Tworzywa sztuczne w pożarze.pdf

ROZPOZNAWANIE ZAGROŻEŃ

Polimery syntetyczne i uzyskane z nich tworzywa mają zróżnicowaną

budowę chemiczną. Wpływa ona w zasadniczy sposób na zachowanie się

tych materiałów w środowisku pożarowym - między innymi na czas

samozapłonu, szybkość wydzielania ciepła i dymu, całkowite ciepło spalania

itp. Materiały polimerowe syntetyczne od momentu wprowadzenia ich na

rynek konsumencki, tj. od około 50 lat, podnoszą jakość naszego życia.

Tworzywa sztuczne w pożarze

akcje chemiczne, między którymi często wy-

stępują wzajemne sprzężenia. Na ich szyb-

kość wpływa temperatura oraz zjawiska fi-

zyczne związane z wymianą ciepła i masy.

W trakcie rozkładu termicznego materiałów

polimerowych wydzielają się gazowe produ-

kty palne (np. metan, etan) lub gazy niepalne,

np. dwutlenek węgla, ciecze, czyli zwykle czę-

ściowo rozłożony polimer i związki organicz-

ne o wysokim ciężarze cząsteczkowym, pro-

dukty stale - zwęglone pozostałości, popiół

oraz dym. Lotne produkty rozkładu termicz-

nego gromadzą się w pobliżu powierzchni ma-

teriału, gdzie mieszają się z tlenem atmosfery-

cznym i tworzą mieszaninę palną. Szybkość

mieszania się tych składników zależy głównie

od dyfuzji tlenu

st. kpt. dr Marzena Półka

sobą wzajemnie, złożone zjawiska chemiczne

i fizyczne. O charakterystyce cieplnej polime-

rów stanowią: odporność cieplna (ang. heat

resistance ) i termostabilność (ang. ther-

mal stability).

Odporność cieplną okre-

śla się poprzez podanie

maksymalnej temperatury

polimeru, w której zacho-

wuje on jeszcze swoje uży-

tkowe właściwości mecha-

niczne, natomiast termo-

stabilność określa tempe-

ratura, w której rozpoczy-

na się destrukcja chemicz-

na polimeru.

Odporność cieplna „kla-

sycznych" polimerów nie

przekracza na ogól 130°C,

a dla wybranych termood-

pornych polimerów może

przekroczyć 180°C (tab. 2) 2 .

Uproszczony schemat

spalania polimerów przed-

stawia rysunek.

Można wyróżnić trzy podstawowe

spalania materiału polimerowego:

1. Ogrzewanie materiału polimerowego

Pod wpływem zewnętrznego bodźca ener-

getycznego (np. płomień, strumień promienio-

wania cieplnego) tworzywa termoplastyczne

(po przekroczeniu temperatury mięknięcia)

miękną, topnieją, odkształcają się termicznie

- np. polichlorek winylu, polimetakrylan mety-

lu. Tworzywa termoutwar-

dzalne - pod wpływem pod-

wyższonej temperatury nie

miękną, tylko tworzą zwę-

gloną strukturę (np. utwar-

dzona nienasycona żywica

poliestrowa).

2. Rozkład termiczny

lub piroliza materiału

polimerowego

Po przekroczeniu odpo-

wiedniej temperatury, tj.

temperatury początku roz-

kładu termicznego w oto-

czeniu powietrza lub gazu

obojętnego, np. azotu, pró-

żni (piroliza), charaktery-

stycznej dla danego poli-

meru (tab. 3) 3 , następuje

zmiana składu chemiczne-

go materiału (np. w proce-

sach destrukcji, depolime-

ryzacji, degradacji). Proce-

sy te przebiegają w fazie

stałej i obejmują liczne re-

Mogą być mniej kosztownym zamiennikiem

metalu lub innych naturalnych materiałów po-

limerowych, np. wełny, jedwabiu, skóry czy

drewna. Większość polimerów syntetycznych

ma lepsze właściwości wytrzymałościowe, che-

miczne, wizualne w stosunku do polimerów na-

turalnych i znajduje zastosowanie w zaawan-

sowanych technologiach: elektronice, optyce,

w urządzeniach medycznych, kosmonautyce

oraz lotnictwie. Polimery syntetyczne możemy

odnaleźć również w urządzeniach i przedmio-

tach codziennego użytku. Trudno wyobrazić

sobie bez nich meble, sprzęt gospodarstwa do-

mowego, zabawki, opakowania.

