Способ определения кислородного и/или температурного индексов материалов

 

(19) КЦ (11) (5Ц 5 G01N25

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

t Э

CO

ЬЭ

1О (,9Э

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4950890/25 (22) 28.06.91 (46) 15.10.93 Бюл. Й() 37 — 38 (71) Институт химической физики им.Н.Н.Семенова (72) Самойлов И.Б. Асеева P.Ì.; Рубан Л.В. (73) Самойлов Игорь Борисович; Асеева Роза

Михайловна (S4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДНО—

ГО И/ИЛИ ТЕМПЕРАТУРНОГО ИНДЕКСОВ

МАТЕРИАЛОВ (57) Использование: исследование материалов с помощью тепловых средств, в частности материалов на пожароопасность. Сущность изобретения: способ включает зажигание образца пламенем горючего газа в заданном потоке кислородно-азотной среды и установление пределов устойчивого горения по концентрации кислорода и по температуре в этом потоке в стандартных условиях Дополнительно осуществляют стандартизация зажигающего пламени по температуре, для этого горючий газ предварительно смешивают с воздухом до образования стехнометрической или бедных смесей, а пламя экранируют так чтобы предотвратить проникновение внешней газовой среды в зону фронта горения. 2 табл.

2001393

Изобретение относится к исследованию материалов с помощью тепловых средств и может быть использовано при испытании материалов на пожароопасность.

Известен способ определения кислородного индекса, заключающийся в зажигании с помощью пламени вертикально закрепленного образца материала в заданном потоке кислородно-азотной среды и оценке результатов испытаний, Изменяя при этом концентоацию кислорода, определяют ее минимальное значение, при котором наблюдается самостоятельное (устойчивое) горение образца. Это значение и принимается ээ величину кислородного индекса.

К недостаткам этого способа следует отнести изменение температуры пламени в источнике зажигания при изменении концентрации кислорода в реакционной камере, Наиболее близким технически л решением является способ определения кислородного и/или теглпературного индексов материалов путем зажигания образца пламенем горючего газа в заданном по оке кислородно-азотной среды и установления пределов устойчивого горения образца по концентрации кислорода и по температуре в том потоке в стандартных условиях, включающих ofðýíè÷åíèÿ по размеру зажигающего пламени и по продолжительности его воздействия на образец.

Существенным недостатком известного способа является то, что температура зажигающего пламени можег изменяться в пределах 3000-2000 К" и ниже в зависимости от концентрации кислорода в реакционной камере, поскольку окислитель (кислород) в источник зажигания поступает из ее объема.

Поскольку температура пламени обязательно влияет нэ его форму и объем, то нестандартность пламени по теглпературе в известном решении делает нестрогой Ll даже бессмысленной стандартизацию пламени по размеру, так как ее производят на воздухе (BHe реакционной камеры).

Неучитывание роли теглпературы пламени в источнике зажигания неизбежно приводит к снижению точности и восприимчивости результатов измерений кислородного и/или температурного индексов материалов и сужает их диапазон, поскольку падение температуры пламени источника зажигания приводит в конечном итоге к его затуханию (примерно, при 18 Og).

В последнем случае приходигся использовать не пламенные источники зажигания, например электрические нагревательные элементы. При этом, однако, принципиально изменяется весь механизм зажигания и нарушается его соответствие условиям испытаний.

К недостаткам известного способа относится также большая (слепящая) яркость пламени источника зажигания в случае высокой концентрации кислорода в реакционной камере. Это создает трудности в определении положения пламени относительно образца и момента его загорания, Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона определения путем стандартизации температуры зажигающего пламени, 15 Поставленная цель достигается тем, что в способе определения кислородного и/или температурного индекса материала путем зажигания образца пламени горючего газа в заданном потоке кислородной среды и

20 установления пределов устойчивого горения образца по концентрации кислорода и по температуре в этом потоке в стандартных условиях, включающих ограничения по размеру зажигающего пламени, и по продолжи- тельности его воздействия на образце. горючий газ предварительно смешивают с воздухом до образования стехиометрической или бедных смесей, а пламя экранируют так, чтобы предотвратить проникновение внешней газовой среды в зону фронта горения.

Пример ы осуществления способа.

