Исследование рулонной огнезащиты на основе базальтового волокна с кашированием алюминиевой фольгой

Исследование рулонной огнезащиты на основе базальтового волокна с кашированием алюминиевой фольгой

Зверев М.М. (ТД МОАБ)

В рамках изучения ситуации с рынком конструктивных огнезащитных материалов по поручению Федеральной Палаты Пожарно-спасательной отрасли созданное торговое предприятие (ТД МОАБ) закупило огнезащитные рулонные материалы на основе базальтовых супертонких волокон, кашированные алюминиевой фольгой различных российских производителей. При закупке материалов особое внимание было обращено на наличие разрешительных документов, в частности, на сертификаты, подтверждающие характеристики негорючести данных материалов.

Всего было закуплено 15 базальтовых рулонных материалов с целью проверки их соответствия по характеристике "НГ" в сертификатах, сопровождающих продукцию. Для чистоты эксперимента все рулоны были обезличены и зашифрованы. Далее обезличенные материалы были переданы в ИСПЫТАТЕЛЬНУЮ ЛАБОРАТОРИЮ НАУЧНО-ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ФГБУ ВНИИПО МЧС РОССИИ

Контрольные испытания на негорючесть проходили в соответствии с требованиями ГОСТ 30244-94 с учётом мнения специалистов ВНИИПО: "испытания для минераловатных теплоизоляционных изделий, кашированных алюминиевой фольгой (клеевым слоем), в связи с невозможностью отделения клеевого слоя от поверхности готового изделия без его повреждения необходимо проводить отдельно для минеральной ваты и отдельно для алюминиевой фольги (отделённых от готового изделия с остатками клеевого слоя)" (письмо ВНИИПО МЧС РФ от 22.12.2020г. № ИВ-117-1295-13-5).

Испытание фольги с остатками клеевого слоя отдельно от обезличенных материалов проходили на аттестованном оборудовании одного из крупнейших производителей подобных материалов. Для подтверждения корректности проведения исследований сотрудники данного предприятия осуществляли фото-видео фиксацию проводимых испытаний.

По результатам испытаний можно сделать следующие выводы:

• Десять из представленных образцов содержали вещества, которые воспламенялись на 1-й ÷ 3-й минутах, что говорит о несоответствии заявленным характеристикам в сертификатах.
• Два материала показали полную негорючесть как при испытаниях во ВНИИПО, так и при параллельных испытаниях.
• Три материала оказались с противоречивыми результатами по негорючести, т.к.

при испытаниях с их видеофиксацией в испытуемых образцах происходила какая-либо реакция с массовым выделением тепла; при этом масса образца после испытаний увеличивалась до 3%.

При анализе не сходимости результатов испытаний также обнаружены различия при подготовке образцов. При этом определяющими стали некоторые требования ГОСТ 30244, а именно:

П.6.2.1. Для каждого испытания изготавливают пять образцов цилиндрической формы следующих размеров: диаметр 45 ⁺₋⁰₂ мм, высота (50±3) мм;

П.6.2.2 "Если толщина материала составляет менее 50 мм, то образцы изготавливают из соответствующего количества слоев, обеспечивающих необходимую толщину. Слои материала с целью предотвращения образования между ними воздушных зазоров плотно соединяют при помощи тонкой стальной проволоки максимальным диаметром 0,5 мм".

Специалисты ВНИИПО готовили образцы исходя из визуального анализа и собственного опыта проведения испытаний ориентировочный вес образцов составил порядка 40÷50гр.

Сотрудники предприятия-изготовителя образцов оценили предполагаемый их вес двумя методами: Расчётный метод Исходные данные:

1.Плотность алюминия 2700кг/м³ (0,0027гр/мм³).

• Плотность клея (силикатного) 1500кг/м³ (0,0015гр/мм³).
• Предположительная толщина фольги ≈30мкм (0,00003м или 0,03мм).
• Предположительный слой клея ≈20мкм (0,00002м или 0,02мм). Расчёт:

Вес шайбы фольги диаметром 45мм: 0,0027 х (3,14 х 45²/4) х 0,03 = 0,129г.

Вес слоя клея диаметром 45мм: 0,0015 х (3,14 х 45²/4) х 0,02 = 0,048г.

Вес шайбы фольги с клеем диаметром 45мм и толщиной 50мкм: 0,129 + 0,048 = 0,177г. Вес пирамидки для испытаний на НГ: 50 : 0,05 х 0,177= 177г.

Метод инструментальный

• Средняя толщина фольги: (30 + 29 + 34) : 3 = 31мкм (0,031мм.)
• Вес 1 шайбы: 1,8 : 10 = 0,18г.
• Расчёт количества шайб в образце: 50 : 0,031 = 1613 шт.
• Расчёт веса образца: 1613 х 0,18 = 290г.

Соответственно при подготовке образцов сотрудники предприятия старались сделать их как можно плотнее и ориентировочный вес их образцов составил 65÷80гр.. У всех трёх вызывающих сомнение образцов при их испытании возникла ранее не наблюдавшаяся реакция с массовым выделением тепла. При испытании этих образцов выявилась следующее: температура внутри образца линейно поднималась до значений, равных температуре плавления алюминия ≈660^оС, далее наступала временная стабилизация, после чего температура возрастала выше значения 750^оС, поддерживаемого в канале печи испытательной установки и через определённое время начинала резко расти. Образец начинал светиться, наблюдалось дымовыделение, температура на поверхности и в канале печи вслед за температурой внутри образца превышала 900^оС. Сотрудники предприятия останавливали испытания из опасения повреждения испытательной установки.

