Параметры токсичности продуктов горения материала. (Задача 3)

1. Задача 3 Расчет и прогнозирование параметров сравнительной токсичности продуктов горения материала по результатам экспериментальных изм

Задача 3
Расчет и прогнозирование параметров сравнительной
токсичности продуктов горения материала по результатам
экспериментальных измерений

2.

Потенциальная опасность неметаллических судостроительных
материалов, получаемых с использованием синтетических
высокомолекулярных связующих и полимерных матриц, связана с тем,
что они могут являться источником выделения низкомолекулярных
токсичных химических соединений в контактирующие с ними среды и
прежде всего в воздушную среду обитаемых (жилых и служебных)
помещений при нормальных и аварийных (загорание) условиях
эксплуатации.
При нормальных условиях эксплуатации из полимерных материалов
(ПМ) в зависимости от их состава и технологии получения могут
диффундировать в окружающую среду следующие химические вещества:

3.

низкомолекулярные остаточные основные исходные (мономеры);
выполняющие вспомогательные функции в процессе синтеза
(катализаторы, инициаторы, растворители, эмульгаторы);
вводимые в рецептуру полимеров для придания специальных свойств
(пластификаторы, стабилизаторы, порофоры, наполнители, красители
и т.п.), и продукты их химических превращений и деструкции;
примеси-загрязнители всех выше перечисленных компонентов.
ПМ при аварийных условиях (загорание, пожар) являются
источником выделения высокотоксичных продуктов их
термоокислительной деструкции, состав которых зависит от элементного
состава и особенностей термолиза полимерной композиции.

4.

Использование горючих неметаллических материалов для создания
обитаемых модулей транспортных средств связано с обеспечением
необходимого
комфорта
для
личного
состава,
длительное
время
находящегося в условиях искусственной среды обитания. Несмотря на
существующие ограничения по применению горючих материалов для
обитаемых помещений, граничные условия между безопасностью и
комфортом определяются путем компромиссного решения с учетом
уровня разработки и внедрения синтетических полимерных материалов с
заданными свойствами.
Полимерные материалы, имеющие сложный химический состав,
выделяют под воздействием высокой температуры и кислорода воздуха
разнообразные опасные для здоровья и жизни человека соединения, в
том числе и чрезвычайно токсичные. Загорание полимерного материала,
особенно
в
условиях
замкнутого
и
пространства, наиболее опасно для жизни.
ограниченного
экологического

5.

Это диктует необходимость отбора материалов, не только
удовлетворяющих
требованиям
обитаемости
применительно
к
нормальным условиям эксплуатации, но и с пониженной горючестью и
токсичностью при загорании.
Выбор ПМ, отвечающих требованиям безопасности для здоровья
человека в обитаемых жилых и служебных помещениях зданий,
сооружений и транспортных средств, осуществляется на основании
правил Федеральной Службы по надзору в сфере защиты прав
потребителей
и
благополучия
Минздрава Российской Федерации.
человека
(Роспотребнадзора)

6.

Классификация полимеров и их антипирированных
композиций по показателям токсичности продуктов
горения.
Существенным фактором, ограничивающим внедрение
разнообразных полимерных материалов, является их пожарная
опасность, обусловленная горючестью и сопутствующими
процессами. Пожарная опасность неметаллических материалов
и изделий из них определяется следующими характеристиками:
- горючестью (способностью материала загораться,
поддерживать и распространять процесс горения);
- дымовыделением при горении и воздействии пламени;
- токсичностью продуктов горения и пиролиза – продуктов
разложения материала под воздействием высоких температур и
кислорода воздуха;
- огнестойкостью конструкции, т.е. способность. сохранять
физико-механические (прочность, жесткость) и функциональные
свойства изделия при воздействии пламени.

7.

Необходимо иметь в виду, что перечисленные характеристики
пожарной опасности и горючести часто являются противоречивыми и
улучшение одного из свойств может сопровождаться ухудшением
других.
Следует
отметить,
что
введение
добавок,
снижающих
пожарную опасность полимерных материалов, обычно приводит к
некоторому
других
ухудшению
физико-механических,
эксплуатационных
и
технологических
диэлектрических
свойств,
а
и
также
повышение стоимости материала. Таким образом, снижение пожарной
опасности полимерных материалов является задачей по оптимизации
комплекса характеристик создаваемого материала.
При аварийных условиях (загорание, пожар) одна из главных
опасностей полимерных материалов заключается в том, что они
являются источником выделения высокотоксичных продуктов их
термоокислительной
элементного
композиции.
состава
деструкции,
и
состав
особенностей
которых
термолиза
зависит
от
полимерной

8.

