Огнестойкие композиции на основе полибутилентерефталата (стр. 7 из 7)

что равнозначно указанию четырех величин: х, S„, п, Р.

Воспроизводимость измерения выражают также в виде относительной погрешности прямого измерения Ах (%):

Все измерения следует выполнять с одинаковой относительной недостоверностью [71].

Глава 3. Обсуждение результатов исследования

Как известно, развитие современной техники невозможно без исследования пластических масс в особенности полимерных материалов с пониженной горючестью. Пожары, обусловленные воспламенением и горением полимерных материалов ежегодно наносят большой вред человеку. Во многих странах мира приняты специальные постановления об ограничении использования горючих полимерных материалов в строительстве промышленных и гражданских сооружений, при проектировании и создании транспортных средств, в электротехнике, электронике, производстве товаров бытового назначения. Принятие этих мер способствует интенсификации научных исследований по огнестойким полимерным материалам.

При этом пожарная опасность материалов и изделий из них определяется в технике следующими характеристиками: 1) горючестью, т.е. способностью материала загораться, поддерживать и распространять процесс горения; 2) дымовыделением при горении и воздействии пламени; 3) токсичностью продуктов горения и пиролиза - разложения веществ под действием высоких температур; 4) огнестойкостью конструкции, т.е. степенью сохранения физико-механических и функциональных свойств изделия при воздействии пламени [65]. Практически все полимеры можно условно разделить на 2 большие группы по отношению к тепловому воздействию:

разлагающиеся почти нацело (коксовые числа их не превышают 1-2 %);

карбонизирующиеся при нагревании. Согласно Ван Кревелену [11] достаточно коксовое число полимера довести до 10 %, чтобы кислородный индекс полимера повысился до 21.5 %. При достижении коксового числа 20-25 % полимер попадает в разряд трудногорючего или негорючего.

Эффективным методом понижения горючести полимерных материалов является применение огнегасящих добавок - антипиренов. Антипирены - это вещества, которые влияют на химию процессов в конденсированной или газовой фазе, или на поверхности раздела фаз.

Действие антипиренов проявляется в следующих характеристиках:

изменение состава летучих продуктов пиролиза полимеров;

вменение выхода кокса;

способность выделятся из полимерного субстрата в процессе горения;

зависимость эффекта замедления горения от природы окисли-

теля и структуры полимера.

В случае, если не удается изменить направление реакций термического разложения полимера в сторону образования кокса, наиболее эффективным путем снижения горючести является применение антипиренов газофазного действия.

Универсальных антипиренов для разных полимеров не существует, что объясняется, прежде всего, специфическим взаимодействием полимера с антипиреном, индивидуальными термическими характеристиками полимера и добавок.

Снижение горючести полимерных материалов можно проводить двумя путями: физические и химические меры воздействия на процесс го

рения. Но они используются для подавления уже возникшего процесса горения.

Методы снижения горючести полимерных материалах основаны на таких принципах как:

1)изменение теплового баланса пламени за счет увеличения раз- личного рода теплопотерь;

снижение потока тепла от пламени на полимер за счет создания защитных слоев, например из образующегося кокса;

уменьшение скорости газификации полимера;

изменение соотношения горючих и негорючих продуктов разложения материалов в пользу негорючих.

Учитывая эти принципы, а также экологическую сторону проблемы, достаточно перспективным направлением в области снижения горючести полимерных материалов является, применение в качестве антипиренов органомодифицированные глины. В связи с этим в работе в качестве ан-типирена для вторичного полиэтилентерефталата, использован органомо-дифицированный монтмориллонит. Выбор органоглины еще обусловлен отсутствием их негативного воздействия на окружающую среду, дешевизной и доступностью.

3.1 Оценка горючести композитов ВПЭТФ + органомодифицированный ММТ по скорости горения

Для оценки огнестойкости полимерных материалов нами были использованы такие характеристики как линейная скорость выгорания образцов и коксовый остаток.

Для определения линейной скорости выгорания применяли стандартные пластины с размерами 100x10x1 мм, высота пламени 100 мм.

Как показали наши исследования, горение исходного вторичного ПЭТФ сопровождается достаточно сильным капанием расплава полимера, образованием черного дыма, интенсивным горением. В отличие от него композиты, содержащие органомодифицированный монтмориллонит горят значительно медленнее, с незначительным образованием капель расплава полимера и дыма. Последнее обстоятельство играет важную роль в предотвращении попадания вредных продуктов разложения полимерных материалов в окружающую природную среду. Уменьшение линейной скорости выгорания и незначительное образование капель расплава в композитах ВПЭТФ + органоглина, очевидно, связано со снижением доступа кислорода из воздуха в зону пламени или с образованием коксовой корки органоглины на поверхности полимерного материала. Это образование снижает, во-первых, выход горючих продуктов в газовую фазу, во-вторых, уменьшает поток горючих газов к пламени. В свою очередь эти обстоятельства препятствуют распространению пламени, снижая тем самым скорость горения материала. Действительно, углерод, остающийся в твердой фазе, мог бы попасть в пламя и окислиться до углекислого таза с большим тепловым эффектом. Конечно, в большом пожаре этим все дело и кончится, и никакой пользы от образования кокса мы не получим, разве, что снижение выбросов загрязняющих веществ. Но следует заметить, что в данном случае опасность исходит от слабых источников зажигания, поэтому эффект от образования кокса так важен.

