горит или нет, степень горючести и другие характеристики пожароопасности теплоизолятора

Ни одно строительство не обходится без использования изоляционных материалов. Нередко дома утепляют при помощи вспененных полимеров, чей способ получения вызывает споры о пожарной безопасности. У всех на слуху пенополистирол, синонимом которого является торговая марка пеноплекс; горит или нет этот материал, волнует многих хозяев, выбирающих утеплитель для своего дома. Взглянем поближе на свойства пенополистирола (ППС), исследуем его горючесть и узнаем, насколько он опасен при пожаре.

Мнения об опасности утепления пенополистиролом весьма различны Источник lalafo.com

О материале

Пенополистирол относится к пенопластам, классу материалов, представляющих собой вспененные (ячеистые) пластические массы. В промышленных масштабах впервые его стали получать в Германии, в 1937 году, в СССР производство началось на два года позже.

Сырьем для ППС служит полистирол и другие полимеры. Технологический процесс основан на насыщении полимерной массы вспенивающим агентом с последующим нагревом массы паром. В результате гранулы полистирола увеличиваются в объеме, заполняют форму и спекаются, образуя форму готового изделия.

Существует другая технология, когда процессы идут при повышенной температуре и давлении. Вспененная масса выдавливается из экструдера, а материал, полученный методом экструзии, носит название экструзионного (или экструдированного) пенополистирола. Оба материала относятся к синтетикам, которым свойственна горючесть.

Заключительный этап производства ППС плит Источник piramida-stroi.ru

Способ получения

На сайтах компаний-поставщиков часто присутствуют близкие названия: пенополистирол (иногда экструдированный), пенопласт, пеноплекс, пенополиуретан и некоторые другие. Полезно понять — о чем идет речь в каждом случае.
Пенопластами называют класс полимеров (пластмасс), в которых между цепями органической матрицы содержатся ячейки с воздухом. Если микрополости соединены друг с другом, продукт называют поропластом.

Пенопласты получают смешиванием больших молекул полимера или средних молекул олигомера с твердыми газообразователями, легкокипящими жидкостями или инертным газом.

Существуют технологии, в которых газ образуется при химической реакции органического сырья. Форму вспененному продукту придают охлаждением или специальными приемами отверждения.

Пенополистирол – это результат вспенивания суспензии стирола пентаном или изопентаном. Первичный продукт имеет форму гранул. После нагревания гранулированные частицы вспениваются, затем спекаются.

Существует модификация пенополистирола, получаемая полимеризацией мономера. Образовавшийся полимер смешивают с добавками, образующими поры. Полученную смесь пропускают через экструдер.

В результате образуется вспененный полимер стирола с высокой плотностью. Экструдированный пенополистирол, часто называемый пеноплексом. Это продукт с хорошей теплоизолирующей способностью. Он может использоваться для утепления домов даже на Крайнем Севере.

Среди вспененных продуктов большой популярностью пользуется пенополиуретан, который известен также как поролон. Его получают вспениванием жидкой реакционной смеси мономеров с добавками кремнийорганических компонентов, пенообразователей (воды или фреона), веществ большой поверхностной активности.

Варьированием условий проведения процесса можно получать полимеры различной жесткости. Они обладают условно негорючими свойствами. Вспененные полиуретановые продукты с усиленной матрицей используют как утеплители.

Степени горючести строительных материалов

Выбор материала для утепления жилья хозяева делают на основе разных соображений. Одни, при ограниченном бюджете, ориентируются на стоимость, для других важен простой монтаж. Однако все, так или иначе, обращают внимание на стойкость к огню и экологичность строймата.

На просторах интернета встречаются разные, зачастую взаимоисключающие, мнения о горючести пенополистирола и пеноплекса в частности. Чтобы разобраться, где находится истина, необходимо начать с официальной классификации горючести.

Классы горючести (а также способы испытаний стройматов на восприимчивость к огню) устанавливаются на основе документации ГОСТ 30244-94. Классификация используется в дальнейшем для обеспечения пожарной безопасности. Строительные материалы подвергаются воздействию огня и, в зависимости от поведения, делятся на два вида: горючие (Г) и негорючие (НГ). Горючие стройматы, в свою очередь, образуют следующие группы:

• Слабогорючие (Г1). Самостоятельно такие материалы не горят (затухают), степень уничтожения не превышает 20 %, а дымовые газы не нагреваются выше 135°.

Свойства пожарной опасности строительных материалов Источник wp.com

• Умеренногорючие (Г2). Материалы этой группы способны гореть самостоятельно не более 30 секунд, при этом они уничтожаются огнем не более, чем на 50%, а газы не нагреваются выше 235°.
• Нормальногорючие (Г3). До затухания проходит не более 300 секунд, при этом газы успевают нагреться максимум до 450°, а материал – разрушиться на 50%.
• Сильногорючие (Г4). Самостоятельное горение продолжается дольше, чем 5 минут, остальные параметры превосходят значения предыдущего пункта.

Строительные материалы классифицируют и по другим свойствам, например, по воспламеняемости, по дымообразующей способности, по токсичности продуктов горения. Каждое из этих свойств делится на группы. Например, воспламеняемость строительных материалов делится на следующие категории: трудновоспламеняемые (В1), умеренновоспламеняемые (В2), легковоспламеняемые (В3).

ППС без антипиреновых добавок – сильногорючий материал Источник pro-uteplenie.ru

Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на утеплении домов

Расценки

В приведенной ниже таблице показана стоимость утеплителя различной толщины.

Марка	Толщина Пеноплекса, мм	Стоимость, рубли
Плита	м2	Упаковка	м3
31 для внутренних работ	50	110	150	1480	4300
10	190	270	2700	7750
31 С универсальный	50	160	215	1290	4500
10	290	390	2350	8100
35 цокольный	50	170	230	1340	4650
100	300	420	2400	8370
35 К кровельный	50	180	260	1470	5100
100	330	460	2700	9200
45 улучшенный	50	480	310	3570	6200
100	800	560	6450	11500

Цена упаковки Пеноплекса может значительно отличаться от приведенной в таблице, так как часто зависит от объема покупки материалов. Размер каждой плиты – 600 на 1200 мм.

