Минимальная толщина огнезащитного покрытия вспенивающегося типа
13.04.2016
Старший научный сотрудник Л.И. Натейкина
Ж. «Лакокрасочные материалы и их применение» № 3/2016 г стр.22-24
Известно, что огнезащитная эффективность покрытия вспенивающегося типа обусловлена тремя основными эффектами:
- величиной эндотермического отъема тепла, расходуемого на фазовые и химические превращения
- величиной термического сопротивления образующегося пенококса, зависящего от его теплопроводности и его толщины
- способностью отражения (поглощения) падающего теплового потока поверхностью образующегося пенококса
Для этого должны быть реализованы все физико-химические превращения покрытия: процессы разложения, этерификации, плавления, карбонизации, вспенивание, отверждение вспененного слоя, выгорание кокса.
Для вспенивающихся покрытий существует оптимальная рабочая толщина исходного покрытия, которая позволяет реализовать все необходимые превращения для обеспечения его огнезащитных свойств. В настоящее время среди экспертов огнезащитных материалов существует определенная цифра по минимальной толщине вспенивающегося покрытия — это значение на уровне около 300 мкм.
Однако, нами было изучено и показано, что огнезащитные покрытия в зависимости от рецептурного решения способны вспениваться и обеспечивать определенные огнезащитные свойства при меньших толщинах исходного покрытия.
Как известно, огнезащитная эффективность покрытия вспенивающегося типа зависит от его исходной толщины и описывается эмпирической зависимостью t(T) = τ0 + αh1/2 где τ0 – время нагрева металлической конструкции без покрытия до температуры Т (500ºС) в минутах, h – толщина покрытия в мм, α – константа (Рис. 1)[1].
Какова же минимальная толщина покрытия, способная создать теплоизолирующий кокс и обеспечить работоспособность покрытия в условиях стандартного пожара?
Рис. 1. Зависимость огнезащитной эффективности типичного покрытия вспенивающегося типа от толщины исходного покрытия
Чтобы ответить на этот вопрос, мы изучили огнезащитные характеристики трех покрытий при толщине менее 500 мкм в лабораторных испытаниях.
В качестве объекта для изучения были выбраны огнезащитные покрытия на основе огнезащитных красок, производимых нашей компанией:
- водно-дисперсионных красок НЕОФЛЭЙМ® 513 ( NEOFLAME® 513) и ВУП-2
- органоразбавляемой краски ВУП-3 Р
Краски наносили на подготовленные стальные пластинки размером 140х80х1 мм методом пневмораспыления в один слой. Покрытия сушили по режиму: Т=20ºС — 24 ч, Т=60ºС — 2 ч, Т=20ºС — 24 ч. и испытывали на лабораторной установке, обеспечивающей режим нагрева в условиях стандартного пожара [2]. Результаты лабораторных испытаний приведены в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1 Огнезащитные характеристики вспенивающихся покрытий
| Наименование материала | Толщина сухого покрытия, мм | Т500 *, мин | Высота пенококса, мм | Толщина озоленного слоя мм |
|---|---|---|---|---|
| ВУП-2 | 0,150 | 10,7 | 9 | отсутствует |
| 0,160 | 9,2 | 5 | отсутствует | |
| 0,250 | 12,4 | 9,3 | слабо выражен | |
| 0,387 | 13,5 | 10,3 | слабо выражен | |
| НЕОФЛЭЙМ® 513 | 0,094 | 9,7 | 3 | отсутствует |
| 0,130 | 12 | 9 | слабо выражен | |
| 0,158 | 14,4 | 8 | 1 | |
| 0,250 | 15,3 | 14 | 6 | |
| 0,380 | 18,9 | 21 | 11 | |
| ВУП-3 Р | 0,132 | 12,2 | 8 | отсутствует |
| 0,153 | 11,3 | 10 | слабо выражен | |
| 0,182 | 14.3 | 10 | 1 | |
| 0,259 | 13,9 | 15,7 | 2,7 | |
| 0,409 | 16,5 | 24 | 11 |
* время нагрева стальной пластины с покрытием до критической температуры 500ºС.
Графически зависимость огнезащитной эффективности (предельного времени Т500) покрытия от его толщины показана на рис. 2.
Рис.2 Зависимость предельного времени от толщины огнезащитного покрытия (лабораторные испытания)
Покрытия имеют типичную степенную зависимость огнезащитной эффективности от толщины сухого слоя. С увеличением толщины разница огнезащитной эффективности покрытий увеличивается. При толщине покрытия порядка 60 мкм разница в огнезащитной эффективности материалов сводится к нулю.