Для получения третьего мнения по результатам испытаний образцов фольги с остатками клеевого слоя выявленные три образца были испытаны в ЦНИИСК им. Кучеренко. Выборочные результаты по испытаниям фольги с остатками клея указанных образцов приведены в табл.1. Таблица 1

Необходимо пояснить, что стандартное испытательное оборудование для определения негорючести оснащено термопарами с максимальной температурой применения 1100^оС, как видно из таблицы максимальная температура, достигнутая при испытаниях на предприятии, 1094^оС на испытаниях в ЦНИИСК и на предприятии процесс испытаний останавливали когда температура приближалась к 1000^оС; при этом такие образцы к негорючим отнести было нельзя.

Учитывая информацию, изложенную в предыдущем абзаце, на аттестованном оборудовании предприятия был проведён эксперимент, когда испытания проходили 30 мин (ГОСТ 30244 п.6.5.6) график температур представлен на рис.6

Рис. 6 График температур при испытании на негорючесть алюминиевой фольги с остатками клея, отделённой от базальтового холста.

Максимальные температуры, достигнутые в данном эксперименте, составили соответственно 1076; 1101; 1346^оС. Поле данного эксперимента на испытательном оборудовании пришлось полностью менять термопары. Полученные результаты во избежание порчи испытательных установок позволяют внести предложение по изменению ГОСТ 30244 в части того, что при достижении температуры 950^оС на любой термопаре испытания следует остановить, образец признать горючим.

Для понимания сути обнаруженного явления необходимо учитывать несколько факторов:

• большинство производителей рулонных базальтовых огнезащитных материалов стремящиеся к тому, чтобы их продукцию признали негорючей для приклейки фольги к своим изделиям используют клеи на силикатной основе химическая формула которых содержат щелочные металлы Калий и Натрий (Na2O*nSiO_2; К2О*nSiO₂);
• если жестко следовать требованиям существующей редакции ГОСТ 30244, то для признания слоистого материала негорючим необходимо испытать все слои данного материала. Соответственно, неоднократные испытания, проведенные в различных испытательных центрах, однозначно позволяют утверждать, что по отдельности базальтовый холст, алюминиевая фольга и отвердевший силикатный клей являются негорючими материалами. Соответственно, мнение специалистов ВНИИПО о том, что фольгированные материалы необходимо испытывать отдельно, разделяя основу от фольги с остатками клея, представляется верным, поскольку позволяет обнаружить, что сочетание двух негорючих веществ не всегда может признаваться негорючим. Поэтому возникает предложение по необходимости изменения ГОСТ 30244 в части испытания фольгированных материалов;
• анализируя происходящие при испытании процессы можно сделать вывод, что с большой степенью вероятности происходит алюминотермическая реакция. Далее приведены несколько фрагментов из описания данной реакции:

• алюминотермия — это экзотермическая химическая реакция с использованием алюминия в качестве восстановителя при высокой температуре;
• алюминотермические реакции протекают с выделением большого количества тепла, температура реакции может достигать 3000°, причём восстановленный расплавленный металл нагревается до белого каления;
• для протекания реакции восстановления оксидов алюминия требуется также создание определённых условий, например, сплавить восстановляемые окислы с энергично действующими металлами. Активные - щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr).

Из рассмотренного можно сделать вывод, что при испытании на негорючесть алюминиевой фольги с остатками силикатного клея происходит взаимодействие расплавленного алюминия с натрием или калием, окислы которых находятся в составе силикатных клеев. Но это вопрос металлургии и разбираться с ним должны химики-металлурги.

Проведённый анализ соответствия присутствующих на рынке огнезащитных рулонных материалов на основе базальтового супертонкого волокна характеристикам "НГ", указанным в сертификатах, сопровождающих продукцию, позволяет сделать следующие выводы:

1. Десять из исследуемых материалов (67%) не соответствуют требованиям негорючести, соответственно показатели НГ в сертификатах явно сфальсифицированы.
2. Три материала (20%) изготовлены из негорючих составляющих, но сочетание алюминиевой фольги и силикатного клея приводит к возможности возникновения алюминотермической реакции, при которой температура может достигать запредельных 3000^оС, что недопустимо. Следовательно, производителям данных материалов следует задуматься над изменением технологии и отказаться от применения силикатных клеев.
3. Два материала (13%) полностью соответствуют актуальным требованиям по пожарной безопасности и могут применяться без ограничений.

1. ГОСТ 30244-94 Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть.
2. Красиков С. А., Матушкина Н. В., Кузас Е. А., Агафонов С. Н., Захаров В. И., Николаев А. И., Алишкин А. Р. О возможности пирометаллургической переработки эвдиалитовых концентратов // Исследования и разработки в области химии и технологии функциональных материалов : материалы Всерос. науч. конф. с международным участием. 27–30 ноября 2010г. Апатиты. Изд-во Кольского научного центра РАН, 2010.
3. Ватолин Н. А., Моисеев Г. К., Трусов Б. Г. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. — М. : Металлургия, 1994. — 352 с.

Как заказать?