Отзывы потребителей

«Утепляли свой дом Пеноплексом еще в начале 2000 годов. Так как размер дома и так был небольшим, решили монтировать снаружи, под штукатурку. Честно говоря, думал, через пару лет посыпется, уж больно неубедительной показалась плита и материал, из которого она сделана. Оказывается, зря, уже почти 15 лет прошло, штукатурка начала в некоторых местах отваливаться, а утеплитель держится достойно».

Андрей, Казань.

«В прошлом году я решил утеплять дачу. Бюджет довольно скромный, поэтому считал каждую копейку, долго выбирал между плитами и минеральной ватой. Облазил весь интернет, читал отзывы и мнения специалистов. Все говорило в пользу плит, хотя вата и дешевле. Решил, что скупой платит дважды. Пока что всем полностью доволен, зимой даже удалось немного сэкономить на отоплении».

Василий, Москва.

«Наша строительная бригада давно перешла на утеплители фирмы Пеноплекс. Так как работаем уже много лет, какие только материалы не перепробовали. Особенно неудобно клиентам в глаза смотреть, когда через пару лет встречаешь их, а они тебе говорят, что у них дома холодно, как на улице, а мы что можем сделать? Как начали с этими плитами работать, сразу проблема пропала, теперь за другие утеплители даже не беремся».

Константин, Санкт-Петербург.

«Лет пять назад муж решил лоджию под свой кабинет переоборудовать. Мы все стройматериалы вместе выбирали, и когда дело дошло до утеплителей, решили остановиться на этой марке. Купили самые тонкие плиты, так как на лоджии и так места мало, а там все равно тепло, хотя и трубы отопления туда не проводили. Однозначно, Пеноплекс – хороший утеплитель и мы им полностью довольны. Всем рекомендуем».

Наталья, Московская область.

«Никогда не читал отзывы в интернете и не верил им, а тут решил в бане крышу утеплить, все тепло на улицу уходило – топить устанешь. Начал искать подходящие плиты. Одни стоят дороже, чем моя баня, другие одним своим видом доверия не внушают. Короче, решил взять Пеноплекс. Размер как раз по кровле подошел, все сам сделал, теперь на растопку бани в два раза меньше дров уходит. Отличная вещь, одним словом».

Анатолий Сергеев, Новосибирск.

Степень горючести ППС

Рассказы про негорючий пенополистирол не соответствуют действительности, о чем свидетельствует присвоенный ему класс горючести Г4. И, хотя он не вспыхнет от горящего окурка, искр от точильного инструмента или раскаленного лезвия ножа, причиной воспламенения вполне может стать зажженная спичка, пламя паяльной лампы или искра автогена. Горение ППС описывается следующими характеристиками:

• Температура воспламенения лежит в пределах 210-440°C, разница определяется составом конкретной модификации синтетика.
• Температура пламени за короткое время повышается до 1200°C, поэтому материал способен усилить пожар.
• Горение сопровождается образованием токсичного дыма, состав которого также зависит от примесей. Объем выделяемых токсичных продуктов (циановодород, бромоводород) в 36 раз превышает объем выделений горящей древесины.

Всеми этими свойствами грешит пенополистирол класса горючести 4; по понятным причинам он не имеет сертификатов допуска для использования в строительстве.

Если убрать источник пламени, огонь затухает Источник ytimg.com

Ответ на вопрос, горит ли пеноплекс, также будет положительным, хотя это свойство оценивается по классу Г3-Г4. Многие производители снижают степень воспламеняемости и температуру горения с помощью добавления антипиренов; существуют добавки, снижающие интенсивность образования дыма. В большинстве случаев эффект достигается заменой газовой смеси в процессе производства: объем увеличивают не горючим, а углекислым газом.

Основные правила монтажа

Конечно же, в данном случае все зависит от того, что именно вы собрались утеплять. Хотя есть и общепринятые положения. Давайте сначала рассмотрим их:

1. между плитами материала не должно быть зазоров, размер которых составлял бы больше 2-3 мм;
2. все отдельные элементы должны быть надежно закреплены, в качестве такого хорошего крепежа могут быть использованы дюбеля;
3. применение гидроизоляционных прослоек необязательно: пенополистирол не впитывает влагу благодаря своей особой структуре;
4. также не нужно защищать материал от нагрузки, потому что для него уже характерна высокая прочность на сжатие.

Как видите, используя такие плиты, вы получаете массу преимуществ. При этом цена на Пеноплэкс 35 совсем невысокая.

Наружные стены

Чтобы утеплить наружные стены, плиты используемого вами утеплителя крепятся к несущим стенам с помощью тарельчатых дюбелей. Для вентиляции необходимо оставить небольшой зазор, а потом уже производить кладку из облицовочного материала. Преимущество Пеноплэкса в данном случае в том, что его установка не требует гидроизоляции, так как по краям плит размещены пазы, способствующие образованию мостиков холода.

Уложите плиты в каркас перегородки и обшейте его выбранным отделочным материалом (вагонка или гипсокартон). Такая перегородка будет надежно утеплена. При этом ее эксплуатационные характеристики также будут достаточно высокими.

А вот в данном случае вам уже нужно будет позаботиться о гидроизоляции фундамента. При этом черновое основание также должно очень хорошо подсохнуть.

Поверх наложенных вами гидроизоляционных слоев и приклеивается Пеноплэкс. Как это происходит? Итак, для всего процесса вам необходимо использовать специальный битумно-цементный клей. Просто нанесите его на поверхность плиты и приклейте ее. Уже после того, как работа будет завершена, фундамент можно засыпать землей.

! Такие плиты также могут быть использованы для надежного утепления части цоколя, что выступает над землей. Чтобы закрепить все отдельные элементы используйте тарельчатые дюбеля.

