Состав для теплозащитных покрытий

 

Изобретение может быть использовано для защиты от пожара строительных конструкций, кабельной продукции и подвижных объектов. Состав содержит хлорсульфированный полиэтилен, толуол, терморасширяющийся графит, окись цинка, окись магния, стеариновую кислоту, дифенилгуанидин, фосфаты аммония и алюминиевую пасту. Покрытие обладает хорошей адгезией к металлу, дереву, стеклопластику, резине и высокими механическими характеристиками - сопротивление разрыву 150-180 кгс/см². 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к составам для получения огнезащитных вспенивающихся теплозащитных покрытий и может быть использовано для защиты от пожара строительных конструкций (из металла, дерева и полимерных материалов), кабельной продукции (с резиновой и полиэтиленовой оплеткой) и подвижных объектов, особенно при пожарах, в которых большая часть суммарной плотности теплового потока приходится на лучистую составляющую.

Сущность работы таких покрытий заключается в многократном увеличении толщины покрытия при нагреве, что значительно снижает температуру защищаемой поверхности за счет удаления от нее фронта теплового воздействия и снижения плотности и теплопроводности самого покрытия.

Покрытие должно обеспечивать надежную защиту людей и оборудования в машинах от пожаров и стойкость строительных конструкций в течение 45 минут, которые согласно СНиП 2.01.02-85 "Противопожарные нормы" необходимы для ведения спасательных работ или эвакуации.

Этим требованиям должны удовлетворять покрытия относительно небольшой толщины (до 3 мм), которые могут наноситься краскораспылителем или кистью на ранее окрашенной конструкции, в том числе сложной формы (двутавр, швелер, различные приборы и агрегаты), в полевых условиях. Т.е. температура сушки должна составлять 18-25^oС. Наиболее близким к заявляемому составу является состав для получения теплозащитного покрытия, содержащий, мас.ч.: Хлорсульфированный полиэтилен - 12,0-14,0 Толуол - 86,0-88,0 Терморасширяющийся графит - 5,0-30,0 Дициандиамид - 5,0-30,0 Окись цинка - 1,0-2,0 Окись магния - 1,0-2,0 Стеариновая кислота - 1,0-2,0 Дифенилгуанидин - 1,0-2,0 (см. SU 1799886 А1, 07.03.1993).

Это покрытие является огнестойким, отверждается при комнатной температуре. Основными его недостатками являются:
1) низкие огнезащитные свойства при пожарах, в которых большая часть суммарной плотности теплового потока приходится на лучистую составляющую;
2) недостаточная прочность вспененного слоя, вследствие чего на деталях сложной формы (двутавр, швелер) по заключению ВНИИ ПО невозможно получить время защитного действия более 36 мин;
3) прекращено производство дициандиамида на территории СНГ в связи с демонтажом мощностей по его производству в Чернореченском ПО "Корунд" (г. Дзержинск, Горьковской обл.).

Целью настоящей работы было получение состава для теплозащитного покрытия свободного от вышеперечисленных недостатков.

Испытание теплозащитных свойств покрытия в условиях нагрева за счет лучистой составляющей осуществлялось по следующей методике на установке СИН-1 (стенд импульсного нагрева). Приготовленный состав наносили на стальные 2 мм образцы кистью. За один проход наносилось ~0,5 мм покрытия. В стандартных опытах наносили слой покрытия толщиной 2 мм. Края образцов защищали при помощи базальтовой рамки. Нагрев образцов осуществляли при помощи трех каскадов трубчатых газоразрядных водоохлаждаемых источников излучения с ксеноновым наполнением типа ДТП 10/200. Расстояние до испытуемого образца подбиралось таким образом, чтобы суммарная плотность теплового потока на его поверхности достигала 200 кВт/м². Температура обратной поверхности образца измерялась с помощью термопары.

Испытания образующегося вспененного слоя проводили по уже описанной (см. SU 1799886 А1, 07.08.1993) методике: стальной образец с нанесенным с одной стороны покрытием толщиной 2 мм стандартно термообрабатывали при температуре 500^oC в течение 30 мин. После этого образец взвешивали и помещали перпендикулярно воздушному потоку со скоростью 200 м/сек. Затем образец взвешивали вторично и по потере массы судили об относительной прочности. За результат испытания принимали среднее арифметическое значение 5-ти определений, расхождение между которыми не превышало 5%.

Были использованы различные упрочняющие кокс и повышающие термоотражающие свойства вещества. Наилучшие результаты показали смеси триаммонийфосфата ГОСТ 18918-85 с алюминиевой пудрой ГОСТ 5494-71 или алюминиевой пастой ТУ 48-0005-13/0-83, а также диамоний фасфата ГОСТ 18918-85 с алюминиевой пудрой или пастой.