Токсичность при горении базовых полимеров и материалов на их
основе определяется методами химико-аналитической расшифровки
состава продуктов горения и методами прямой токсикометрии с
использованием лабораторных животных.
В соответствии с ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность
веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их
определения» для технического надзора за изготовлением материалов
и изделий при постройке и ремонте судов по правилам Российского
Морского Регистра судоходства, наряду с другими показателями
пожароопасности,
определяется показатель токсичности продуктов
горения полимерных материалов. Показатель токсичности продуктов
горения НЛК50 (г . м-3) – отношение количества (массы) материала (г) к
единице
объема
испытательной
замкнутого
камеры,
в
пространства
котором
(м3)
образующиеся
специальной
при
горении
материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных
животных.

9.

Образцы материала (не менее 10 штук) размером (40х40) мм
фактической толщины, но не более 10 мм, испытывают в одном из
двух режимов:
- термоокислительного разложения (тления) при температуре на 50 0С
ниже температуры самовоспламенения ( Тсв )материала;
- пламенного горения при температуре 750 0С (плотность падающего
теплового потока на материал 65 кВт . м-2);
а именно в режиме, способствующем выделению более токсичных
смесей летучих веществ. Критерием выбора режима основных
испытаний
является
наибольшее
число
сравниваемых группах подопытных животных.
летальных
исходов
в

10.

Характерные температуры деструкции полимерных материалов
- 350 оС – температура активной термоокислительной деструкции
материалов без пламенного горения;
-
600 оС – температура пламенного горения или тления материалов (в
зависимости
от
их
свойств)
в
пределах
нижней
границы
температурного интервала самовоспламенения оксида углерода;
-
750 оС – температура активного пламенного горения, соответствующая
среднеобъёмной температуре пожара в помещениях

11.

При проведении основных испытаний в установленном режиме
находят ряд значений зависимости токсического действия продуктов
горения от величины отношения массы образца к объему установки.
Для получения токсических эффектов ниже и выше уровня 50%
летальности изменяют объем экспозиционной камеры при постоянных
размерах
образцов
эффекта
учитывают
материалов.
гибель
При
животных,
определении
наступившую
токсического
во
время
экспозиции, а также в течение последующих 14 суток.
Затравку животных проводят статическим способом. В каждом
опыте используют не менее 10 белых мышей массой (20±2) г.
Максимальная продолжительность экспозиции составляет 60 мин.

12.

Полученный
ряд
значений
зависимости
летальности
от
относительной массы материала используют для расчета показателя
токсичности Нлк50 (г . м-3). Расчет проводят с помощью вероятностного
статистического
анализа
или
других
способов
расчета
средних
смертельных доз и концентраций.
В зависимости от состава материала при анализе продуктов горения
определяют количественный выход оксида углерода, цианистого или
хлористого водорода, оксидов азота, альдегидов и других токсичных
химических продуктов термоокислительной деструкции.
Для оценки вклада основного токсичного продукта – оксида углерода,
присутствующего в составе продуктов термоокислительной деструкции
всех природных и синтетических полимеров, в токсический эффект
измеряют
животных.
содержание
карбоксигемоглобина
в
крови
подопытных

13.

При содержании карбоксигемоглобина в крови подопытных
животных 50% и более считают, что токсический эффект
продуктов горения обусловлен в основном действием оксида
углерода.
При прямой токсикометрии и использовании в качестве
интегрального показателя сравнительной токсичности величины
НЛК50, также проводят классификацию материалов по разрядам
сравнительной токсичности. По классификации ГОСТ 12.1.04489 условно
выделены
материалы чрезвычайно
токсичные,
высокотоксичные, умеренно токсичные и малотоксичные.
За рубежом, как правило, материалы подразделяют на
менее и более токсичные при горении, чем древесина.

14. Классификация материалов по величине интегрального показателя токсичности продуктов горения по ГОСТ 12.1.044-89 для времени экспозиции 60 мину

Классификация материалов по величине интегрального показателя токсичности
продуктов горения по ГОСТ 12.1.044-89 для времени экспозиции 60 минут
Классификация
материалов
Величина
НЛК50 (г . м-3)
для времени
экспозиции
60 минут
Величина загрязняемого
объема воздуха до
средне летальных
концентраций при
сгорании 1 г материала
Vз = 1/ НЛК50 (м3 . г-1)
Чрезвычайно
токсичный
менее 10
более 0,1
Высокотоксичный
10 - 30
0,03 – 0,1
Умеренно токсичный
30 – 90
0,01 – 0,03
Малотоксичный
более 90
менее 0,01

15.