Про маркировку и законодательные тонкости

До 2009 года горючие ППС, в которые добавлялись антипирены, получали маркировку Г1. В мае 2009 года вступил в действие федеральный закон ФЗ-123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Он изменил методику, по которой строительные материалы распределялись по группам горючести.

По совокупности своих характеристик все утеплители на основе полистирола теперь классифицируются не выше Г3. Это связано с тем, что по новым правилам, материалы групп Г1-Г2 не могут образовывать капли расплава.

Пенополистирольные плиты разрешены к использованию в строительстве Источник 1-teplodom. ru

Вывод

Главное, нужно запомнить, что покупка утеплителя, обработанного антипереном, не гарантирует полной пожарной безопасности. Для сохранения всех его противопожарных свойств, нужно учитывать необходимые инструкции по установке и обработки. Чаще всего, экструдированный пенополистирол используют для утепления пола, цоколя и фундамента. Для утепления стен и фасадов использовать его категорически запрещено. Именно из-за пожароопасности, этот утеплитель нельзя использовать во всех сферах строительства. К счастью, производители постоянно работают над ее улучшением, использую различные технологии производства и обработку утеплителя защитными веществами. В скором времени, пеноплекс обретет все необходимые качества для широкого использования в сфере утепления жилых и производственных помещений.

Насколько опасен пеноплекс

Между продавцами и покупателями нередко возникает недопонимание. Когда покупатель интересуется, пеноплекс – горючий материал или нет, продавец может сказать, что утеплитель является стойким к огню стройматом. Он будет прав, если плиты относятся к классам Г1-Г3, и в них добавляют антипиреновую пропитку, делающую материал самозатухающим.

Однако и в этом случае полимер не устоит перед огнем: поверхность будет плавиться, а в воздух попадут продукты горения. И, хотя, технология производства ППС была усовершенствована, а горючий газ был заменен углекислым, опасность для здоровья все же остается. При горении в числе прочего выделяется сажа и хлороводород, а их вдыхание может вызвать приступ удушья, в редких случаях – отек легких.

Поэтому вспененный ППС можно отнести к негорючим только условно, подразумевая его хорошую сопротивляемость возгоранию. Покупатели нередко воспринимают название буквально, и считают, что продавец их обманывает, хотя одно и то же понятие они истолковывают по-разному.

Пенополистирол выделяет дым в любом случае Источник yandex.net

Полиуретан

Ближайший сосед по рейтингу утеплителей – пенополиуретан, сделан из разных мономеров: изоцианата и многоатомного спирта.
В отличие от негорючего полимеризованного стирола полиуретан содержит азот. Теоретически этот факт позволяет говорить о его большей термостабильности. При соединении мономеров под действием воды выделяется углекислый газ. Он обладает абсолютно негорючими свойствами.

Объем газа в жестких видах пенополиуретана достигает 90%. Материал очень легкий, значительно в большей мере термостойкий, чем пенопласт.

Негорючие свойства усиливаются при добавлении в спиртовую составляющую антипиренов. В настоящее время этот компонент является обязательным при производстве утеплителей. Информации о принадлежности продукции из вспененного полиуретана к классу Г2, тем более к Г3, можно верить.

Коротко о главном

Искусственные материалы всегда вызывают опасения с точки зрения их пожаробезопасности. То, какую опасность может представлять тот или иной строительный материал, регламентируется нормативными документами, а каждому строймату присваиваются определенные характеристики: степень воспламиняемости, токсичности продуктов горения, дымообразующей способности.

Изначально ППС обладали максимальной степенью горючести, но потом ее стали снижать, используя антипиреновые добавки. Модифицированный (самозатухающий) утеплитель разрешается использовать в строительстве, при условии соблюдения правил монтажа. Но даже в этом случае поверхность полимера плавится под действием огня, а в воздух попадают токсичные вещества.

Обзор утеплителя фирмы Penoplex плотности 35

Плотность считается только одной из основных технических характеристик Пеноплекс, выбирать экструдированный пенополистирол исключительно с учетом этого показателя специалисты не рекомендуют. Но она взаимосвязана с остальными свойствами (весом и прочностью) и указывалась в маркировке к этой продукции. Несмотря на введение новых типов плит в 2011 году, многие ищут и покупают ее по старым обозначениям. Одной из наиболее востребованных является марка 35, относящаяся к листам со средней плотностью от 28 до 38 кг/м3 с практически универсальной сферой применения и приемлемыми расценками.

Описание и характеристики материала

В настоящее время плиты Пеноплекс серии 35 представлены двумя марками: Пеноплэкс Фундамент (бывшая 35 без антипиренов) и Кровля. Средняя плотность листов у обеих разновидностей составляет 29-33 кг/м3, но назначение у них абсолютно разное. Основное отличие касается состава: ввод специальных порошковых замедлителей в процессе изготовления Пеноплекс Кровля позволяет получить утеплитель с более высокой группой горючести (Г3 в сравнении со стандартными для пенопласта Г4). Характеристики плиты каждой марки указаны в таблице.

Пеноплэкс Фундамент	Пеноплэкс Кровля
Прочность на сжатие, МПа	0,27	0,25
Водопоглощение за сутки, % За 28 дней %	0,4 0,5
Группа огнестойкости	Г4	Г3
Коэффициент теплопроводности, Вт/м·К	0,03
Температурный диапазон эксплуатации, °C.	От -100 до +75

К важным характеристикам Пеноплэкс Кровля относят модуль упругости (15 МПа) и обеспечение звукоизоляции до 41 дБ при толщине перегородки в 50 мм. Индекс снижения структурного шума достигает 23 дБ. Все марки Пеноплекс плотности 35 устойчивы к биологическим воздействиям и сохраняют свои полезные качества в течение длительного срока службы (до 50 лет). Материал выпускается в виде спрессованных листов длиной 1200 мм, шириной 600 мм и толщиной от 20 до 100 мм у Пеноплэкс Кровля и от 20 до 150 у марки для фундамента. Он продается в упаковках весом от 10,15 кг с числом плит от 4 до 20, стоимость зависит от объема утеплителя.