Результаты испытаний приведены в таблице в сопоставлении с композицией прототипом, а также композицией прототипа с добавленными алюминиевой пудрой или пастой. Из таблицы видно, что повышение теплозащитных свойств при испытании на установке СИН-1 смесей фосфатов аммония с алюминиевой пудрой или пастой эффект гораздо больше, чем при введении алюминиевой пасты или пудры в состав-прототип (сравните пример 2-3 и 4-7). Таким образом замена дициандиамида на смесь фосфатов аммония с алюминиевой пудрой или пастой позволило повысить теплозащитные свойства покрытия. К тому же этот состав обладает более прочным коксом. Причем прочность кокса определялась не только заменой дициандиамида на фосфаты аммония, но и введением алюминиевой пудры или пасты (примеры 10-11 и 4-7).

По результатам испытаний были выбраны оптимальные граничные условия соотношения компонентов (примеры 12-27). К тому же значительное повышение содержания наполнителя вело к повышению вязкости состава и невозможности использовать краскораспылитель для его нанесения, поэтому от этого пришлось отказаться.

Оптимальный состав композиций следующий, мас.ч.

Хлорсульфированный полиэтилен - 10-16
Толуол - 84-90
Терморасширяющийся графит - 5-20
Фосфаты аммония - 5-20
Окись цинка - 1-2
Окись магния - 1-2
Стеариновая кислота - 1-2
Дифенилгуанидин - 0,3-0,5
Алюминиевая паста (пудра) - 1-2
Закономерности, полученные на модельных, плоских образцах были подтверждены при испытании образцов сложной формы (двутавр, швелер, уголок). Испытания проводились на установке СИН-1. Причем определялось время, необходимое для достижения металлом температуры 400^oC, при которой металлические конструкции теряют половину своей прочности. Схема направления теплового воздействия на образцы приведены на чертеже. Из таблицы видно, что предлагаемая композиция (примеры 4-7) резко отличается по теплозащитным свойствам от прототипа (пример 1) и от прототипа с введенной в его состав алюминиевой пастой (пудрой) (примеры 2-3) и от прототипа с дицианомидом замененным триамонийфосфатом или диаммонийфосфатом (пример 10-11).

Отличительными признаками предлагаемого состава является совместное действие следующих компонентов: хлорсульфированный полиэтилен (10-16 мас.ч.), толуол (84-90 мас.ч.), терморасширяющийся графит (5-30 мас.ч.), фосфаты аммония (5-30 мас. ч.), окись цинка (1-2 мас.ч.), окись магния (1-2 мас.ч.), стеариновая кислота (1-2 мас.ч.), дифенилгуанидин (0,3-0,5 мас.ч.), алюминиевая паста (пудра) (1-2 мас.ч.), которые обеспечивают наилучшие теплозащитные свойства, особенно в случае, когда большая часть суммарной плотности теплового потока приходится на лучистую составляющую. Заявленные отличительные признаки в совокупности для достижения поставленной цели в известных решениях авторами не обнаружены. Следовательно, предлагаемое решение соответствует критериям "новизны" и "существенные отличия".

Указанные отличительные признаки обеспечивают достижение поставленной цели, а именно - обеспечить стойкость строительных конструкций (уголков, швелеров, балок) в течение 45 минут, особенно в случае преимущественного воздействия лучистой составляющей.

Предлагаемый состав готовят перед употреблением из двух компонентов. Один - раствор хлорсульфированного полиэтилена, второй - смесь всех остальных компонентов. Срок хранения компонентов в таком двухкомпонентном виде, не ухудшающий их огнезащитных и физико-механических свойств, составляет 1 год. Жизнеспособность изготовленного состава 8 часов.

Покрытие из предлагаемого состава обладает хорошей адгезией к металлу, дереву, стеклопластику, резине и высокими механическими характеристиками (сопротивление разрыву 150-180 кгс/см).

Формула изобретения

Состав для теплозащитных покрытий, включающий хлорсульфированный полиэтилен, толуол, терморасширяющийся графит, окись цинка, окись магния, стеариновую кислоту, дифенилгуанидин отличающийся тем, что состав содержит фосфаты аммония и алюминиевую пасту или пудру при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Хлорсульфированный полиэтилен - 10-16
Толуол - 84-90
Терморасширяющийся графит - 5-30
Фосфаты аммония - 5-30
Окись цинка - 1-2
Окись магния - 1-2
Стеариновая кислота - 1-2
Дифенилгуанидин - 0,3-0,5
Алюминиевая пудра или паста - 1-2

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3