Согласно части 2 «Испытание на дымообразование и токсичность»
«Международного кодекса по применению методов огневых испытаний»
принятому
MSC.61(67),
5
декабря
ANNEX
1996
6)
г.
Резолюцией
Комитета
по
61(67)
(RESOLUTION
безопасности
на
море
Международной Морской Организации (IMO) измерение показателей
токсичности проводится одновременно с измерением дымообразования в
соответствии со стандартом ISO 5659:1994. Испытаниям должны быть
подвергнуты по три образца размером 75х75 мм в каждом из следующих
режимов:
- воздействие постоянного теплового потока 25 кВт . м-2 в присутствии
запального пламени;
- воздействие постоянного теплового потока 25 кВт . м-2 в отсутствии
запального пламени;
- воздействие постоянного теплового потока 50 кВт . м-2 в отсутствии
запального пламени.

16.

При
измерениях
производится
во
токсичности
время
отбор
испытания
в
проб
дымовых
каждом
режиме
газов
из
геометрического центра камеры в течение трех минут по достижении
максимальной удельной оптической плотности дыма.
Критерием токсичности является не превышение концентрации
газов, измеренных в каждом режиме испытания, предельных значений,
указанных в таблице.

17. Предельные значения концентраций продуктов горения в режиме испытаний в соответствии с «RESOLUTION MSC.61(67), ANNEX 6»

Продукт горения
СО
HCN
HCl
HF
HBr
NOx
SO2
Предельные значения концентраций
ppm
(частей на миллион)
мг/м3
1450
140
600
600
600
350
120
1682
157
912
498
2022
669
319

18.

ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и
материалов. Номенклатура показателей и методы их
определения»
4.20. Метод экспериментального определения показателя
токсичности продуктов горения полимерных материалов:
– образцы материала (10 шт) размером (40х40) мм
испытывают в одном из двух режимов:
- термоокислительного разложения (тления) при температуре
на 50 0С ниже Тсв
- пламенного горения при температуре 750 0С;
полученный ряд значений зависимости летальности (%) белых мышей
самцов массой (20±2) грамм при фиксированном времени
экспозиции в пределах 5 – 60 минут (и в последующие 14 суток) от
отношения массы сжигаемого материала к объёму (0,1-0,2 м3)
установки (г/м3) используют для расчета показателя токсичности
НCL50 (г/м3).
показатель токсичности продуктов горения используют для
классификации материалов по 4 классам опасности

19.

20.

21. Справочная таблица перевода летальностей в пробиты

Летальность
(L) %
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Пробит ( Р )
3,04
3,72
4,16
4,48
4,75
5
5,25
5,52
5,84
6,28
6,96
Коэффициент
(В)
1,05
2,65
3,82
4,46
4,75
5
4,75
4,45
3.85
2,65
1,08
Насыщенность
(Н) г/м3

22.

23.

L = f (Н) ;
Нi . Вi
Вi
A0 =
(1)
Pi . Вi - Нi . Вi A1 + Нi2 . Вi A1 = Pi . Нi . Вi
Pi . Вi - Нi . Вi A1
4,01 - А0
A1
(5); Нлк84 =
Нлк84 - Нлк16
2
(8);
Нлк50 =
(3);
Вi
Нлк16 =
=
Рi = А0 + А1 . Нi
=
5,99 - А0
A1
N
(9)
5 - А0
(4)
A1
(6); Нлк10 =
(2)
3,72 - А0
A1
Н = Нлк50
(7)
(10)
Расчет параметра допустимого воздействия продуктов сгорания –
порога аварийного действия
Нпад = Нлк10 . М
(11)

24. Справочная таблица для определения коэффициента пересчета М

Элементный состав материала
Коэффициент пересчета М
С, Н, О
0,71
С, Н, О, N
0,57
С, Н, О, N, Г
0,29

25.

Л
0
е
10
г/м3
2
Андреева А.Д.
г/м3
33
Апарина А.И.
г/м3
43
Габриэль П.О.
г/м3
Загний С.С.
г/м3
Звада А.Е.
г/м3
72
Лаптев А.А.
г/м3
13
Лукьянчикова
г/м3
79
85
Лютая Е.С.
г/м3
41
55
Перепелкина
г/м3
32
Полонский Н.Г
г/м3
Пригожева Д.
г/м3
1
2
6
Рычанова К.В.
г/м3
30
44
57
Свищева Е.А.
г/м3
66
72
85
Серьянова Я.
г/м3
3
Силуанова М.
г/м3
2
Группа 535
Акимова А.О.
т
20
а
30
ль
40
н
50
3
о
60
(L) %
90
65
26
80
79
29
5
32
9
87
14
10
98
16
100
18
99
62
38
42
100
8
55
51
2
ть
80
5
45
24
с
70
105
78
42
48
48
54
5
60
9
69
99
7
3
10
8

26.

