аэрозольгенерирующий энергетический полимерный композит для систем объемного пожаротушения

Формула изобретения

Аэрозольгенерирующий энергетический полимерный композит для систем объемного пожаротушения, содержащий нитрат калия, технический углерод, связующее, отличающийся тем, что он содержит целлюлозу, или древесную муку, или их смеси, а в качестве связующего - сополимер винилацетата с этиленом и идитол при следующем содержании компонентов, мас.%:

Сополимер винилацетата с этиленом - 6-10

Идитол - 1-9

Целлюлоза или древесная мука или их смеси - 9-14

Технический углерод - 2-10

Нитрат калия - Остальноег

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области аэрозольгенерирующих энергетических конденсированных материалов для систем объемного тушения пожаров.

На сегодняшний день известно большое количество аэрозольобразующих огнетушащих составов (АОС), отличающихся как по составу, так и по способу их переработки. В указанных системах пожаротушения используют составы пиротехнического типа или полимерные композиты, перерабатываемые методом экструзии, продукты горения которых, поступая в зону пожара, осуществляют его тушение. Настоящее изобретение относится ко второму типу составов. Из известных способов переработки АОС наиболее производительным является экструзионный.

Из АОС на основе термопластичных полимеров, которые перерабатываются экструзионным способом при повышенных температурах, известны составы на нитроцеллюлозном связующем. Одним из аналогов является состав [1], содержащий в качестве пластификатора динитроэтиленгликоль, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Нитрат калия - 40-70

Технический углерод - 4,5-9,5

Гексоциано(III)феррат калия - 0,2-10

Дифениламин - 0,5-2,0

Масло индустриальное - 0,5-2,0

Стеарат цинка - 0,02-1,0

Фторопласт - 0,1-4,0

Нитрат целлюлозы, пластифицированный динитроэтиленгликолем - 2-55

Данный состав имеет ряд недостатков, свойственных составам на основе нитратов целлюлозы, которые подробно описаны ниже при описании прототипа. Основной из них - низкая термическая стабильность. В случае аналога данный недостаток усиливается низкой термической стабильностью пластификатора. Кроме того, существенным недостатком является его высокая опасность в изготовлении и эксплуатации, так как, по сути, он является мощным взрывчатым материалом.

Наиболее близким к предлагаемому является выпускаемый в промышленных масштабах состав [2], содержащий окислитель - нитрат калия, горючее - технический углерод, связующее - пластифицированный нитрат целлюлозы, стабилизатор химической стойкости - дифениламин, технологические добавки, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Нитрат калия - 40-70

Технический углерод - 5-15

Дифениламин - 0,5-2,0

Индустриальное масло - 0,5-2,5

Стеарат цинка - 0,02-0,5

Нитрат целлюлозы, пластифицированный триацетином - Остальное

Основным недостатком данного состава является его низкая термическая стойкость, ограничивающая верхний температурный предел применения, который не превышает 85-90^oС.

С одной стороны, низкая термическая стойкость данного состава обусловлена наличием в нем компонентов с достаточно высокой упругостью пара: индустриального масла (технологическая добавка) и пластификатора нитроцеллюлозы - триацетата глицерина, способных улетучиваться из состава при повышенных температурах эксплуатации. Это приводит к растрескиванию зарядов из данного состава, возможности перехода их горения во взрыв, снижению пожаротушащей эффективности, изменению других эксплуатационных характеристик.

С другой стороны, отмеченный недостаток определяется низкой термической стабильностью полимерной основы состава - нитрата целлюлозы.

Кроме того, температура продуктов горения состава выбранного прототипа составляет ~1450^oС, что требует использования в конструкции генератора специального охлаждающего наполнителя [3].

Задачей изобретения является разработка новых составов, обеспечивающих расширение температурного интервала эксплуатации, снижение температуры горения при сохранении огнетушащей способности составов, содержания токсичных продуктов (окиси углерода) на уровне прототипа. Кроме того, они должны перерабатываться экструзионным способом.