Пеноплэкс Фундамент рекомендуют купить в качестве теплоизоляционной прослойки при строительстве или усилении гидрозащиты конструкций, находящихся под нагрузкой и подверженным интенсивным воздействиям влаги. К таким относят: основания зданий, цокольные и подвальные участки, садовые дорожки, полы и подземные инженерные коммуникации. Эта марка соответствует старому типу Пеноплекс 35 без добавки антипиренов, поэтому листы покрывают защитным слоем (укладывают в стяжку) либо используют на объектах с упрощенными требованиями по огнестойкости.

Несмотря на выдержку значительных нагрузок, данная марка не подходит для дорожного строительства или возведения промышленных объектов, оптимальная сфера применения – частные дома. Основное ее назначение – защита конструкций от морозного пучения почвы, осадков и грунтовой влаги. Он используется в качестве утеплителя во всех традиционных схемах фундаментов, включая малозаглубленные на пучинистых почвах. Климатические условия эксплуатации не ограничены. Для исключения мостиков холода в процессе монтажа советуется укладывать минимум два слоя со смещением стыков.

Соответствующая старому типу Пеноплэкс 35 Кровля имеет Г-образную кромку по всем сторонам листа, это позволяет стыковать соседние плиты без зазоров и расхождений. Данную марку рекомендуют прибрести для теплоизоляции чердачный помещений и кровельных систем любого типа, включая плоские с рулонной гидроизоляцией. Низкая теплопроводность материала позволяет использовать его в качестве надежной защиты от теплопотерь, практически нулевое водопоглощение исключает образование наледи. Дополнительным преимуществом служат шумопоглощающие свойства, обеспечивается хорошая звукоизоляция крыш даже при условии покрытия их металлом.

Средняя плотность в этом случае становится преимуществом, вес Пеноплэкс Кровля подходит для монтажа в облегченных системах. При этом допускается его использование в эксплуатируемых и нагружаемых конструкциях. Яркий пример – инверсионные кровли с обратной очередностью слоев. В этом случае Пеноплэкс размещается поверх тонкого гидроизоляционного слоя и закрывается тротуарной плиткой.

Нет никаких ограничений в применении этой марки Пеноплекса для утепления менее ответственных объектов: лоджий, вертикальных стен, гаражей и хозпостроек. Но следует помнить, что чем плотнее экструдированный пенополистирол, тем выше его цена. Размеры утеплителя (а именно, толщина) подбираются с учетом типа конструкций и климатических условий региона.

Применение

Утепление зданий вспененными полимерами – хорошее экономическое решение вопросов энергосбережения. Монтаж наружного слоя полимера значительно сокращает потери тепла.
В нашей стране это актуально практически во всех регионах. Особую популярность материалы завоевали в зонах сурового климата. Покупая продукцию нужно тщательно изучить сертификаты, обратить внимание на указания относительно месторасположения утеплителя.

Некоторые материалы предназначены для монтажа только на цоколе и фундаменте. Следует выяснить возможные атмосферные, механические нагрузки; рекомендуемую методику монтажа.

Анализируя информацию обо всех видах пенополистирола, других вспененных полимерах, можно сделать правильный выбор, обеспечить максимальную безопасность.

Последние новости туризма на сегодня 2022

Отдых и Туризм — Новости туризма 2022

Февраль 12, 2022 8 комментариев

С чем у любого туриста ассоциируется Хорватия? В первую очередь — отличная экология, чистейшее лазурного цвета Адриатическое море и невероятно живописные берега. ..

Февраль 1, 2022

Февраль 1, 2022

Февраль 1, 2022

Февраль 2, 2022

Правильное питание

Ноябрь 19, 2021 5 комментариев

Хотя общая идея заключается в том, что замороженные фрукты не несут никакой пользы для здоровья, многочисленные доказательства противоречат…

Ноябрь 19, 2021 17 комментариев

Ноябрь 19, 2021 10 комментариев

Ноябрь 19, 2021 20 комментариев

Общество

Ноябрь 19, 2021 7 комментариев

Найти идеальный подарок на Новый год для близких и друзей — непростая задача. Если нет уверенности в правильности своего решения, то может…

Ноябрь 19, 2021 20 комментариев

Ноябрь 19, 2021 4 комментария

Ноябрь 19, 2021 5 комментариев

Cпорт отдых туризм

Ноябрь 20, 2021 16 комментариев

Занять всю семью непросто. И что ж, нужно время, чтобы постоянно придумывать новые…

Бизнес

Ноябрь 20, 2021 2 комментария

Во французском языке существительное menu имеет два совершенно разных…

Спорт

Ноябрь 21, 2021 8 комментариев

Если вы все-таки решились на покупку первого сноуборда, при выборе однозначно не стоит…

Информационные бюллетени OSHA об опасности Пожарная опасность полиуретановой и другой изоляции из органического пенопласта на борту судов и в строительстве

Информационные бюллетени OSHA об опасности

Пожарная опасность полиуретановой и другой изоляции из органического пенопласта на борту судов и в строительстве 10 мая 1989 г.

Директор

Управление полевых программ

ОТ:

• ЭДВАРД ДЖ. БАЙЕР
• Директор
• Дирекция технической поддержки

ТЕМА:

• Безопасность Информационный бюллетень об опасностях О пожарной опасности полиуретановой и другой изоляции из органической пены на борту судов и в строительстве

Региональное отделение в Сиэтле обратило наше внимание на потенциальную опасность возгорания, связанную с использованием полиуретановой и другой изоляции из органических пеноматериалов, используемой на борту судов и в строительстве зданий. Случаи возгорания, связанные с этой изоляцией, были задокументированы, что свидетельствует о необходимости лучшего понимания пожарной опасности этого типа материала.

Жесткие полиуретановые и полиизоциануратные пенопласты при воспламенении быстро сгорают с выделением сильного тепла, густого дыма и газов, которые являются раздражающими, легковоспламеняющимися и/или токсичными.