Летальность
(L) %
0
10
Сковородни кова А.А.
г/м3
2
Федоров Д.С.
г/м3
33
Гр. 535
20
30
40
60
70
80
3
90
80
65
24
26
79
29
5
9
92
41
10
94
13
14
100
18
85
99
55
78
32
42
42
6
105
48
54
2
100
8
45
43
Чернов Г.А.
50
60
9

27.

При разработке полимерных материалов пониженной горючести кроме
определения значения показателя токсичности продуктов горения
необходимо проводить сравнительную оценку горючести полимерных
композиций с использованием показателя «Кислородный индекс»,
определяемого по ГОСТ 12.1.044-89, и применяемого для сравнительной
оценки горючести пластмасс в определенных контролируемых условиях.
Использование кислородного индекса (КИ) для характеристики
относительной воспламеняемости полимеров, утверждено также
международным стандартом ASTMD 286-77.
Кислородный индекс характеризует минимальную объемную
концентрацию кислорода в потоке смеси кислорода с азотом,
необходимую для воспламенения в течение определенного времени или
распространения пламени на определенную длину в зависимости от того,
какое условие выполняется раньше.

28.

Сущность метода определения кислородного индекса по
ГОСТ 12.1.044-89 заключается в нахождении минимальной концентрации
кислорода в потоке кислородно-азотной смеси, при которой наблюдается
самостоятельное горение вертикально расположенного образца,
зажигаемого сверху.
Принимают, что материалы с КИ > 21 являются трудно
воспламеняемыми, а с КИ > 27 являются самозатухающими на воздухе.
За рубежом выделяют четыре группы сравнительной горючести в
зависимости от величины кислородного индекса: материалы
горючие (КИ ≤ 23),
ограниченно горючие (23 < КИ ≤ 28 ),
стойкие к действию пламени ( 28 < КИ ≤ 35 ),
особо стойкие к действию пламени (КИ >35).

29.

В настоящее время в химической промышленности на стадии
собственно синтеза производится около 4% готовых материалов,
остальные – на стадиях переработки и модификации. Основу
современных пластмасс, применяемых в различных отраслях
промышленности, составляют так называемые базовые полимеры не
более 20 наименований.
Далее рассмотрим классификацию по сравнительной горючести
(по КИ) и сравнительной токсичности (по Нлк50) природных и
синтетических базовых полимеров, широко используемых и
перспективных полимерных матриц в качестве химической основы для
неметаллических материалов различного назначения.

30.

В таблицах заштрихованной областью охарактеризован
диапазон изменения параметров горючести и токсичности
исходных полимерных матриц, а не заштрихованной областью
показан диапазон положительного и отрицательного влияния
введения антипиренов и наполнителей в полимерную матрицу с
целью изменения её токсичности или огнестойкости:
• N, P, S, C - химические элементы и галогены (Г) в составе
неорганических антипиренов;
• R-CL, R-N, R-P, R-Г - химические элементы и галогены в
составе органических антипиренов;
• SiО2 - наполнители на основе стекла (стекловолокна,
стеклоткани, микросферы);
• SiMе - природные силикаты металлов (в том числе асбест,
базальт).

31.

32.

33.

Природный
полимерный
материал
Хлопок
Полиизопрен
Сахароза
Вискоза
Целлюлоза
Древесина
Шерсть
Класс сравнительной горючести по КИ
КИ ≤ 23
горючий
23 < КИ ≤ 28
ограниченно
горючий

34.

Из данных классификации следует, что подавляющее
большинство полимерных матриц относится к горючим, и
имеющим такую же предельную характеристику горения, как
природные материалы – хлопок, целлюлоза, сахароза,
натуральный каучук (полиизопрен) и древесина.
Природным трудновоспламеняемым материалом является
шерсть, огнезащищенность которой связана с высоким
содержанием в ней химического элемента азота (до 16%) :
• предельный кислородный индекс шерсти 24-25,
• теплота сгорания шерсти 20 МДж . кг-1,
• температура воспламенения шерсти 560 0С.

35.

