CC BY
18
УДК 614.841
ОЦЕНКА ПОЖАРООПАСНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИНТЕРЬЕРНЫХ ТКАНЕЙ
О. Е. СТОРОНКИНА, Т. А. МОЧАЛОВА
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново Е-mail: [email protected], [email protected]
В представленной работе проанализированы пожароопасные показатели интерьерных тканей на основе определения кислородного индекса, температуры самовоспламенения, исследований на воспламеняемость, распространение пламени и термогравиметрических измерений.
Ключевые слова: интерьерные ткани, температура самовоспламенения, кислородный индекс, распространение пламени, термогравиметрический анализ, пожарно-техническая экспертиза.
ASSESSMENT OF FIRE HAZARDOUS INDICATORS OF INTERIOR FABRICS
O. E. STORONKINA, T. A. MOCHALOVA
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education
«Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo Е-mail: [email protected], [email protected]
The article provides an analysis of the fire hazard properties of household textiles based on the determination of the oxygen index, autoignition temperature, flammability and flame propagation studies.
Key words: textiles, autoignition temperature, oxygen index, flame spread, fire-technical expertise.
Наибольшую пожарную опасность в интерьере квартир, офисов, объектов социально-культурного назначения представляют текстильные материалы. Они используются для изготовления элементов мягкой мебели, постельных принадлежностей, ковровых изделий, штор и т.д.
Практически все текстильные материалы являются горючими. Кроме того, большинство из них способны воспламеняться при воздействии источников зажигания малой мощности и распространять пламя по поверхности. Поэтому часто пожары в помещениях начинаются с воспламенения изделий из текстиля.
В связи этим, при проведении судебной пожарно-технической экспертизы стали возникать вопросы не только о причине возникновения и расположении очага пожара, но и о параметрах пожара, обусловленных пожароопасными свойствами текстильных материалов, к которым относятся - группа горючести веществ и материалов, воспламеняемость,
© Сторонкина О. Е., Мочалова Т. А., 2021
скорость распространения горения, наличие огнезащитной обработки1.
Определение показателей пожарной опасности веществ и материалов проводится по стандартным методикам в том случае, когда необходимые для эксперта данные отсутствуют в справочниках или когда в материалах дела необходимые данные имеются, но их достоверность по каким-либо причинам вызывает сомнение. Кроме этого, данные по пожароопасным характеристикам могут понадобиться при анализе влияния внешних факторов на вероятность возникновения возгорания и последующего развития горения.
В данной работе в качестве объектов исследования были выбраны образцы современных интерьерных тканей (производство Китай) сложной структуры, состоящие из синтетических волокон, применяемые при производстве мягкой мебели.
1
Федеральный закон «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» от 22.07.2008 № 123-ФЗ (с изменениями и дополнениями).
Одним из наиболее универсальных показателей горючести полимеров, волокнистых материалов, тканей и изделий из них является значение кислородного индекса (КИ)2. 45 Его величина определяется процентным содержанием кислорода в окружающей атмосфере, при котором материал начинает поддерживать свечеобразное устойчивое пламенное горение. В воздухе содержание кислорода составляет 21 %. Таким образом, если значение КИ для исследуемого материала окажется менее 21 %, этот материал будет поддерживать самостоятельное горение.
Испытания проводились на лабораторной установке Oxygen Index Module (Concept Equipment Ltd, UK) при температуре окружающей среды (20±2)°С. Образец закрепляли в вертикальном положении в держателе в центре колонки так, чтобы верхний край образца находился на расстоянии не менее 100 мм от верхнего края колонки. Приборы для измерения давления и расхода газов отрегулировали таким образом, чтобы газовый поток в колонке имел скорость (40±10) мм/с. Перед испытанием система продувалась газовой смесью в течение 30 с до установления постоянной концентрации кислорода. Результаты проведенных исследований представлены в табл. 1.
