Огнезащитные краски, составы, конструктивная огнезащита от российского производителя с 2001 года!

Главная страница сайта
Отправить письмо
Карта сайта

8 (495) 232-33-99 для Москвы и МО

8 (800) 250-32-95 для регионов РФ

Многоканальные телефоны
Отдела продаж
пон.-птн.: 09:00-18:00
E-mail: neohim@texon.ru
Влияние наполнителей на огнезащитные свойства натрий-силикатных покрытий

Влияние наполнителей на огнезащитные свойства натрий-силикатных покрытий

28.04.2005
С.А. Ненахов, А.В. Соколов ООО НИЦ "НЕОХИМ"
Доклад, Ярославль 2005 г.

Огнезащитные составы на основе жидкого наполненного натрий-силикатного стекла известны [1-5], достаточно широко используются и, можно полагать, эти материалы еще долго будут представлять и технический, и экономический интерес. Как правило, эти составы содержат наполнители с низким значением коэффициента теплопроводности.

По реологическим характеристикам составы можно условно разделить на краски (относительно низкая вязкость) и мастики (относительно высокая вязкость). В материалах с мастичной консистенцией концентрация наполнителей варьируется в пределах примерно 0,2 - 0,3 масс. долей. В красках концентрация наполнителя ниже.

Вместе с тем, в литературе описание систематических исследований влияния природы и концентрации наполнителя в широком интервале концентрации наполнителя практически отсутствует. Решение этой задачи и явилось целью настоящей работы.

В качестве объектов исследования использовали жидкое натрий-силикатное стекло по ГОСТ 13078-81с силикатным модулем 3,0 и плотностью 1,44 г/см3, и наполнители с низким коэффициентом теплопроводности (табл. 1).

Табл. 1. Основные характеристики наполнителей

Составы готовили смешением жидкого натрий-силикатного стекла с наполнителями вручную. Время смешения определяли визуально по достижению гомогенности состава.

Для проведения огнезащитных испытаний составы наносили на стальные пластины размером 140х80х1 мм. Покрытия сушили в течение 3-х суток. Толщину высохших покрытий определяли толщиномером Mega-Chek FN, производства компании NEURTEK Instruments. Толщину покрытий варьировали в диапазоне 2 - 5 мм.

Коэффициент теплопроводности наполнителей и готовых составов определяли с помощью электронного измерителя теплопроводности ИТП-МГ4.

Огнезащитные свойства покрытий определяли по модифицированной методике, основанной на методике [6], в условиях стандартной кривой пожара по ГОСТ 30247.0-94 в диапазоне температур 20 - 1000 0С. В соответствии с методикой основной измеряемый показатель - предельное время (Т500), в течение которого стальная пластина под огнезащитным покрытием прогревается до температуры 500 0С. Особенностью композиционных материалов на минеральных связующих является линейная зависимость предельного времени от толщины сухого покрытия в достаточно широком диапазоне толщины покрытия. Этот факт позволяет использовать для сравнительной оценки огнезащитных свойств различных материалов так называемую приведенную толщинную огнезащитную эффективность

   (1)

здесь а - время необходимое для нагревания свободной стальной пластины использованной толщины, h - толщина сухого покрытия.

Покрытие на основе натрий-силикатного раствора показывает следующие особенности при проведении огнезащитных испытаний. Во-первых, кинетическая кривая нагрева металла под покрытием состоит из двух стадий: На первой стадии (20 - 100 0С) происходит разогрев покрытия с достаточно высокой скоростью. На второй стадии (100 - 500 0С) скорость нагрева заметно снижается, а дальнейший нагрев происходит по вогнутой кривой. Скорость нагрева при температуре 250 0С составляет около 40 град/мин. Во-вторых, натрий-силикатное покрытие при нагреве претерпевает значительные морфологические превращения: стекло сильно вспенивается, при этом высота вспененного слоя примерно в 40 раз превышает высоту сухого исходного слоя. Ячеистая структура слоя сохраняется на протяжении всего температурного воздействия. Ячейки пены имеют определенное распределение по размерам: от очень малых (десятки мкм) до достаточно больших с размеров порядка 0,1 см (рис. 1).


Рис. 1. Покрытие из натрий-силикатного стекла после проведения огневых испытаний.

В третьих, натрий-силикатное покрытие имеет достаточно высокий предел огнестойкости. Так, покрытие, высушенное в течение 1 суток (20 0С), имеет= 11,2 мин/мм. Для покрытия высушенного в течение 3 суток= 6,2 мин/мм. То есть с уменьшением концентрации воды в покрытии огнезащитная эффективность уменьшается.

Исследования бинарных систем "жидкое стекло/наполнитель" показали следующее. Независимо от природы наполнителя кинетическая кривая нагрева металла под покрытием трансформируется от формы, характерной для жидкого стекла, к форме характерной для наполненных систем (рис. 2).


Рис. 2. Кинетика нагрева металла под покрытием. Материал: натрий-силикатное стекло/микросферы.