К трудновоспламеняемым относятся эпоксидные матрицы,
высокоазотистые полимерные композиции для жестких
пенополиуретанов, матрицы на основе новолачных и резольных
фенолоформальдегидных и карбамидоформальдегидных смол
(олигомеров).
К самозатухающим на воздухе без воздействия
высококалорийных источников тепловой энергии относятся
отдельные типы фенопластов, поликарбонат, полиамид,
полиарамид, полифениленоксид.
Особой стойкостью к воздействию источников зажигания
отличаются только матрицы на основе поливинилхлорида,
полиимида и фторопласта, значительно превосходящие по
огнестойкости природные полимеры.

36. Классификация материалов по величине интегрального показателя токсичности продуктов горения по ГОСТ 12.1.044-89 для времени экспозиции 60 мину

Классификация материалов по величине интегрального показателя токсичности
продуктов горения по ГОСТ 12.1.044-89 для времени экспозиции 60 минут
Классификация
материалов
Величина
НЛК50 (г . м-3)
для времени
экспозиции
60 минут
Величина загрязняемого
объема воздуха до
средне летальных
концентраций при
сгорании 1 г материала
Vз = 1/ НЛК50 (м3 . г-1)
Чрезвычайно
токсичный
менее 10
более 0,1
Высокотоксичный
10 - 30
0,03 – 0,1
Умеренно токсичный
30 – 90
0,01 – 0,03
Малотоксичный
более 90
менее 0,01

37.

38.

39.

Из данных классификации следует, что подавляющее большинство
базовых полимерных матриц относится к разряду чрезвычайно токсичных
и высокотоксичных при горении, а их интегральные показатели НЛК50
находятся в пределах, ограниченных соответствующей величиной для
шерсти (относящейся к разряду чрезвычайно токсичных материалов при
горении) и показателем токсичности для вискозы и сахарозы
(относящихся к разряду умеренно токсичных материалов при горении).
При этом древесина и пиломатериалы (относящиеся к разряду
высокотоксичных при горении) в представленной классификации
занимают среднее положение.
Поскольку большинство полимерных матриц обладает низкой
огнестойкостью, актуальным является целенаправленное уменьшение их
пожароопасности. Наиболее значимым из средств, применяемых для
придания огнезащитных свойств полимерным материалам являются
антипирены и наполнители, вводимые в рецептуру полимерного
материала на стадии его синтеза или переработки.

40.

Снижение горючести полимерных матриц при введении
антипиренов и наполнителей реализуется в результате:
- изменения теплового баланса пламени за счет увеличения
различного рода теплопотерь;
- снижения потока тепла от пламени на полимер за счет создания
защитных слоев, например, из образующегося кокса;
- уменьшения скорости газификации полимера;
- изменения соотношения горючих и негорючих продуктов
разложения материала в пользу негорючих.
Кроме антипирирования, одним из эффективных способов
снижения горючести полимерного материала является введение в
полимер инертных наполнителей.

41.

Под инертными наполнителями понимают такие, которые не
оказывают существенного влияния на состав и количество продуктов
пиролиза полимеров в газовой фазе и величину коксового остатка в
условиях горения.
Инертные наполнители подразделяют на две группы:
- минеральные наполнители, устойчивые до температуры 1000 0С –
оксиды металлов, фториды кальция и лития, силикаты, технический
углерод и углеродные волокна и ткани, неорганическое стекло и
стеклянные волокна и ткани, порошкообразные металлы и т.п.;
- вещества, разлагающиеся при температурах ниже 400-500 0С с
поглощением тепла и обычно с выделением углекислого газа и/или
паров воды, аммиака – гидроксиды, карбонаты, гидрокарбонаты
металлов, аммонийфосфаты и т.д.

42.

Подбор антипиренов должен обеспечивать не только заданный
уровень огнестойкости, физико-химических и прочностных свойств,
но и минимизацию токсичности материала при горении.
Из представленных данных следует, что при антипирировании
имеет место антагонизм между эффектами изменения
сравнительной горючести и токсичности при горении, то есть
снижение горючести материала, как правило, приводит к
увеличению токсичности при его горении.

43.

При введении антипиренов на органической основе вне зависимости от
их химического состава и состава полимерной основы токсичность при их
горении как правило увеличивается. Это связано с появлением в составе
продуктов горения дополнительных высокотоксичных соединений в
результате термоокислительной деструкции самих антипиренов и
изменения в их присутствии химизма термоокислительной деструкции
полимерной матрицы, а также с проявлением эффектов
комбинированного действия.
Благоприятное однонаправленное изменение сравнительных
характеристик горючести и токсичности при горении, как правило,
достигается при использовании антипиренов-наполнителей на основе
неорганических соединений (солей, оксидов и гидроксидов), а также
стекла (стеклоткань, стеклонить, стеклосферы) и природных силикатов.