Materiały polimerowe są zazwyczaj bar-

dzo dobrymi paliwami. Wartości ciepła spala-

nia tworzyw sztucznych są porównywalne do

ciepła spalania typowych paliw: gazu ziemne-

go, ropy naftowej (tab. l) 1 .

Znajomość ciepła spalania materiałów pal-

nych jest niezbędna do obliczenia gęstości ob-

ciążenia ogniowego budynków oraz wyzna-

czenia względnego czasu trwania pożaru wg

PN-B-02852:2001.

Spalanie polimerów jest procesem wieloeta-

powym, w którym występują powiązane ze

Rys. 1. Uproszczony schemat spalania materiałów polimerowych

etapy

3. Zapłon lub samozapłon (zapalenie) -

w przypadku spalania płomieniowego polimeru

W sprzyjających warunkach mieszanina

palna (produktów lotnych palnych z powie-

trzem) może ulec zapaleniu. Zapłon wymuszo-

ny produktów lotnych palnych powstaje wtedy,

gdy powstałe z rozkładu termicznego gazy

palne osiągną stężenie w zakresie granic wy-

buchowości i wówczas wystarczy dostarczyć

Tab. 1. Wartości ciepła spalania wybranych

materiałów polimerowych

Nazwa materiału

Ciepło spalania [MJ/kg]

Celuloza

Polietylen

Polipropylen

Polistyren

Polichlorek winylu)

PU (pianki)

Ropa naftowa

Węgiel kamienny

Alkohol etylowy

Gaz ziemny

16,1

46,5

46,0

41,6

20,1

24,4

40,5

40,2

24,1

44,0

Tab. 3. Właściwości termiczne i termokinetyczne wybranych polimerów

Materiał polimerowy

Początkowa

temperatura

rozkładu ter-

micznego 1 '

Temperatura,

przy której

nastąpił 1 %

ubytek masy

polimeru 2

[K]

488

548

591

588

603

555

475

Maksymalna

wartość szyb-

kości wydzie-

lania ciepła 3 '

[kW/m 2 ]

450

1400

800

1500

1100

670

167

Bawełna

Polietylen o dużej gęstości

Polietylen o matej gęstości

Polipropylen

Polistyren

Poli(metakrylan metylu)

Poli(chlorek winylu) - plastyfiko-

wany

Polichlorek winylu) - nie plasty-

fikowany

Drewno

[K]

379

506

490

531

436

528

396

Tab. 2. Maksymalne tem

nej wybrany

leratury odporności ciepl-

ch polimerów

Rodzaj tworzywa

polimerowego

Bawełna

Poliamid

Żywice epoksydowe

Poliwęglan

Poliestry akrylowe

Poliestroimidy

Poliimidy

Maksymalna temperatura

odporności cieplnej [°C]

105

120

130

155

180

>180

356

457

180

310

" początkowa temperatura rozkładu termicznego otrzymana z krzywych

TGA dla próbek materiału - 10 mg, szybkości ogrzewania 10 K/min

w otoczeniu azotu

413

463

) warunki rozkładu termicznego jak wyżej

'" maksymalna wartość szybkości wydzielania ciepła uzyskana w wyniku

spalania próbek materiału o grubości 6 mm uzyskana z kalorymetru

stożkowego w ekspozycji cieplnej 40 kW/m

Przegląd Pożarniczy-11/2003

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: