пожаростойкое покрытие

Формула изобретения

Пожаростойкое покрытие, содержащее теплозащитные слои с закрепленным между нимим компонентом с эффектом памяти формы, который имеет свернутую (скрученную) форму при температурах выше температуры фазового перехода, отличающееся тем, что компонент с эффектом памяти формы выполнен в виде волокон на основе эквиатомного титано-никелевого сплава, каждая отдельная нить (проволока) отдельного волокна первоначально имеет хаотично скрученную плоскую форму, волокна сцеплены между собой, закреплены между теплозащитными слоями соединительными нитями, теплозащитные слои и волокна прошиты соединительными нитями свободными стежками, сплаву волокон задано фазовое превращение при расчетной температуре в хаотично скрученную объемную форму, теплозащитные слои и соединительные нити выполнены из термостойкого арамидного композита.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к специальному машиностроению, а именно к пожаростойким покрытиям, применяемым для защиты от высокотемпературных воздействий, открытого пламени различных объектов, для накрытия очага возгорания и лишения его доступа воздуха. Проблема повышения пожаростойкости объектов достаточно актуальна в связи с ростом объемов перевозок опасных грузов, реальностью террористических угроз, техногенных аварий, лесных пожаров и т.п.

Известно использование устройств предотвращения пожароопасных ситуаций: таких как средства пожаротушения в виде огнетушителей, покрытия пожароопасных объектов негорючими материалами, использование накидок, изготовленных на основе многослойных композиционных - металлических или волокнистых органических и неорганических соединений, имеющих в своем составе слоистое вспучивающееся огнезащитное покрытие [1, 2].

Известны устройства охлаждения, основанные на применении сплава с эффектом памяти формы со значительными экзо- и эндотермическими эффектами в них при охлаждении и нагреве в интервале мартенситных превращений [3].

Прототипом к заявляемому изобретению является слоистый композиционный материал, содержащий слои изолирующего материала с закрепленным между ними компонентом с эффектом памяти формы, который имеет свернутую (скрученную) форму при температуре выше температуры фазового перехода [4], позволяющий снижать температуру защищаемого объекта за счет уноса массы теплозащитного покрытия набегающим потоком воздуха.

Недостатками прототипа являются низкая эффективность практического применения (экзо- и эндотермических эффектов в них при охлаждении и нагреве в интервале мартенситных превращений [5]) ввиду: неопределенности условий первоначального скручивания и точного состава материала, которые можно понимать как случайно выбранные, а также наличие препятствий для свободного восстановления формы, стремящейся изменяться при нагреве компонента с эффектом памяти формы, находящегося в композите. Кроме того, прототип не предусматривает возможность индикации персоналу о перегреве материала.

При этом в технике возникает потребность с максимальной эффективностью обеспечить пожаростойкость объектов.

Данная задача может быть решена применением пожаростойкого покрытия, сущность которого поясняется чертежами. На фигуре 1 изображено пожаростойкое покрытие в исходном положении до начала фазовых превращений в сплаве с эффектом памяти формы, на фигуре 2 - внешний вид пожаростойкого покрытия после окончания фазового превращения в сплаве с эффектом памяти формы.

Пожаростойкое покрытие содержит теплозащитные слои 1 с закрепленным между ними компонентом с эффектом памяти формы, который имеет свернутую (скрученную) форму при температурах выше температуры фазового перехода. Компонент с эффектом памяти формы выполнен в виде волокон на основе эквиатомного титано-никелевого сплава, каждая отдельная нить (проволока) отдельного волокна первоначально имеет хаотично скрученную плоскую форму. Волокна сцеплены между собой, закреплены между теплозащитными слоями соединительными нитями, теплозащитные слои и волокна прошиты соединительными нитями свободными стежками, сплаву волокон задано фазовое превращение при расчетной температуре в хаотично раскрученную объемную форму, теплозащитные слои 1 и соединительные нити 2 выполнены из термостойкого арамидного композита.

Пожаростойкое покрытие работает следующим образом: в обычном режиме эксплуатации или хранении покрытие находится в плотно сжатом плоском виде или в рулоне при температуре ниже значения начала фазового перехода (критической, ниже 80-90°С) [5].