44.

Изменение интегрального показателя токсичности полимерной
матрицы при введении наполнителей на основе природных
силикатов до 50 % масс. может быть оценено из выявленного
соотношения, из которого следует, что сложение двух эффектов –
снижение выгораемой массы полимерной композиции и
уменьшение токсичности продуктов горения выгораемой массы,
достигается при введении такого наполнителя, который снижает
эффективную энергию активации термоокислительной деструкции
полимерной матрицы
НА ЛК50 = НЛК50 . Кв . [1 + D . exp( - В . Ке) – С] . ( КАв ) -1 =
= НЛК50 . Кв . (1 + Км) . ( КАв ) -1 ,

45.

где Кв и КАв - соответственно, относительные величины изменения
выгораемости исходной и антипирированной
наполнителем полимерной матрицы;
Ке - относительная величина изменения энергии активации
термоокислительной деструкции исходной полимерной матрицы
при введении наполнителя;
B, C, D - коэффициенты, характеризующие параметры
термоокислительной деструкции в зависимости от
температуры (таблица);
Кт - относительная величина изменения токсичности выгораемой
массы.
Ке = (ЕА - Е) . Е-1 ,
где ЕА , Е - соответственно, величины эффективных энергий активации
процесса термоокислительной деструкции антипирированной
наполнителем и исходной полимерной матрицы,
определяемые стандартными методами термического
анализа.

46.

Значения коэффициентов, характеризующих параметры
термоокислительной деструкции в зависимости от
температурных условий получения максимальной токсичности
продуктов горения полимерной матрицы
Условия получения максимальной
токсичности продуктов горения
B
C
D
Пламенное горение (800 0С)
6,8
0
0,138
Тление (600 0С)
6,7
0,3
0,269

47.

Изменение относительной величины токсичности выгораемой массы
Кт при тлении (600 0С) в зависимости от изменения относительной
энергии активации термоокислительной деструкции исходной полимерной
матрицы при введении наполнителей на основе природных силикатов
Полимерная матрица
Полиэфирная
смола
ПН-609-21М,
модифицированная ФОМ-2
Синтетический каучук СКИ-3
Резольная фенолоформальдегидная смола СФ-340А
Поливинилхлорид эмульсионный
стабилизированный ПВХ-Е-6250-Ж
Карбамидоформальдегидная смола КС-11
Фосфорорганический мономер ФОМ-2
Поливинилацетатная дисперсия ПВА
Пенополиуретан жесткий ППУЖ
Ке
Кт
Экспериментальные
данные
Расчет
0,35
- 0,28
-0,27
0,28
0,24
- 0,25
-0,27
- 0,26
-0,25
0,18
0,07
0,02
- 0,05
- 0,06
- 0,15
- 0,10
- 0,04
0,10
0,12
- 0,22
- 0,13
- 0,06
0,08
0,10

48.

В этой таблице в качестве примера приведено сопоставление
расчетных и экспериментальных данных об изменении относительной
величины токсичности выгораемых масс Кm для определения
интегральных показателей сравнительной токсичности НЛК50 при
температуре получения максимальной токсичности продуктов
термоокислительной деструкции исследованных полимерных матриц в
зависимости от изменения Ке при введении в полимерную композицию
антипирена-наполнителя. Представленные данных подтверждают, что
для тех полимерных матриц, после введения наполнителя в которые
снижается эффективная энергия активации термоокислительной
деструкции, достигается сложение двух эффектов – снижение выгораемой
массы композиции и уменьшение токсичности продуктов выгораемой
массы.

49.

В соответствии с ГОСТ 12.1.044-89 материал может быть
отнесен к группе негорючих, если наряду с другими критериями
потеря массы не превышает 50% в условиях пламенного
горения. В связи с оценкой токсичности отмечено, что
материалы, теряющие при горении более 50% массы, как
правило, относятся к разрядам сравнительно чрезвычайно
токсичных и высокотоксичных, и только теряющие менее 10 %
попадают в разряд сравнительно малотоксичных при горении.

50.

Максимальная
выгораемость
материала, %
Классификация материалов по показателю
токсичности продуктов горения
по ГОСТ 12.1.044-89
Чрезвычайно
токсичный
40 – 100
30 – 50
6–8
Высоко
токсичный
Умеренно
токсичный
Мало токсичный

51.