Наполнение жидкостекольного связующего наполнителями всегда сопровождается большим или меньшим снижением приведенной толщинной огнезащитной эффективностисмеси. Это очевидно, связано с тем, что, во-первых, наполнение натрий-силикатного материала любым из использованных наполнителей снижает эффект газообразования в натрий-силикатном стекле. Уже при малом наполнении характер морфологических превращений в покрытии изменяется: однородное вспенивание по всему объему прекращается, покрытие вспучивается примерно в центре слоя, при этом на металле остается подушка материала определенной толщины, над ней располагается газовая полость больших или меньших размеров, которую замыкает арка вздувшегося материала (рис. 3). Во-вторых, все использованные нами наполнители имеют коэффициент теплопроводности на один - два порядка величины выше, чем у пеностекла, образующегося из жидкостекольного покрытия, ячейки пены которого заполненные выделившимся при нагревании газообразным продуктом. Поэтому при замене воздушно-ячеистой пены на массу, наполненную наполнителями с более высоким коэффициентом теплопроводности, чем воздух и вообще газы, имеет место ухудшение огнезащитных свойств покрытий.


Рис. 3. Состав "жидкое стекло - вспученный вермикулит" после выполнения огневых испытаний.

Зависимость приведенной толщинной огнезащитной эффективностисмеси от концентрации наполнителей различной природы представлена на рис. 4 (для всех систем время сушки покрытия от нанесения до испытания составило 1 сутки).


Рис. 4. Зависимость толщинной огнезащитной эффективности от концентрации наполнителя в натрий-силикатном стекле.

Видно, что практически все изученные наполнители образуют единую кривую, хотя их природа и коэффициенты теплопроводности отличаются: и алюмосиликатные материалы (базальтовое волокно), и стеклянные микросферы, и перлит, и воластонит и другие наполнители образуют единый ряд. Видно также, что уже при малом наполнении величинабыстро снижается с увеличением концентрации наполнителя. Зависимостьот концентрации выполаживается на уровне 3,2 мин/мм в диапазоне концентраций от 0,2 до 0,3 масс. долей и далее (в изученном диапазоне концентраций) не изменяется. Таким образом, полученные данные позволяют считать, что природа наполнителя (в диапазоне использованных наполнителей) в смесях с жидким натрий-силикатным стеклом слабо влияет на огнезащитные свойства составов, а огнезащитная эффективность определяется в основном концентрацией наполнителя в составе.

В случае использования в составах смеси наполнителейпринимает значение в соответствии с общей концентрацией наполнителей в системе, т.е. зависимость "приведенная толщинная огнезащитная эффективность - концентрация наполнителя" подчиняется описанной выше зависимости для индивидуальных компонентов.

Известно [7], что эффективный коэффициент теплопроводности композиционного материаламожно описать соотношением

   (2)

где-коэффициент теплопроводности матрицы,-коэффициент теплопроводности наполнителя,- объемная доля наполнителя. С другой стороны, очевидно, что огнезащитная эффективность материала Т500 обратно пропорциональна коэффициенту теплопроводности, т.е.

   (3)

где А - константа. Тогда, придав переменным одинаковые индексы, получим

   (4)

В силу пропорциональностии Т500, приведенная огнезащитная эффективность также должна быть пропорциональна концентрации наполнителя. Зависимость толщинной огнезащитной эффективности от концентрации наполнителя в композиционном материале представлена на рис. 5.


Рис.5. Зависимость толщинной огнезащитной эффективности от обратной концентрации наполнителя

Действительно, экспериментальные данные удовлетворительно спрямляются в координатах - . По нашему мнению, это свидетельствует о том, что огнезащитные свойства вспучивающихся наполненных натрий-силикатных материалов определяются, главным образом, теплопроводностью композиционного материала.

Полученные результаты по огнезащитной эффективности наполненных натрий-силикатных материалов легко трансформировать в материаловедческие решения. Конечно, при этом должны быть учтены реологические особенности материалов в состоянии полупродукта (краски, мастики), а также механические свойства и стабильность этих свойств в конечных продуктах - композиционных покрытиях.

Литература
1. Патент № 2038977. 1995.
2. Патент № 2133241. 1997.
3. Патент № 2079525. 1997.
4. Патент № 2132311. 1999.
5. Страхов В.Л., Крутов А.М., Давыдкин Н.Ф. Огнезащита строительных конструкций. ИИЦ "ТИМР", М., 2000, стр. 74-81.
6. Колганова М.Н., Левитас Ф.А., Московская А.М. Инструкция по определению теплоизолирующих свойств вспучивающихся покрытий по металлу. ВНИИПО, М., 1980.
7. Промышленные полимерные композиционные материалы. П/р М. Ричардсона. Пер. Бабаевского П.Г. М, Химия. 1980. Стр. 289.

Возврат к списку

ОАО «Мосэнерго»
ГУП Концерн «Росэнергоатом»
ОАО «ОГК-1»
ОАО «ТГК-1»
ОАО «ТГК-2»
ОАО «ТГК-4»
ОАО «ОГК-4»
ОАО «ТГК-9»
КОНВЕЙЕРМАШ
ГУП «Московский метрополитен»
ОАО «Газпром»
ОАО «Лукойл»
ОАО «Роснефть»
ОАО «КАМАЗ»
ОАО «ЕЛАЗ»
ОАО «ГАЗ»
ОАО «Северсталь»
ОАО «РОТ ФРОНТ»
ОАО «Красный Октябрь»
СК ЭНКА
МЕТРО Кэш энд Керри Россия
АШАН
ФОЛЬСВАГЕН Групп Ру
ООО «Сибурпром»
ГУП «МосгортрансНИИпроект»