При воздействии на пожаростойкое покрытие значительной тепловой нагрузки, превышающей расчетную, теплозащитный слой 1, контактирующий с огнем, постепенно прогревается и передает тепло волокнам 3 из материала с эффектом памяти формы, выполненного в виде тонких нитей (проволок) на основе эквиатомного титано-никелевого сплава. Волокна 3 нагреваются до достижения критической температуры начала фазового превращения в материале. Материал волокон 3 претерпевает фазовое превращение и изменяет свою форму, т.е. разворачивается и приобретает заданную хаотично скрученную объемную форму. При этом расстояние между изолирующими слоями 1 увеличивается до расстояния, которое ограничивается изменением формы проволок. Нити волокон раскручиваются и стремятся приобрести объемную форму. При этом значительная первоначальная деформация и силы трения отдельных проволок позволяют полностью восстановить форму до 60 80 процентов [5].

Объект нагревается до температуры, при которой происходит восстановление заданной по зависимости формы проволок волокон 3. Для сплава с эффектом памяти формы на основе, например, эквиатомной системы Ni-Ti эта температура для наиболее стабильных результатов восстановления составляет от 100 до 150°С и может быть выбрана и установлена в зависимости от диапазонов температур предполагаемого перегрева [3, 5].

Восстановление формы проволок волокон 3 из скрученной в раскрученную объемную форму обеспечивается силой термоупругости сплава и сопровождается термическим эффектом (в данном случае охлаждение на dT). dT=dH_п/C определяется энтальпией перехода dH_п и теплоемкостью сплава С [5]. Волокна 3 при нагреве выше критической температуры охлаждаются, становятся стоком избытка тепловой энергии, и удаляют на расчетное расстояние поле интенсивных температур от защищаемого объекта.

Пожаростойкое покрытие в режиме интенсивной терморегуляции (пожара) может работать ограниченное время, поглощая вполне определенное количество тепла. «Емкость» волокон, являющихся стоком тепла, пропорциональна количеству материала и может быть подобрана в соответствии с предполагаемыми перегревами.

Устройство эффективно при пожаре и предназначено для укрытия объектов от открытого пламени и высокой температуры, а также для накрытия очага возгорания и лишения его доступа воздуха. При этом в течение расчетного времени обеспечивает требуемый температурный режим и оперативный резерв времени для прибытия аварийно-спасательных команд.

После срабатывания покрытие приобретает волнообразную внешнюю форму и пассивно отводит тепло от объекта.

Значительные деформации внешнего изоляционного слоя покрытия могут служить индикатором для персонала о значительных температурах очага возгорания, что может эффективно снижать аварийность, особенно в авиации и на других мобильных и стационарных объектах.

Для приведения в исходную форму пожаростойкое покрытие охлаждают до температуры ниже 30-35°С и плотно сжимают [5]. Волокна пластически деформируются в плоскую форму, запомнив имевшие объемную форму. При отсутствии значительных прогаров покрытия, после сжатия, устройство вновь готово к работе.

Положительный эффект предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности, особенно, при тушении очагов возгорания с большим количеством теплоты, и улучшении эксплуатационных характеристик, ввиду возможности индикации персоналу о значительном нагреве. Положительный эффект обусловлен выполнением волокна из проволок со значительным скручиванием, степень которого определяется по расчетной зависимости, а также применением в качестве ограничителей соединительных нитей из арамидного композита [6].

Пожаростойкое покрытие отличается от прототипа усовершенствованной конструкцией, обеспечивающей более эффективную защиту техники в экстремальных тепловых режимах, например при пожарах или высоких температурах в замкнутых объемах, и достаточную стойкость к агрессивным средам.

Источники информации

1. Патент РФ № 2091424 от 30.06.95 г.

2. "Цистерны", Устройство, эксплуатация, ремонт. Справочное пособие, М.: Транспорт, 1990.

3. Патент РФ № 2242844 от 20.12.2004 г.

4. Патент US № 5804276 от 08.09.1998 г.

5. Эффект памяти формы в сплавах: Пер. с англ. Л.М.Бернштейна / Под ред. В.А.Займовского - М.: Металлургия, 1979 - 472 с.

6. Справочник по композиционным материалам. Под ред. Дж.Любина; Пер с англ. А.Б.Геллера, М.М.Гельмонта. - М.: Машиностроение, 1988.