Как следует из данных таблицы основную массу
неметаллических материалов составляют в разной степени
токсичные при горении.
К умеренно токсичным при горении относятся, в основном,
материалы с высоким содержанием наполнителей
неорганической природы – стеклопластики,
стеклосферопластики, лакокрасочные покрытия,
вибродемпфирующие материалы.
Группу сравнительно малотоксичных при горении
материалов составляют материалы на основе неорганических
компонентов (асбест, цемент, базальт, стекло), в которых доля
органического связующего не превышает 6-8 %.

52.

Задача 4
Расчетное прогнозирование выделения Q (мг/г)
ведущих по токсичности продуктов сгорания СО, НСN
и НСL материалов по элементному составу - С, N, СL
(%
масс.)
и
температуре
материалов
Тсв
(0С)
и
показателей
сравнительной
самовоспламенения
по
классифицировать материалы.
ним
интегральных
токсичности
Нлк50
и

53. Прогнозирование выделения Q ( мг . г -1 ) ведущих по токсичности продуктов сгорания СО, НСN и НСL материалов по элементному составу (% масс.) и те

Прогнозирование выделения Q ( мг . г -1 ) ведущих по токсичности
продуктов сгорания СО, НСN и НСL материалов
по элементному составу (% масс.) и температуре
самовоспламенения (Тсв) материала ( 0С)
QСО = 304,73 + 19,89 С – 4,71 Тсв - 0,113 . С2 - 0,0174 . С . Тсв + 0,0089 . Тсв 2
QHCN = 0,235 N
при N 4%
(1)
(2)
QHCN = 14,12 + 9,58 N – 0,403 Тсв - 0,307 N2 - 0,0122 . N . Тсв +
1,09 . 10 - 3 . Тсв 2
(3)
QHCL = - 2693 - 36,8 СL + 28,4 Тсв + 0,04 . СL2 +
0,158 . СL . Тсв - 0,0679 . Тсв 2
(4)

54.

Прогнозирования показателя Нлк50 по выходу ведущих по
токсичности летучих продуктов сгорания возможно при выделении групп
полимерных материалов, характеризующихся однородным составом
химических элементов. Модель токсичности материалов при горении по
ведущему компоненту - оксиду углерода при одновременном воздействии
других продуктов сгорания имеет вид
Нлк50 = CLco50 . ( ∑i Кi . Qi ) - 1
где
CLco50 - эффективная средне летальная концентрация ведущего
по токсичности компонента смеси - оксида углерода
в составе продуктов сгорания полимерных материалов
для определенного времени воздействия ( мг . м - 3 );
Qi - выход при сгорании материала i- компонента (мг . г -1 );
Кi - безразмерный коэффициент вклада i-компонента в
средне летальный эффект токсичности оксида углерода
в составе продуктов сгорания.

55.

Для синтетических материалов на основе полимеров, в
элементный состав которых входят только углерод, водород и
кислород, величина Нлк50 для времени воздействия 60 минут
статистически адекватно прогнозируется по уравнению
Нлк50 = 3200 . (QCO ) - 1
Если в состав материала, кроме углерода, водорода и
кислорода, входят азот или хлор, величина Нлк50 может быть
вычислена по выходу при горении оксида углерода и цианистого
или хлористого водорода, соответственно, по уравнениям
Нлк50 = 2500 . (QCO + 10,8 QHCN ) -1
Нлк50 = 3100 . (QСO + 0,07 QHCL) -1

56.

Группа 527
Элементный состав (% масс.)
С
СL
N
Температура
Тсв ( 0С )
1
Бандзеладзе
69
24
280
2
Баранков
53
42
210
3
Бачи
58
38
230
4
Деменкова
63
35
250
5
Евстигнеева
67
29
270
69
25
290
6
7
Имамова
8
54
3,6
220
57
4,1
240
9
Кириллова
59
4,6
260
10
Палий
61
4,8
280
66
5,2
300
11
12
Пришляк
68
5,4
320
13
Пузанова
71
5,8
340
14
67
28
200
15
Соленикова
65
25
260
16
Филиппова
60
30
240
17
50
40
200
18
70
3,9
280
19
52
4,5
200
20
56
4,9
220
21
62
5,0
240

57.

