
разложения полимеров
1.6.1. Методы и аппаратура
1.6.2. Методы обработки
1.7. Постановка задачи исследования
1.8. Объекты исследования
^ ГЛАВА 2. Определение темпов нагрева и температурных профилей,
реализующихся при горении жесткого пенополиуретана
2.1. Экспериментальная установка и методика проведения
экспериментов
2.2. Результаты экспериментов
ГЛАВА 3. Измерительно-вычислительный комплекс. Методика проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных
3.1. Измерительно-вычислительный комплекс
|• 3.1.1. Структура измерительно-вычислительного комплекса
3.1.2. Пневматическая схема
3.1.3. Электрическая схема. Управление нагревом
3.1.4. Измерение температуры образца
3.1.5. Структура программного обеспечения измерительновычислительного комплекса
* 3.2. Методика проведения и обработки экспериментов

3.2.1. Параметры эксперимента
3.2.2. Проведение экспериментов
3.2.3. Обработка результатов неизотермического эксперимента
3.2.4. Методика представления результатов в виде кинетической
поверхности
3.2.5. База данных по веществам
3.2.6. Оценка точности экспериментов
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований
4.1. Полиметилметакрилат
4.2. Жесткий пенополиуретан
4.3. Жесткий пенополиуретан с ангидридом борной и фосфорной
кислот
4.4. Жесткий пенополиуретан с солью оксиэтилидендифосфоновой
кислоты и полиэтиленполиамина
4.5. Жесткий пенополиуретан с трихлорэтилфосфатом (стандарт)
4.6. Жесткий пенополиуретан с трихлорэтилфосфатом
(при использовании полидиэтиленфталата)
ГЛАВА 5. Обсуждение результатов исследования
5.1. Обсуждение результатов
5.2. Прогнозирование пожароопасности пенополиуретанов на основе
исследования кинетики термораспада
5.3. Рекомендации по изменению технологии производства
пенополиуретана
Выводы
Литература
Приложения

Широкое использование жестких пенополиуретанов (ППУ) в качестве теплоизоляционного материала строительных конструкций, трубопроводов, промышленных рефрижераторов, транспортных средств, в быту обуславливает высокие темпы роста его мирового производства, которое в 2002 г. составляло 2,52 млн. тонн и продолжает расти. При этом процесс производства ППУ и изделий из него являются пожароопасными.
Во-первых, высокие теплоизоляционные свойства ППУ затрудняют отвод тепла реакции при его синтезе, что может привести к самовозгоранию материала. Во-вторых, необходимость отказа от галоидсодержащих вспенивающих агентов - фреонов, из-за их негативного влияния на озоновый слой Земли, вынудила использовать при производстве ППУ пожароопасные углеводороды: циклогексан, изопентан и т.п. В-третьих, представляет опасность высокая горючесть готовой продукции из ППУ, объемы которой при складировании, вследствие низкой плотности материала (от 8 кг/м3), могут достигать нескольких тысяч кубических метров. Кроме вышесказанного, ППУ широко используется для теплоизоляции материальных и тепловых трубопроводов в химической и других отраслях производства.
Материальный ущерб от пожаров только за первое полугодие 2003 года составил 2,2 млрд. рублей. Накопленные данные за последние годы указывают на то, что большинство людей при пожарах погибают не от ожогов, а в результате удушья токсичными продуктами, выделяющимися при горении полимеров. Поэтому, важным является снижение, как горючести полимеров, так и токсичности продуктов их горения. В этой связи проблема снижения горючести ППУ остается актуальной, как в химической промышленности, так и в строительстве и других областях его потребления.
В работе [127] при измерении температуры газа, нагретого до 1300 К, с помощью термопары диаметром 60 мкм погрешность из-за инерционности термопары и стока тепла по проволоке оценивается авторами в 7%. Учитывая условия экспериментов, в настоящей работе наибольшая погрешность определения температуры оценивается величиной ±70 К в области максимального температурного градиента.
X , мм
Рисунок 2.3 - Температурные профили вблизи поверхности ППУ:
1 - И=2мм; 2 - 6=0; 3 - И=-2мм (И - расстояние от поверхности), х=0 соответствует носику пламени
На графике температуры в точке к = 2 мм наблюдается два пика. Первый соответствует переднему фронту пламени и, обусловлен наличием высокотемпературного кинетического горения смеси горючих продуктов разложения и окислителя в стехиометрическом соотношении. Это также подтверждается наличием тонкой голубоватой полоски на передней кромке пламени. Второй пик расположен на расстоянии 20-22 мм от носика пламени и соответствует заднему фронту светящейся области.
По результатам эксперимента рассчитаны темпы изменения температур вблизи поверхности полимера в начальный момент времени. Они составляют 3000; 19500 и 24900 К/мин в точках Л = -2; 0 и 2 мм