Были определены значения кислородного индекса полиметилметакрилата и фтороплэста -4, согласно предложенному

35 способу, по которому в источнике зажигания в качестве горючего газа испольэовали бытовой (баллонный) пропан-бутан, который перед его вводом в источник зажигания предварительно перемешивали с воздухом

4(, при стехиометрическом соотношении. Расчетная максимальная температура продуктов сгорания пропан-бутано-воздушной стехиометрической смеси близка к 2110 С.

Контроль состава смеси и ее расход осуще45 сгвляли с поглощью датчиков расхода газа и регулирующих вентилей, установленных в воздушной и газовой магистралях до их соединения. При этом само пламя экранировали путем размещения внутри источника

50 зажигания стабилизатора таким образом, что фронт пламени целиком помещался внутри источника зажигания и тем самым исключался диффузионный или конвективный занос внешней среды в зону горения, 55 тэк как зажигающее пламя остается устойчивым даже в потоке чистого азота. Процесс зажигания осуществлялся в течение не более 30 с, причем через каждые 5 с зажигание прекращали и производили визуальный контроль наличия воспламенения образца.

2001393

Таблица1

Таблица 2

При отсутствии воспламенения процесс зажигания повторяли. Сами образцы были изготовлены в виде прямоугольных пластин размером 150 х 10 х 4 мм, Наличие устойчивого горения таких образцов устанавливали по факту непрерывного выгорания 500 мм их длины, Изменение концентрации кислорода в смеси вблизи предельных значений производили по показанию датчиков расходов кислорода и азота с шагом не менее 0,2;(, от общей смеси, расход которой при этом оставался постоянным и равным 177 см .с при комнатной температуре, что соответствует установленной ГОСТом скорости потока в реакционной камере, равной 340 мм с

-1

Результаты испытаний представлены в табл. 1, где для сравнения показаны также значения кислородного индекса тех же материалов, полученные с помощью известного способа.

В табл. 1 приведены также результаты измерений продолжительности процесса зажигания в каждом иэ способов т 3, Указанный в таблице диапазон значений кислородного индекса обусловлен с разбросом результатов повторных измерений на 3-х образцах.

Конкретное определение температурного индекса материала с помощью предложенного способа было осуществлено на установке, которая включала все указанные выше элементы установки для определения кислородного индекса и дополнительно была снабжена устройствами для нагрева и удержания при заданной температуре кислородно-азотной среды, в которой проводили испытание образцов, и шестью датчиками температур, расположенными по три на входе из реакционной камеры. При

5 этом температура испытаний определяется как средняя величина показаний всех датчиков при условии, что разброс этих показаний не превышал 10 С. Верхний предел нагрева 350 С.

Скорость потока кислородно-азотной среды независимо от его температуры уста10 навливалась равной 4 см/с. Испытанию были подвергнуты образцы размером 150 х 13» х 1.5 мм из новых материалов, синтезированных на основе полипропилена.

Результаты испытаний приведены в

15 табл. 2.

При температуре выше 100 С наблюдается пластифицирование полипропилена, Поэтому экспериментальная зависимость

20 значений кислородного индекса от температуры была обработана на компьютере и таким путем экстраполирована на основе известных экстраполяционных моделей до значения КИ=20,8, что позволило определить величину температурного индекса, ко.25 торая оказалась равной 220 С.

Как видно из данных в табл. 1, различие значений кислородного индекса, измеренных предложенным и известным способами, находится в пределах 0,5-0.7 единиц, что

30 в три раза превосходит величину возможной ап паратурной ошибки таких измерений, (56) Пожаровзрывоопасность веществ и материалов, номенклатура показателей и

35 методы их определения. ГОСТ 12.1.044-84 (СЭБ 1495-79), 1895 r.

Патент Великобритании N 1356023, кл.

G 01 N 25/ОО, 2001393

Составитель С.Беловодченко

Техред М. Моргентал Корректор 8. Петраш

Редактор Н.Семенова

Заказ 3126

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДНОГО И/ИЛИ

ТЕМПЕРАТУРНОГО ИНДЕКСОВ МАТЕРИАЛОВ путем зажигания образца пламенем горючего газа в заданном потоке кислородно-азотной среды и установления пределов устойчивого горения образца по концентрации кислорода и по температуре в этом потоке в стандартных условиях, включающих ограничения по размеру зажигающего пламени и по продолжительности его воздействия на образец, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности определения путем стандартизации температуры зажигающего пламени, горючий газ предварительно смешивают с воздухом до образования стехиометрической или бедных смесей. а пламя зкрэнируют так, чтобы предотвратить проникновение

10 внешней газовой среды в зону фронта горения.