При вспенивании покрытия образуют пенококс разной толщины, что обеспечивает и разную его теплоизолирующую способность. Кроме того, для каждого покрытия толщина пенококса увеличивается с увеличением толщины исходного покрытия.
Зависимость толщины вспененного покрытия (пенококса) от толщины исходного покрытия показана на рис.3
Рис.3 Зависимость толщины пенококса от толщины покрытия
С увеличением толщины покрытия разница в эффективности вспенивания (отношение толщины образующегося пенококса к толщине исходного покрытия) увеличивается. При толщине исходного покрытия порядка 100 мкм все три материала в условиях стандартного пожара образуют кокс толщиной 3 мм. При этом коэффициент вспенивания покрытия будет равен 30.
Таким образом, при толщине 100 мкм огнезащитное покрытие (мы говорим только об огнезащитных покрытиях вспенивающегося типа) способно вспениваться и обладать определенной огнезащитной эффективностью. Конечно, для каждого материала толщина покрытия, способная вспениваться, будет разная и зависит от технического решения рецептуры.
Испытания покрытий НЕОФЛЭЙМ® 513 и ВУП-3 Р по ГОСТ Р 53295 на двутавровых колоннах профиля № 20 подтвердили работоспособность огнезащитных покрытий толщиной менее 300 мкм, установленную при лабораторных испытаниях (таблица 2).
Таблица 2. Результаты испытаний огнезащитных покрытий по ГОСТ Р 53295.
| Наименование покрытия | Приведенная толщина металла, мм | Толщина огнезащитного покрытия, мкм | Огнезащитная эффективность. мин | Коэффициент вспенивания |
|---|---|---|---|---|
| НЕОФЛЭЙМ® 513 | 3,4 | 100 | 16 | 60 |
| 3,4 | 230 | 25 | 107 | |
| ВУП-3 Р | 3,4 | 140 | 17 | 71 |
| 3,4 | 237 | 22 | 105 |
Покрытия НЕОФЛЭЙМ® 513 и ВУП-3 Р при толщинах 100 мкм и 132 мкм соответственно имеют удовлетворительный внешний вид и обеспечивают полную укрывистость защищаемой стальной поверхности (Рис.4).
|
|
|
|
|
НЕОФЛЭЙМ® 513 партия 19 100 мкм |
|
ВУП-3Р партия 8 132 мкм |
Рис.4 Внешний вид тонкослойных огнезащитных покрытий
Выводы:
1. При огневых испытаниях по ГОСТ Р 53295 показана работоспособность огнезащитных покрытий НЕОФЛЭЙМ® 513 (NEOFLAME® 513) и ВУП-3 Р при толщине сухого слоя менее 300 мкм.
2. Огнезащитные покрытия НЕОФЛЭЙМ® 513 (NEOFLAME® 513) и ВУП-3 Р работоспособны при толщине сухого слоя 100 мкм и 140 мкм соответственно и обеспечивают предел огнестойкости R15 для металлоконструкций с ПТМ = 3,4 мм. Результаты данных испытаний подтверждены сертификатами соответствия (№ С-RU.ПБ 05.В.00979 и № С-RU.ПБ 05.В.00978 соответственно)
3. Для огнезащитных материалов НЕОФЛЭЙМ® 513 (NEOFLAME® 513) и ВУП-3 Р значения толщины покрытия 100 мкм и 140 мкм соответственно следует рассматривать как минимальную толщину огнезащитного покрытия, позволяющую реализовать все физико-химические превращения материала в условиях стандартного пожара и получить пенококс, обеспечивающий металлоконструкции определенный предел огнестойкости в зависимости от приведенной толщины металла, в частности 15 минут для приведенной толщины металла равной 3,4 мм.
В принципе, для каждого огнезащитного материала вспенивающегося типа значение минимальной работоспособной толщины покрытия будет разным и, конечно, будет зависеть от рецептурного решения и технологических свойств материала.
Литература
- «Экспериментальное изучение влияния толщины вспенивающихся покрытий на огнезащитную эффективность», С.А. Ненахов канд. тех. наук, В.П. Пименова канд. хим.наук, НТЖ «Пожаровзрывобезопасность» 5/ 2011.
- Баженов с.В., Наумов. Ю..В.. Мотина Л.В. Методика «Определение теплоизолирующих свойств огнезащитных покрытий по металлу» М., ВНИИПО, 1988