Как и в случае с другими органическими материалами, наиболее значимым газом обычно является монооксид углерода. Продукты термического разложения пенополиуретана состоят в основном из монооксида углерода, бензола, толуола, оксидов азота, цианистого водорода, ацетальдегида, ацетона, пропилена, диоксида углерода, алкенов и паров воды.

Все органические пористые пластмассы, независимо от того, содержат они антипирены или нет, следует считать горючими, и с ними следует обращаться соответствующим образом. Такие термины, как «огнестойкий», «огнестойкий» и «самозатухающий», иногда используемые для описания характеристик горючести пенопластов, являются действительными показателями характеристик этих материалов при небольшом воздействии огня и не предназначены для отражения опасности при воздействии условий крупномасштабного пожара.

При строительстве зданий пожар обычно вызывает серьезную озабоченность, поскольку может иметь место хранение открытой пены, незавершенная установка, другие опасности, связанные с неправильным применением и практикой утилизации, плохие условия содержания и возможность воздействия открытого огня смежных профессий во время определенных строительная деятельность.

Полиуретан и другие органические вспененные материалы находят все более широкое применение на судах из-за их превосходных изоляционных свойств и малого веса. Поскольку на нескольких судах произошли серьезные пожары, связанные с использованием этих материалов, Береговая охрана США выпустила Циркуляр № 8-80 по навигации и инспекции судов, в котором говорится о пожароопасности полиуретана и других органических вспененных материалов.

К вашему сведению прилагаются два бюллетеня, посвященные пожароопасности полиуретана и других органических пенопластов.

«Руководство по пожарной безопасности при использовании изоляции из жесткого полиуретана или пенополиизоцианурата в строительстве зданий», опубликованное Отделением уретана Общества производителей пластмасс.

Одной из основных мер предосторожности, которые необходимо соблюдать при работе с органическими пенами, является запрет на использование источников воспламенения, таких как открытое пламя, горелки для резки и сварки, высокоинтенсивные источники тепла и курение. Рекомендации по безопасности поставщика пены должны соблюдаться в дополнение к минимальным требованиям, установленным OSHA для противопожарной защиты.

Пожалуйста, разошлите этот бюллетень во все региональные офисы, штаты штата и ответственным за консультационные проекты.

Klausbruckner & Associates News » Опасность возгорания пенополиуретана

Известно, что возгорание пенополиуретана приводит к очень высокой скорости выделения тепла и чрезвычайно токсичным дымам. В результате эти типы пожаров создают уникальные проблемы для жизни, пожарных, безопасности имущества и тушения пожаров. В этом исследовании пожары пенополиуретана и процессы их горения исследуются с использованием симулятора динамики огня. Прогнозы программного инструмента были подтверждены результатами испытаний экспериментальных ожогов. Сравнение между моделированием и огневыми испытаниями продемонстрировало беспрецедентно хорошую корреляцию. Это легло в основу этого исследования, подтверждающего модель и обеспечивающего надежное понимание природы и последовательности различных происходящих событий горения.

Модельные прогнозы будут использоваться для оценки последствий возгорания полиуретановой пены в зависимости от возможностей систем противопожарной защиты, таких как влияние образования дыма или время срабатывания спринклеров.

Обновление, сентябрь 2015 г.: после публикации этой статьи исследование пожаров ППУ было расширено, чтобы получить дополнительные сведения о характере их горения и связанных с ними процессах горения. Обновления этой статьи более подробно обсуждаются ниже, см. внизу этой страницы.

 

Введение

Изделия на основе пенополиуретана (ППУ) используются во множестве предметов домашнего обихода, таких как матрасы, обивка, постельное белье и детские манежи. В результате они стали обычным явлением не только в жилых, но и в складских и коммерческих помещениях.

Известно, что в условиях пожара эти типы продуктов выделяют очень высокую скорость тепловыделения, что, в свою очередь, может представлять значительные проблемы для пожаротушения, а также пожарной и строительной безопасности. В частности, при оценке возможностей систем противопожарной защиты представляет интерес влияние распространения огня и образования дыма при возгорании ППУ, а также его влияние на время срабатывания спринклеров и системы контроля дыма.

Использование компьютерного моделирования пожаров

Компьютерное моделирование пожаров часто является очень экономичным и выполнимым методом анализа пожаров для конкретного сценария и набора условий. Однако в основе пожаров и связанных с ними процессов горения лежат физически сложные и комплексные явления. Таким образом, использование инструментов компьютерной гидродинамики (CFD) требует хорошего понимания всех задействованных физических процессов.

При этом важно знать ограничения применяемых численных процедур. Однако при правильном моделировании сценариев пожара окончательные прогнозы могут быть очень близки к фактическим последствиям пожара. Затем прогнозы этих моделей можно использовать для объяснения последовательности и возникновения различных событий в процессе горения, а также их влияния на окружающую среду. Это часто дает понимание, которое иначе невозможно получить.

FDS, сокращение от Fire Dynamics Simulator, используется в этом исследовании и является одним из ведущих программных инструментов CFD в отрасли противопожарной защиты. Он специально разработан для исследования широкого спектра сценариев пожаров.

Цель и подход

Рис. 1. Испытания NIST на огнестойкость: скорости тепловыделения.
(Щелкните, чтобы увеличить)

Целью данного исследования является моделирование динамики пожара, т. е. распространения пламени, роста пламени и результирующей скорости выделения тепла для горизонтально расположенных материалов на основе ППУ, а также сравнение прогнозов с фактическими испытаниями на возгорание, выполненными NIST ( Национальный институт стандартов и технологий). Для достижения этой основной цели модель должна включать критические процессы горения, которые происходят во время небольших и крупных пожаров ППУ.

