Tab. 1. Mechanizmy rozkładu termicznego polimerów [7] ... 14 Tab. 2. Klasyfikacja etapów pożaru na podstawie ISO 19706 [96] ... 42 Tab. 3. Stężenia głównych składników gazów pożarowych drażniących i duszących decydujące o paraliżu i skutkach śmiertelnych w 30 – minutowej ekspozycji [98] ... 43 Tab. 4. Ocena przyczyn zgonu osób znalezionych po ugaszeniu pożaru [99] ... 44 Tab. 5. Wartość wskaźnika tlenowego dla badanych materiałów ... 67 Tab. 6. Wyniki badań ciepła spalania materiałów utworzonych na bazie żywicy epoksydowej
Epidian 5 niemodyfikowanych i modyfikowanych ogniochronnie ... 68 Tab. 7. Wartości temperatur powierzchni materiałów, przy której doszło do samozapłonu fazy gazowej dla ekspozycji cieplnej 30 kW/m2 i 50 kW/m2 ... 71 Tab. 8. Właściwości termofizyczne i termokinetyczne niemodyfikowanych i modyfikowanych przeciwogniowo żywic epoksydowych w ekspozycjach cieplnych ... 77 30 i 50 kW/m2 (w warunkach zapłonu pilotowego) ... 77 Tab. 9. Właściwości termofizyczne i termokinetyczne niemodyfikowanych i modyfikowanych
przeciwogniowo żywic epoksydowych w ekspozycjach cieplnych 30 i 50 kW/m2 (w warunkach zapłonu pilotowego) ... 78 Tab.10. Minimalne zasięgi widzialności pozwalające na bezpieczną ewakuację ... 91 Tab.11.Krytyczne czasy redukcji zasięgu widzialności w dymie badanych materiałów epoksydowych, w analizowanym układzie pomieszczenie – korytarz, umożliwiające bezpieczną ewakuację dla ekspozycji 30 kW/m2 ... 96 Tab.13.Krytyczne czasy redukcji zasięgu widzialności w dymie badanych materiałów epoksydowych, w analizowanym układzie pomieszczenie – korytarz, umożliwiające bezpieczną ewakuację dla ekspozycji 50 kW/m2 ... 97 Tab.14. Wyniki badań naprężenia i wydłużenia przy zerwaniu oraz modułu sprężystości dla niemodyfikowanej i modyfikowanej ogniochronnie żywicy epoksydowej ... 104 Tab.15. Zawartość pierwiastków w próbkach analizowanych materiałów epoksydowych przed rozkładem termicznym ... 106 Tab.16. Zawartość pierwiastków w popiołach badanych materiałów epoksydowych ... 107
STRESZCZENIE
Niemodyfikowane i modyfikowane ogniochronnie materiały epoksydowe dzięki takim zaletom jak m.in.: łatwe metody przetwórcze, duża odporność na działanie czynników chemicznych, mały ciężar właściwy, łatwa dostępność oraz ich estetyczny wygląd, stosowane są w coraz szerszym zakresie.
Niestety, materiały epoksydowe mimo tak wielu pozytywnych cech posiadają również wady, a mianowicie są łatwopalne i zapalają się już po krótkim czasie od małego płomienia, a w związku z tym stwarzają duże zagrożenie pożarowe. Dlatego też w pracy przeprowadzono ocenę skuteczności bezhalogenowych środków ogniochronnych w postaci związków fosforowych współdziałających ze związkami azotu, glinu i krzemu na wybrane właściwości palne materiałów powstałych na bazie żywicy epoksydowej Epidianu 5.
W celu określenia wpływu zastosowanych antypirenów na parametry pożaru oznaczono szybkość wydzielania ciepła i dymu, zapalność materiału, termostabilność, oznaczono stężenie tlenku i ditlenku węgla emitowanego z 1 kilograma materiału powstałego podczas rozkładu niemodyfikowanych oraz modyfikowanych ogniochronnie materiałów epoksydowych. Ze względu na fakt, że ponad 80%
wypadków śmiertelnych w czasie pożarów jest spowodowane przez dym, dokonano analizy zmian zasięgu widzialności w dymie powstałym w trakcie rozkładu termicznego i spalania materiałów epoksydowych w układzie pomieszczenie – korytarz podczas pierwszej fazy rozwoju pożaru. Dodatkowo przeprowadzono oznaczenia wartości wskaźników tlenowych i ciepła spalania w funkcji stężeń zastosowanych antypirenów w celu określenia względnej zapalności analizowanych materiałów i odpowiednio ich wydajności cieplnej. Oprócz właściwości palnych badanego materiału przeprowadzono ocenę właściwości mechanicznych i użytkowych otrzymanych kompozycji epoksydowych w celu sprawdzenia, czy dodane środki ogniochronne nie powodują ich pogorszenia.