Проведенные испытания по определению кислородного индекса показали, что при концентрации кислорода в потоке кислородно-азотной смеси для ткани «Энигма» (21,8 %), ткани «Форест» (20 %) и ткани «Флок-софт» (23 %) наблюдалось самостоятельное горение вертикально расположенных образцов, зажигаемых сверху.
Испытания на воспламеняемость инте-рьерных тканей проводили на установке Flame Resistance (Gibitre Instruments S.r.l., Italia) в соответствии с ГОСТ Р 50810-95, устанавливающим метод определения способности текстильных материалов сопротивляться воспламенению, устойчивому горению, а также оценки их огнезащитности .
При проведении исследований было использовано 16 образцов размером 220х170 мм (8 - с ориентацией по основе и столько же по утку). Для дублированных тканей образцы исследовались с двух сторон. Образец ткани закреплялся на рамке таким образом, чтобы ниж-
няя кромка образца выходила за нижнюю шпильку на 5 мм. Горелка устанавливалась под углом 60° к горизонтали, что обеспечивало контакт пламени с нижней кромкой образца. Время воздействия пламени на каждый образец составляло 5 с. Далее испытания проводили последовательно еще на 5 образцах в направлении основы и на 5 образцах в направлении утка, используя условия зажигания, при которых были получены устойчивое горение и наибольшая длина обуглившегося участка.
В ходе испытаний регистрировались следующие параметры: время остаточного горения, длина выгоревшего участка поверхности образца, наличие загорания или тления хлопчатобумажной ваты от падающих частей или горящих капель испытуемого образца (табл. 2). По окончанию испытаний измерялась длина обугленного участка.
По результатам проведенных испытаний выявлено, что воспламенение исследуемых образцов не вызывало затруднений, все образцы без исключения поддерживали самостоятельное горение, при горении плавились, образуя горящие капли, которые воспламеняли подстилающую хлопчатобумажную вату. В реальных условиях пожара данная особенность материалов может способствовать распространению горения и увеличению площади пожара.
Температуру самовоспламенения образцов интерьерных тканей измеряли на установке ОТП (Метротекс, Россия) в соответствии с методикой [1] на базе СЭУ ФПС ИПЛ по Ивановской области. Сущность метода состоит в определении температуры, при которой происходит воспламенение образца при контакте продуктов термического разложения с источником зажигания [2, 3]. Метод реализуется в диапазоне температур от 25 до 600°С. При проведении испытаний рабочую камеру нагревали до температуры, превышающей на 200°С температуру начала разложения исследуемого вещества (материала). После установления в рабочей камере стационарного температурного режима, извлекали из камеры контейнер, заполняли его образцом за время не более 15 с и опускали внутрь камеры. Наблюдали за образцом с помощью зеркала. Если при заданной температуре испытания наблюдалось самовоспламенение, то следующее испытание проводилось при меньшей температуре. Если в течение 20 мин или до момента полного прекращения дымовыделения самовоспламенение не происходило, испытание прекращалось, и в протоколе отмечался отказ. Полученные результаты представлены в табл. 3.
2 ГОСТ 12.1.044-89 Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
3 ГОСТ Р 50810-95 Пожарная безопасность текстильных материалов. Ткани декоративные. Метод испытания на воспламеняемость и классификация.
Таблица 1. Показатели кислородного индекса для исследованных образцов тканей
Номер образца Описание образца КИ, % об.
1 Ткань «Энигма», состав: 100 % полиэстер; поверхностная плотность - 310 г/м2 21,8
2 Ткань «Форест», состав: нейлон - 17%, полиэстер - 65 %, акрил - 18 %; поверхностная плотность - 340 г/м 20
3 Ткань «Флок-софт», состав: полиэстер - 65 %; хлопок - 35 %; поверхностная плотность - 300 г/м2 23
Таблица 2. Оценка результатов на воспламеняемость
Регистрируемые параметры Номер образца
1 2 3
Время зажигания с поверхности, с - - -
Время зажигания с кромки, с 1,5 1,5 5
Время самостоятельного горения, с 32 32 40
Прогорание до кромки, с 30 30 36
Воспламенение хлопчатобумажной ваты + + +
Длина обугленного участка, мм 220 220 220
Поверхностная вспышка - - -
Таблица 3. Значения температур самовоспламенения и времени воспламенения
образцов интерьерных тканей
Номер образца Наименование ткани Результаты эксперимента
1 Ткань «Энигма» U = 525°С, т = 60 с
2 Ткань «Форест» ten = 530°С, т = 40 с
3 Ткань «Флок-софт» U = 535°С, т = 50 с
Несмотря на высокие значения температур самовоспламенения, горение исследуемых образцов интерьерных тканей сопровождалось выделением большого количества плотного черного дыма и резкого запаха.