NIST провел экспериментальные испытания на сжигание ¹ на плитах пенополиуретана толщиной 4 дюйма (10 см) и шириной 4 фута х 4 фута (1,2 м х 1,2 м). Результаты этих испытаний на сжигание используются для сравнения с моделью, разработанной для имитации распространения пламени, тепловых потоков и образования дыма с течением времени (рис. 1).

Модель

Рис. 2. Фронт пламени и температурный профиль вдоль центральной линии во время горения полиола. (Щелкните, чтобы увеличить)

Модель вычислительной гидродинамики (CFD) разработана на основе FDS версии 5.5. FDS — это программный инструмент для CFD с малым числом Маха. Другими словами, можно моделировать только пожары, а не взрывы (дефлаграции или детонации). При моделировании пожаров ППУ необходимо внимательно изучить процесс производства ППУ, чтобы лучше понять некоторые важные детали процесса горения. Во время изготовления / производства для создания пены используются два основных материала:

·  Изоцианат (обычно толуолдиизоцианат, TDI)
·  Полиэфир Полиол.

Соотношение этих двух материалов составляет примерно одну треть ТДИ и две трети полиола. Коммерческие пены могут также содержать другие ингредиенты, такие как поверхностно-активные вещества и антипирены. Фактически, эти дополнительные ингредиенты могут влиять на физические свойства и свойства горения ППУ.

В процессе горения пена распадается на свои исходные составляющие, а именно ТДИ и полиол, и в конечном итоге обугливается. Для этого исследования в экспериментальных огневых испытаниях использовался коммерчески доступный, гибкий, негорючий полиэфирный пенополиуретан.0105 1 . Свойства материала были получены в ходе мелкомасштабных (микрокалориметрических) экспериментов, проведенных ¹ , и из литературы.

Таблица 1. Свойства материала ППУ

Свойство	Пенополиуретан	Толуолдиизоцианат	Полиэфирполиол
Плотность	27 кг/м 3 или 1,7 фунт/фут 3	1210 кг/м 3 0004 75,5 фунт/фут 3	1012 кг/м 3 или 63,2 фунт/фут 3
Теплота сгорания	27100 кДж/кг или 11660 БТЕ/фунт	9600 кДж/кг или 4130 БТЕ/фунт

Дополнительные свойства материала можно найти в ссылке ¹

На основе свойств материала в Таблице 1 для данного исследования разработана многослойная модель с двумя материалами (т. моделируется). Количество ячеек, применяемых в моделях FDS при разработке, колеблется от полумиллиона до четырех миллионов ячеек. Моделирование выполняется на специальном компьютере с двенадцатью процессорами Intel XEON с использованием версии FDS для параллельных вычислений.

Первоначальные усилия по моделированию включали симуляцию процесса горения для каждого из отдельных горючих материалов, ТДИ и полиола соответственно. Этот шаг оказался решающим для создания реалистичной отправной точки для сборки по существу двухфазной модели горения, моделирующей разложение ППУ обратно на ТДИ и полиол при воспламенении.

 

Обсуждение результатов

Для целей данного обсуждения весь процесс горения разделен на три фазы.

Рис. 3. Скорости тепловыделения при имитации и испытаниях на огнестойкость.

TDI Горение

После воспламенения плиты ППУ вдоль одного края плиты огонь распространяется радиально наружу. Из экспериментов ¹ по сжиганию ППУ известно, что сначала сгорит ТДИ, а после его израсходования начнет гореть Полиол. Во время горения в этой фазе скорости тепловыделения медленно увеличиваются, а затем выравниваются, когда достигается начало фазы горения полиола.

Прибл. 180 с и скорости выделения тепла (HRR) примерно 0,68 млн БТЕ/ч (200 кВт) (рис. 3), прогнозируемый фронт пламени распространился по поверхности пены, и огонь полностью охватил плиту. В центральной области TDI сгорел, и части слоя полиола теперь обнажены и сожжены, хотя они еще не начали высвобождать большую часть своей накопленной энергии. Наблюдения за огневыми испытаниями ¹ показывают, что части пенопласта разрушились, и на дне поддона остался «слой расплава». В течение этой фазы дымообразование постепенно увеличивается, и дым быстро заполняет контрольный объем (рис. 5).

Сжигание полиола

При израсходовании большого количества ТДИ образуется большое количество полиола. Полиол далее сгорает и теперь полностью высвобождает свою энергию. Эта фаза горения с высоким выделением тепла длится приблизительно от 180 до 260 секунд (рис. 3). Максимальные зарегистрированные значения HRR при моделировании пожара составляют около 3,7 миллиона БТЕ/ч (примерно от 1070 до 1110 кВт). Эти прогнозируемые значения находятся в пределах диапазона значений HRR, измеренных во время экспериментальных испытаний на огнестойкость, т. е. измеренные значения находятся в диапазоне приблизительно от 2 миллионов БТЕ/час до 3,7 миллиона БТЕ/час (от 600 кВт до 1100 кВт, рис. 1).

Полиол горит так сильно, что фактически создает «огненный столб» пламени с сильным нагревом (рис. 4). Модель предсказывает, что фронт пламени мгновенно приближается к высоте более 14 футов, а температура пламени достигает 1500 градусов по Фаренгейту (приблизительно 820 градусов по Цельсию, рис. 2). Рассчитана пиковая плотность теплового потока (теплопроизводительность на единицу площади), равная 0,2 миллиона БТЕ/час/фут ² (760 кВт/м ² ). Развитие дыма параллельно развитию тепловыделения в том смысле, что оно далее увеличивается, достигает пика, а затем уменьшается на этой фазе. К моменту завершения второй фазы горения еще остается несгоревший ППУ.