Группа 5602
Элементный состав (% масс.)
С
СL
N
Температура
Тсв ( 0С )
1
Белецкая А.Г.
69
24
280
2
Вафина Л.В.
53
42
210
3
Видяева Е.В.
58
38
230
4
Ефимова Е.А.
63
35
250
5
Корябова А.Д.
67
29
270
6
Кузнецова Е.В
69
25
290
7
Наумова М.Н.
54
3,6
220
8
Ордынская Т.
57
4,1
240
9
Оя А.И.
59
4,6
260
10
Смирнова М.С
61
4,8
280
11
Шидлов М.А.
66
5,2
300
12
Шульц Ю.И.
68
5,4
320
13
71
5,8
340
14
67
28
200
15
65
25
260
16
60
30
240
17
50
40
200
18
70
3,9
280
19
52
4,5
200
20
56
4,9
220
21
62
5,0
240

58.

Задача 5
Прогнозирование образования НвСО в организме человека под
влиянием во вдыхаемом воздухе концентрации СО и
прогнозирование допустимой массы выгораемого материала
при условии под влиянием СО в продуктах сгорания не
превышения величины:
НвСО = 50% в организме человека под влиянием СО в продуктах
сгорания
НвСО = 40% под влиянием СО в продуктах сгорания
совместно с НСL
НвСО = 30% под влиянием СО в продуктах сгорания
совместно с НСN

59.

В общем виде накопление НвСО в организме человека можно
записать в виде модели
d НвСО
dt
= А(t) . СО(t) - B (t) . НвСО
(1)
где СО (t) - функция изменения концентрации СО в газовой
среде, мг/м3 ;
А (t) - функция изменения поступления СО в организм;
В (t) - функция изменения выведения НвСО из организма.

60.

Решение (1) в общем виде имеет вид (2)
- ∫ В(t) dt
НвСО = е
∫ В(t) dt
( ∫ А(t) . СО(t) е
dt + D)
(2)
где - постоянная интегрирования, определяется величиной НвСО
в крови в момент начала воздействия СО, например у курящих
может быть от 4 до 12 %.

61.

При постоянном объёме легочной вентиляции и постоянной
концентрации СО решение с учетом экспериментально
установленных коэффициентов имеет вид (3)
- 2,78 . t . 10-4
НвСО = 0,07 СО ( 1 - е
где НвСО [ % ]
СО
[ мг/ м3 ]
t
[ сек ]
)
(3)

62. Сопоставление результатов расчета по (3) с экспериментальными

Результаты экспериментальных измерений
СО, мг/ м3
Время
воздействия, t
НвСО, %
Расчет
НвСО, %
110
6,5 час
8 – 10
7,8
230
6,5 час
16 – 20
16,3
340
5,0 час
26 – 27
24,0
440 - 460
2,0 час
27 – 28
27,0 – 28,2
2300 – 3400
30-45 мин
64 - 68
> 64,3
3400 – 5700
20-30 мин
68 – 73
> 64,3
5700 --11500
2 – 5 мин
68 – 73
> 64,3

63.

Определение допустимой концентрации СО на путях эвакуации из
соотношения
- 2,78 . t . 10-4
НвСО = 0,07 . Ссо ( 1 - е
)
где НвСО [ % ] , Ссо [ мг/ м3 ] , t [ сек ]
Допустимая масса выгараемого материала для
времени эвакуации 15 минут
m = [( V + W) . СCO] . ( Qco ) - 1
V – объём аварийного помещения (50 м3 )
W – объём путей эвакуации (1000 м3 )
Qco – удельное выделение при горении СО ( мг . г -1 )

64.

65.

Задача 6
Определение допустимых параметров на путях
эвакуации при чрезвычайной ситуации – аварийное
возгорание

66.

1. Допустимая выгораемая масса материала для
замкнутого двухъярусного помещения:
V – объём аварийного яруса (м3 );
W – объём смежного яруса (м3 );
на нижнем ярусе
Ндн = Нпад (W + V) . V-1
на верхнем ярусе
Ндв = Нлк50 (W + V) . V-1
2. Необходимое разбавление продуктов сгорания в
смежных помещениях
Н – проектная насыщенность помещения
материалом (кг/м3 )
Р = Н / Нпад

67.

3. Необходимая кратность вентиляции на путях
эвакуации - Кн ( 1/час )
V – объём аварийного помещения (50 м3 )
W – объём путей эвакуации (1000 м3 )
Та - время эвакуации (0,25 часа)
Кп - коэффициент равномерности перемешивания
Нпад . Та (1 + (W . V-1)
. К = е –К
1-
Н
Кн = К . Кп -1
Та

68.

Конец

69.

Группа 527
1
Бандзеладзе
2
Баранков
3
Бачи
4
Деменкова
5
Евстигнеева
6
7
Имамова
8
9
10
Кириллова
Палий
11
12
Пришляк
13
Пузанова
14
15
Соленикова
16
Филиппова
Пропущено
Зачет