Наряду с перечисленными методами нами дополнительно были проведены термические испытания выбранных образцов тканей. Эти данные позволяют более полно оценить пожарную опасность текстильных материалов.
Первые работы, посвященные использованию термогравиметрического анализа непосредственно для определения пожароопасных характеристик веществ и материалов, были проведены в конце XX века [4]. Для этого выявлялись корреляционные связи общепринятых пожароопасных характеристик веществ, которые определялись с помощью стандартных методов, с характеристиками, полученными методом ТГА (термогравиметрический анализ).
Термогравиметрический метод исследования и анализа, основан на регистрации изменения массы образца в зависимости от его температуры в условиях программированного изменения температуры среды [5]. Испытания проводились на термическом анализаторе SETSYS Evolution (Setaram Instrumentation, France). Общий вид термогравиметрических кривых для исследуемых интерьерных тканей представлен на рис. 1, 2 и 3. Полученные кривые отображают следующие параметры:
1 - термогравиметрическая зависимость (TG, мг), показывающая потерю массы образца по мере увеличения температуры;
2 - дифференциальная термогравиметрическая зависимость (DTG, мг/мин), характеризующая скорость изменения массы образца с ростом температуры.
Рис. 1. Термогравиметрические кривые для образца ткани «Энигма»
Рис. 2. Термогравиметрические кривые для образца ткани «Флок-софт»
Рис. 3. Термогравиметрические кривые для образца ткани «Форест»
Из рис. 1-3 видно, что начало термического разложения образцов тканей «Энигма», «Флок-софт» и «Форест» происходит при 408 -413°С (кривые 1). Процесс термоокислительной деструкции протекает в интервале температур от 408 до 458°С и сопровождается большой потерей массы, от начального значения, у всех трех образцов, составляя от 79 до 81%. Наиболее наглядными являются дифференциальные термогравиметрические зависимости (ДТГ). Характер кривых 2 показывает, что максимальная скорость термического разложения для ткани «Энигма» имеет место при температуре 438,3°С; для ткани «Флок-софт» эта температура составляет 438°С, а для ткани «Форест» - 430°С и 438°С, это вероятно объясняется тем, что два волокнообразующих полимера из трех (нейлон, полиэстер), используемых при производстве данного вида ткани, имеют одинаковую температуру плавления.
Скорость термического разложения образцов при указанных температурах для ткани «Энигма» составляет 17,99 %/мин, для ткани «Флок-софт» - 17,83 %/мин и для ткани «Форест» - 17,21 %/мин. Наличие пиков на кривых 2 свидетельствует о протекании термоокислительной деструкции с образованием газообразных продуктов. В условиях пожара в дан-
ном температурном интервале можно предполагать возникновение пламенного горения исследуемых материалов [6].
Методом термогравиметрии получена информация, дающая представление о характере поведения исследуемых тканей при нагревании, а результаты полученных термограмм показывают принципиальную возможность использования термического анализа для оценки пожароопасных свойств текстильных материалов.
Проведение испытаний на определение кислородного индекса, температуры самовоспламенения, исследований на воспламеняемость, распространение пламени и термогравиметрического анализа у интерьерных тканей позволило более полно оценить пожарную опасность исследуемых материалов.
Полученные экспериментальные значения показателей пожарной опасности инте-рьерных тканей являются важными оценочными характеристиками, позволяющими сделать выводы об их способности к возгоранию и распространению горения при воздействии тех или иных источников тепла, что представляет практический интерес для сотрудников и работников, осуществляющих экспертную деятельность.