После сжигания полиола

Рис. 4. Развитие фронта пламени (исключая дым) для показателей времени 150 с, 220 с и 300 с. (Щелкните, чтобы увеличить)

Оставшийся ППУ (в конечном итоге разлагающийся на ТДИ и полиол) будет гореть некоторое время после этого (260 сек – 500 сек), в течение которого будет выделяться значительное количество тепла. Однако из-за довольно небольшого количества сгорающего ППУ (в начале этой фазы около 10% от общего количества доступного ТДИ и полиола) общее выделяемое тепло намного меньше по сравнению с предыдущей фазой. Тем не менее, темпы выделения тепла от 0,5 до 0,7 млн ​​БТЕ/ч (от 150 до 200 кВт) все еще достигаются (рис. 3). Во время этой фазы высота пламени и дымообразование сначала немного увеличиваются (имея тенденцию к небольшому увеличению тепловыделения), а затем уменьшаются до тех пор, пока огонь не потухнет самостоятельно.

Специальные наблюдения FDS

Рис. 5. Развитие дыма при открытых границах, т. е. дым не скапливается в (вентилируемом) контрольном объеме для показателей времени
150 с, 220 с и 300 с. (Щелкните, чтобы увеличить)

Имитационная модель включает две совершенно разные модели горения: одну для твердого топлива, а другую для жидкого топлива. Значительные усилия были потрачены на то, чтобы «поженить» две модели сгорания. Можно легко показать, что твердотопливная модель вполне способна точно прогнозировать динамику пожара однокомпонентного ТДИ, и то же самое можно сказать о применении жидкотопливной модели для полиола.

Однако, как только две отдельные модели объединяются в единую модель, становится очевидным, что взаимодействие процессов горения является более сложным, чем предполагают модели для каждой из отдельных составляющих. Например, полиол при высоких температурах сгорает сразу, в отличие от более низких температур, когда начало процесса горения с высоким выделением тепла происходит с задержкой. Это может быть следствием фазового перехода, но требует дальнейшего изучения.

Возможно, дополнительная сложность, продемонстрированная во время разработки модели, ожидается, учитывая необходимость упрощения процесса горения до «модели послойного пиролиза», в первую очередь, и невозможность применить более физический подход к разложению, другими словами, путем применения «слой» по сравнению с подходом к моделированию «клетка за клеткой», при котором каждая ячейка ППУ разлагается на ТДИ и полиол, а затем обугливается в виде остатка.

В результате необходимо, чтобы комбинация этих двух моделей создавала реалистичное представление задействованной физики и давала результаты, выгодно отличающиеся от экспериментальных результатов. В итоге была получена модельная конструкция, отличающаяся не только простотой, но и полнотой в обращении и объяснении экспериментально наблюдаемых процессов горения. Присущая модели простота конструкции позволяет легко применять ее к другим сценариям прожига с различной геометрией, при этом ожидается, что результаты прожига будут точными.

 

Заключение

Многослойная CFD-модель разработана с использованием FDS для изучения поведения при пожаре плит ППУ толщиной 4 дюйма (10 см), используемых во многих коммерческих целях. Прогнозы модели по сравнению с реальными испытаниями на горение демонстрируют очень хорошую корреляцию и точные прогнозы процессов горения, преобладающих при горении пенополиуретанов.

Последствия возгорания ППУ обобщаются следующим образом:

• Начальное поведение плиты ППУ при возгорании характеризуется горением ТДИ. Как только TDI израсходуется, полиол начнет гореть, что приведет к значительному увеличению тепловыделения. Высота пламени, образующегося во время этого процесса, в несколько раз выше, чем пламя, возникающее при начальном горении ТДИ. Это важное соображение при складских сценариях, особенно при хранении на высоких стеллажах открытых пенополиуретановых пластиков, считающихся «пенопластами группы А».
• Полиол, прежде чем он начнет гореть, разлагается до жидкого состояния и, следовательно, будет течь или капать, потенциально создавая очаги вторичного воспламенения и опасности. Фактически это нагретая горючая жидкость (с токсичными продуктами горения).
• Несмотря на то, что горение полиола относительно короткое и энергичное, после того, как большая его часть израсходована, он вместе с оставшимся ТДИ продолжает гореть с более низкими скоростями тепловыделения в течение достаточно долгого времени и до тех пор, пока весь ППУ не сгорит и пламя не погаснет. .
• Образование дыма при сжигании TDI меньше, чем при сжигании полиола, когда образование дыма достигает максимума. Можно ожидать, что видимость вблизи возгораний ППУ будет серьезно снижена даже вскоре после возгорания. Однако фактическое воздействие на видимость и токсичность будет зависеть от рассматриваемых параметров отдельного помещения и окружающей среды.
• Пожары ППУ вызывают серьезные опасения и создают опасность для жизни, поскольку сгорающие ТДИ и полиол выделяют высокотоксичные пары оксидов азота и углерода, включая чрезвычайно токсичные углеводородные соединения, такие как цианистый водород.
• Моделирование динамики горения пенополиуретановых плит сложно и требует глубоких знаний о различных процессах разложения и химических реакциях.
• Процесс горения характеризуется двухфазным разложением ТДИ и полиола, которое сложно смоделировать. Многослойная модель точно прогнозирует скорость выделения тепла при сгорании. Это демонстрируется сравнением результатов моделирования с результатами реальных испытаний на сжигание.
• Результаты моделирования демонстрируют возможности FDS в моделировании процессов двухфазного горения, в частности пожаров ППУ.
• Разработка этой проверенной модели формирует основу и понимание инженерных расчетов для оценки времени срабатывания спринклеров и образования дыма в больших зданиях с потолочными перекрытиями и зонами из пенополиуретана, находящимися под огнем.

 

Обновление: дополнительные обсуждения замедленного сжигания полиолов

Были проведены дополнительные исследования, в которых полиол (после его разложения из ППУ) сгорает без задержки (здесь и далее мы будем называть этот тип процесса горения «сгорание полиола без задержки», NDPC). Кривые смоделированных скоростей тепловыделения сравнивают с кривыми экспериментально полученных скоростей тепловыделения. Основополагающее предположение для этого исследования состоит в том, что устранение задержки сгорания полиола приведет к кривым HRR, которые не будут отражать все эффекты задержки, как показано на рисунке 3, в течение периодов 110–180 с и 250–320 с.