Przeprowadzone badania na kalorymetrze stożkowym, umożliwiły udzielenie odpowiedzi na pytanie, czy zastosowanie wybranych przez autorkę antypirenów ograniczyło palność i dymotwórczość otrzymanych kompozycji, a co jest również z tym związane, zwiększyło bezpieczeństwo ludzi podczas ewentualnego pożaru z ich udziałem.
Na podstawie przeprowadzonych kompleksowych badań za pomocą kalorymetru stożkowego, bomby kalorymetrycznej, termograwimetru, kamery termowizyjnej, aparatury umożliwiającej oznaczenie parametrów wytrzymałościowych, mikroskopu skaningowego i innych dokonano oceny materiałów. Stwierdzono, że wszystkie środki ogniochronne spowodowały zmniejszenie palności materiału epoksydowego. Świadczą o tym mniejsze wartości ciepła spalania, podwyższone wartości wskaźników tlenowych oraz mniejsze maksymalne wartości szybkości wydzielania ciepła w porównaniu z niemodyfikowaną ogniochronnie żywicą epoksydową Epidian 5.
Najbardziej efektywnym środkiem ogniochronnym okazał się dodatek 10% wag.
polifosforanu melaminy, który spowodował że żywica epoksydowa nim modyfikowana została zaklasyfikowana jako materiał trudnozapalny.
ABSTRACT
Polymer materials – both unmodified and flame-retardant modified – are being more and more widely used in almost all spheres of everyday life, because of their numerous merits, e.g. ease of processing, high resistance to chemical factors, low density, widespread availability and aesthetically pleasing appearance.
However, despite their numerous advantages, polymers also have certain flaws, namely, they are flammable and ignite easily and from a small flame, which results in serious fire hazard. That is why the thesis evaluates the effectiveness of the protective influence of halogen-free flame retardants in the form of phosphorus-based compounds combined with nitrogen, aluminum and silicon compounds on selected flame properties of Epidian 5 epoxy- based materials.
In order to determine the influence of used antipirens on the fire parameters, a number of properties were measured: rate of heat and smoke generation, combustibility of the material, and toxicity of the gaseous phase generated during the decomposition of unmodified and flame retardant-modified epoxy materials. Visibility changes in smoke generated during thermal decomposition and burning of epoxy materials in the room-corridor system were also analyzed, as over 80% of fatal accidents in fires are caused by smoke.
Additionally, oxygen coefficients and heat of combustion values were determined as the function of concentration of used antipirens in order to establish relative combustibility of analyzed materials and their heat efficiency. Mechanical and practical properties of the resulting epoxy compositions were also evaluated to verify if they are not reduced by the flame retardants added.
The experiments performed explain whether antipirens chosen by the author limit combustibility of resulting compositions and, what follows, whether it would increase safety of people in case of fire. It is an important issue because – as the specialist literature indicates – large quantities of flame retardants limit the combustibility of material, but at the same time increases its toxicity and smoke volume when burnt.
The results of cone calorimeter tests and bomb calorimeter, thermogravimetric analysis as well as data gathered by thermographic camera and LOI measurements indicated that all applied fire retardants systems diminished flammability of epoxy
resin. Comparing to unmodified Epidian 5 the prepared compositions revealed decrease in heat of combustion, increased oxygen index and decreased values of maximum heat release rates.
Melamine polyphosphate (MP) was found the most effective fire retardant among all tested compositions. The epoxy resin containing 10 wt% of MP was classified as a hardly flammable material. Moreover, the self-ignition of that sample was observed at significantly higher temperatures than that determined for raw epoxy resin.