При этом следует отметить, что образующаяся в поверхностной зоне корка ММТ способствует охлаждению поверхностных слоев материала, т. е. температура поверхности композиционного материала при горении ниже температуры пламени. Последнее обстоятельство приводит к большим тепловым потерям, и скорость горения материала становится малой. Кроме того, следует отметить, что корка монтмориллонита будет препятствовать переходу активных различных частиц из материала в пламенную зону тем самым снижая, горючесть данного материала. В результате этого композиты остывают раньше, чем превращаются в газообразные продукты горения.

На рисунке 3.1. приведена зависимость линейной скорости выгорания полученных композитов от содержания антипирена. Как видно из рисунка, введение органоглины способствует уже при концентрации АП 0,5

масс. % значительному снижению горючести полимера. А при введении органомодифицированного монтмориллонита во ВПЭТФ в количестве 2 и 5 масс. % данные композиционные материалы гаснут сразу и через 40 с, соответственно. При этом следует отметить, что горение данных композитов сопровождалось незначительным каплеобразованием и присутствием черного дыма. Однако композиты ВПЭТФ + органоглина по значениям времени линейной скорости выгорания лучше исходного вторичного ПЭТФ.

В полученных композитах вследствие снижения теплового эффекта процесса горения и катализа процесса коксования, количество коксового остатка всегда увеличивается, как будет показано ниже.

Анализ литературных источников показал, что антипирены на основе органоглин считаются более экологически чистыми, чем широко применяемые в промышленности галогенсодержащие соединения, при разложении которых в процессе горения образуются токсические вещества.

Оценка горючести композитов ВПЭТФ + органомодифицированный ММТ по коксовому остатку

Для подтверждения понижения горючести полученных композитов нами был определен коксовый остаток по данным термических исследований.

Анализ результатов термических исследований полученных нами композитов показывает, что введение во вторичный ПЭТФ органоглины способствует увеличению коксового остатка по сравнению с исходным полимером. Причем для композитов на основе ВПЭТФ и органоглины в количестве 1 и 2 масс. % характерно значительное коксовое число 34 %, 38 %, соответственно (рис. 3.2.).

Результаты определения КО согласуются со значениями линейной скорости выгорания композитов. Как видно, из рис. 3.2, добавка органоглины в той или иной мере повышает огнестойкость ВПЭТФ.

Кроме того, важно отметить, что при повышенных температурах органоглина не разлагается с выделением токсичных веществ в окружающую среду. В этом плане органоглина весьма перспективная добавка к полимерным материалам не только для повышения их огнестойкости, но и в качестве экологически чистого антипирена, продукты разложения которой не представляют опасности для людей. Исследования в этом направлении в настоящее время интенсивно ведутся.

Оценка физико-механических свойств композитов ВПЭТФ + органомодифицированный ММТ

Перед исследователями стоит проблема найти оптимальное количество антипирена, так чтобы остальные физико-механические показатели материала не ухудшались бы.

Для анализа влияния органомодифицированного монтмориллонита (антипирена) на эксплуатационные характеристики вторичного ПЭТФ и нахождения оптимальной концентрации, которая не оказывает негативное воздействие на исходный комплекс физико-механических характеристик, нами были проведены реологические и механические исследования полученных композитов.

Информативными и надежными методами оценки реологических и механических свойств полученных композиций являются определение показателя текучести расплава (ПТР) и деформационно-прочностных характеристик.

Характеристикой практической значимости для полимерных материалов служит показатель текучести расплава. По изменению ПТР можно судить о структурных и реологических изменениях, об изменении молекулярной массы полимера, происходящих в полимерной матрице после введения антипиренов.

Можно предположить, что при смешении полимера и органоглины образуется эксфолированная структура. В целом значения ПТР полученных композитов выше, чем у исходного полимера и близки к значениям ПТР промышленного ПЭТФ.

Важным критерием при выборе антипиренов является сохранение механических свойств исходного полимера. С этой целью нами было исследовано влияние органоглины на ударную вязкость ВПЭТФ.

Кроме того, одной из характеристик полимера, на что следует обратить внимание - это надмолекулярная структура. При этом, одним из параметров характеризующих надмолекулярную структуру и во многом определяющей механические свойства, является плотность. Плотность оценивали гидростатическим взвешиванием.