Для решения поставленной задачи был разработан состав, содержащий нитрат калия, технический углерод, связующее, в котором он содержит целлюлозу, или древесную муку, или их смеси, а в качестве связующего - сополимер винилацетата с этиленом и идитол при следующем содержании компонентов, мас.%:

Сополимер винилацетата с этиленом - 6-10

Идитол - 1-9

Целлюлоза, или древесная мука, или их смеси - 9-14

Технический углерод - 2-10

Нитрат калия - Остальное

Используемое связующее позволяет перерабатывать высоконаполненную композицию экструзионным способом без применения пластификаторов, способных улетучиваться при повышенных температурах. Сополимер винилацетата с этиленом (СЭВ) с добавкой идитола позволил существенно улучшить термическую стойкость пожаротушащих составов и повысить верхний температурный предел их эксплуатации до 100-110^oС. Кроме того, найденные сочетания компонентов связующего и их соотношение позволили перерабатывать состав без пластификаторов.

Предлагаемый состав при различных соотношениях компонентов был изготовлен и испытан в условиях ИПХФ РАН. Его технические параметры в сравнении с прототипом приведены в таблице 1.

При изготовлении состава его компоненты смешивали, полученную смесь вальцевали при температуре 130-140^oС с целью ее дополнительной гомогенизации, а затем прессованием изготавливали образцы пожаротушащих составов в виде шнуров заданных размеров при температуре 140-150^oС. Образцы изготавливали как глухим прессованием, так и методом экструзии.

Исследования пожаротушащей эффективности были выполнены в соответствии с принятой методикой [3]. При этом в замкнутом объеме определяли минимальное количество аэрозольгенерирующего состава, сжигание которого обеспечивает надежное гашение пламени горящего углеводородного горючего.

Температура начала интенсивного термического разложения предлагаемого состава, определенная с помощью термогравиметрического анализа при нагревании со скоростью ^oС в минуту, составляет около 215^oС. Ускоренное старение предлагаемого состава ( 2 из таблицы 1) при температуре 120^oС в течение 30 суток, показало, что скорость горения и тушащая эффективность остаются без изменения (таблица 2). Состав, выбранный в качестве прототипа, в этих условиях самовоспламеняется через 10-15 часов

Указанные в формуле пределы содержания компонентов обусловлены нижеперечисленными причинами:

увеличение содержания сополимера винилацетата с этиленом выше 10% сопровождается превышением допустимого уровня окиси углерода в продуктах горения состава. Снижение содержания сополимера винилацетата с этиленом ниже 6% ухудшает реологические характеристики состава, что делает невозможным его переработку экструзионным методом;

увеличение содержания идитола выше 9% уменьшает огнетушащую эффективность состава ниже допустимого предела;

снижение содержания идитола ниже 1% приводит к неустойчивому горению предлагаемого состава;

увеличение содержания целлюлозы, или древесной муки, или их смеси выше 14% в составе приводит к ухудшению его реологических характеристик.

При содержании целлюлозы, или древесной муки, или их смеси ниже 9% не обеспечивается полнота сгорания состава и происходит падение тушащей эффективности;

увеличение содержания технического углерода выше 10% снижает устойчивость горения заряда из предлагаемого состава, а его уменьшение ниже 2% приводит к потере огнетушащей эффективности состава.

Кроме того, достоинством состава является то, что он более безопасен при переработке, эксплуатации и хранении. Это объясняется отсутствием в его составе нитрата целлюлозы, к которому предъявляются дополнительные требования по безопасности при переработке.

Источники информации

1. Патент РФ 2022589. Аэрозольный огнетушащий состав Б.П. Жуков, А.П. Денисюк, Б.М. Балоян и др.

2. Патент РФ 2006239. Аэрозольобразующий огнетушащий состав. /З.П. Пак, Б.П. Жуков, Н.А. Кривошеев, Е.Ф. Жегров и др.

3. В. Н. Аликин, Г.Э. Кузьмицкий, А.Е. Степанов. Автономные системы аэрозольного пожаротушения на твердом топливе. - Пермь: ПНЦ УрО РАН, 1998, 148 с.