В целях моделирования NDPC корректируются только числовые параметры, относящиеся к задержке процесса горения полиола, в то время как все остальные параметры модели остаются прежними. Задержка сгорания полиола ранее обсуждавшейся модели (показанной на рисунке 3 и называемой моделью с задержкой сгорания полиола, DPC) определена как представляющая 100% эталонной задержки. На основании этой ссылки было выполнено дополнительное моделирование с 50% задержкой горения полиола (50% DPC). Опять же, все другие параметры модели, используемые в этом дополнительном моделировании, остались неизменными. Цель этого второго моделирования состоит в том, чтобы продемонстрировать постепенное влияние задержки сгорания полиола на общий HRR ППУ при возгорании.

Рисунок 6. Сравнение кривых HRR с различной задержкой сгорания полиола

 

Обсуждение

горение окрашено в коричневый цвет). Среднее изображение: косой вид горения с тем же индексом времени (около 120 секунд), но с добавлением фронтов пламени.
(Щелкните, чтобы увеличить)

Во время фазы горения TDI кривые, отслеживающие скорость выделения тепла NDPC, идут параллельно кривым, отслеживающим выделение тепла, смоделированное моделью DPC, как показано на рисунке 6. Это наблюдение не должно вызывать удивления из-за к тому факту, что на этой фазе горит только ТДИ и все его материалы и параметры горения остались неизменными среди моделей. Как обсуждалось ранее, как только часть ТДИ полностью сгорает, на дне тигля начинает образовываться расплавленная ванна (рис. 7). Как только слой расплава сформирован, моделирование NDPC предсказывает немедленное сгорание полиола и немедленное высвобождение всей его доступной химической энергии. Максимальные показатели тепловыделения достигают примерно 580 кВт.

При сравнении с фактическими испытаниями на горение видно, что общие характеристики горения NDPC довольно плохо соответствуют характеристикам горения NIST № 2, наиболее точному совпадению из всех огневых испытаний. Однако моделирование 50% DPC показывает гораздо лучшую корреляцию с экспериментальными испытаниями на возгорание в целом и испытанием на возгорание NIST № 1 в частности.

Задержки горения полиолов существенно повлияют на наблюдаемые максимальные скорости выделения тепла. Это иллюстрируется результатами моделирования HRR и их корреляцией с огневыми испытаниями, т. е. наблюдаемая пиковая скорость тепловыделения составляет примерно 580 кВт (NDPC), 790 кВт (50% DPC) и 1100 кВт (100% DPC, эталонная задержка).

Задержки горения полиола в плите ППУ для случая моделирования 100% DPC можно визуализировать с помощью 3D-карты, рис. неизвестная природа их причин. В приближении для имитации реальных задержек горения был нанесен дополнительный слой полиола с более низкой скоростью горения и различной толщиной поперек плоскости плиты. Смоделированные модели задержки полиола основаны на изменениях (локальной) потери массы TDI в плите PUF во время сгорания.

Различная толщина дополнительного слоя приведет к тому, что открытый однородный слой полиола полностью сгорит с определенной задержкой поперек плиты. По сути, результирующие временные задержки будут соответствовать распределению толщины, применяемому в дополнительном слое. Масса полиола, используемая в дополнительном слое, была взята из общего бюджета массы полиола.

Гипотеза

Если мы сосредоточимся на динамике пожара при горении полиола и для краткости проигнорируем влияние сценариев вентиляции, то можно сделать следующую гипотезу: Общее тепло, выделяемое ППУ и ​​регулируемое горением полиола зависит от величины площади поверхности при полном сгорании полиола в ванне расплава. Определяется эффективная площадь слоя расплава, которая служит основным фактором горения полиола с высоким тепловыделением. Эта эффективная площадь слоя расплава определяется:

(1) Скорость разложения ППУ или скорость образования полиола
(2) Скорость истощения полиола

Следует отметить, что скорость истощения полиола также является функцией задержки сгорания полиола. Давайте дополнительно проясним этих участников и обсудим их отношения. Если полиол уже начинает полностью сгорать на значительной площади, в то время как большая часть доступного полиола все еще образуется (случай NDPC), то это снизит пиковые скорости тепловыделения ППУ, которые возникают позже в процессе горения. Однако это произойдет только в том случае, если оставшийся объем полиола (топливная нагрузка) этой ранней фазы сгорания недостаточен для поддержания непрерывного горения до тех пор, пока не будет наблюдаться пик HRR.

Рис. 8. Смоделированная схема задержки полиола (горелка расположена вдоль левого края).
(Нажмите, чтобы увеличить).

Другими словами, если в этом случае можно предположить, что потока жидкого полиола практически нет, учитывая вязкость полиола, предполагаемые относительно высокие краевые углы поверхности раздела жидкость-подложка и относительно тонкий слой расплава на основе теста ограниченная толщина образца и его горизонтальная ориентация, то «локальный объем» полиола, воспламеняющегося на поздней стадии, будет уменьшен до такой степени, что останется очень мало материала для горения и, таким образом, будет выделяться тепло во время горения оставшегося полиола на поздней стадии. Это состояние представляет собой локализованное «выгорание» полиола. В результате эффективная площадь поверхности слоя расплава при горении полиола уменьшается.

Влияние этого локализованного выгорания на HRR можно увидеть в испытаниях № 2 и № 4 NIST на рис. ) площадь поверхности ванны расплава имеет максимально возможный размер для данной геометрии образца с (b) достаточной глубиной слоя расплава (топливной загрузкой) для поддержания полного сгорания в течение достаточно долгого времени для достижения пика HRR. Результат этого воздействия на ЧСС показан на рисунке 3.9.0007

Резюме

На основании этих симуляций и сравнений с результатами реальных испытаний на огнестойкость можно сделать вывод, что полиол воспламеняется после разложения с некоторой задержкой до того, как будет высвобождена его полная химическая энергия. Огневые испытания показали, что величина задержки может варьироваться в зависимости от горения ППУ даже при использовании образцов из одной и той же партии пенополиуретана ¹ .