Список литературы
1. Шебеко Ю. Р., Горшков В. И., Ко-рольченко И. А. Методика определения условий теплового самовозгорания веществ и материалов. М.: ВНИИПО, 2004. 67 с.
2. Кулаков А. С., Сторонкина О. Е., Мо-чалова Т. А. Исследование температуры самовоспламенения образцов текстильных материалов в целях пожарно-технической экспертизы // Наука как призвание: теория и практика: материалы междисциплинарной научно-практической конференции с международным участием. Москва, 2020. С.165-168.
3. Таратанов Н. А., Сторонкина О. Е., Мочалова Т. А. Формирование базы данных по температуре самовоспламенения текстильных материалов в целях СПТЭ // Молодые учёные в решении актуальных проблем безопасности: сборник материалов IX всероссийской научно-практической конференции. Железногорск, 2020. С.232-235.
4. Parausani V., Barca Fr., Rizescu E. Determinarea punctelor de aprindere ale unor combustibili solizi prin metode de analizu termod-ifferentiala si termogravimetrica. Chimie Analitica, 1971, vol 1, no 3, pp. 152-154.
5. Ивлев В. И., Фомин Н. Е., Юдин В. А. Термический анализ. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2017. 44 с.
6. Андреева Е. Д. Применение термического анализа при исследовании и экспертизе пожаров: Методическое пособие. М.: ВНИ-ИПО, 2012. 60 с.
References
1. Shebeko U. R., Gorshkov V. I., Korol'chenko I. A. Metodika opredeleniy usloviy teplovogo samovozgoraniy veshestv i materialov [Method for determining the conditions of thermal spontaneous combustion of substances and materials]. M.: VNIIPO, 2004, 67 p.
2. Kulakov A. S., Storonkina O. E., Mo-chalova T. A. Issledovanie temperatury samo-vosplameneniy tekstil'nyh materialov v celyah pogarno-tehnicheskoy ekspertizy [Investigation of the self-ignition temperature of samples of textile materials for the purpose of fire-technical expertise]. Nauka kak prizvanie: teoriy i praktika: mate-rialy megdisziplinarnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, M., 2020, pp. 165-168.
3. Taratanov N. A., Storonkina O. E., Mo-chalova T. A. Formirovanie bazy dannyh po temperature samovosplameneniy tekstil'nyh materialov v celyah SPTY [Formation of a database on
the autoignition temperature of textile materials for the purpose of SPTE]. Molodye ucyenye v resh-enii aktual'nyh problem bezopasnosti: sbornik ma-terialov IX vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, Geleznogorsk, 2020, pp. 232-235.
4. Parausani V., Barca Fr., Rizescu E. Determinarea punctelor de aprindere ale unor combustibili solizi prin metode de analizu termod-ifferentiala si termogravimetrica. Chimie Analitica, 1971, vol 1, no 3, pp. 152-154.
5. Ivlev V. I. Fomin N. Ye., Yudin V. A. Termicheskij analiz [Thermal analysis]. Saransk: izd-vo Mordovskogo un-ta, 2017, 44 p.
6. Andreeva E. D Primenenie termich-eskogo analiza pri issledovanii i ekspertize poga-rov: Metodichyeskoe posobie [The use of thermal analysis in the study and examination of fires: Methodological guide]. M.: VNIIPO, 2012, 60 p.
Сторонкина Ольга Евгеньевна
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
кандидат химических наук, доцент кафедры
E-mail: [email protected]
Storonkina Ol'ga Evgen'evna
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of
State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination
of Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo
candidate of chemical sciences, associate professor
E-mail: [email protected]
Мочалова Татьяна Александровна
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново
кандидат биологических наук, заместитель начальника кафедры E-mail: [email protected] Mochalova Tatjana Aleksandrovna
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Russian Federation, Ivanovo
candidate of biological sciences, deputy head of department E-mail: [email protected]
