Способ изготовления аэрозолеобразующих огнетушащих составов с повышенной влагоустойчивостью

Изобретение относится к области изготовления аэрозолеобразующих огнетушащих составов, содержащих в качестве окислителя нитрат калия или нитрат натрия. Способ включает смешение входящих в состав компонентов и формирование образцов. После извлечения образцов из пресс-формы их поверхность смачивают жидкой смесью, состоящей из 20-50 мас.% эпоксидной смолы, 2-5 мас.% дибутилфталата, 5-8 мас.% полиэтилеполиамина и ацетона - остальное до 100%. Затем проводят провялку при комнатной температуре в течение 1-2 час и сушку при температуре 60-100°С в течение 1-5 часов. Предложенное изобретение позволяет повысить влагоустойчивость аэрозолеобразующих огнетушащих составов. 1 табл.

 

Изобретение относится к средствам тушения и предотвращения горения легковоспламеняющихся жидкостей, горючих веществ и материалов в замкнутых объёмах.

В качестве эффективных средств объёмного пожаротушения в замкнутых объёмах широкое распространение получили аэрозолеобразующие огнетушащие составы (АОС), содержащие в качестве окислителя нитраты калия или натрия (WO 92/17244, заявка, кл. A62D 1/00, А62С 5/02, 1992). Повышенная гигроскопичность и растворимость в воде указанных окислителей обусловливают недостаточно надежную работоспособность зарядов из подобных АОС при их эксплуатации в условиях повышенной влажности окружающей среды или в результате даже кратковременного контакта с водой. Это обстоятельство предопределяет необходимость применения герметичной оснастки, а также обеспечения специальных условий для исключения увлажнения АОС и снижает надежность использования подобных средств пожаротушения в условиях повышенной влажности (складские и подвальные помещения, корабельные отсеки и др.). Чем выше гигроскопичность и содержание используемых в составе подобных окислителей, тем более высока его способность к поглощению влаги и ниже сохраняемость работоспособности образцов при их эксплуатации в условиях повышенной влажности. Так, композиция, содержащая 70% нитрата калия (KNO₃), 11% фенолоформальдегидной смолы (ФФС) и 19% дициандиамида (ДЦДА), при относительной влажности ϕ=92,5% в течение 10 суток сорбирует 1,74 мас.% воды. В тех же условиях при использовании в качестве окислителя нитрата натрия (NaNO₃) сорбируется около 4,2 мас.% воды. Через 20 минут после погружения образцов с KNO₃ в воду происходит разрушение их поверхности, а в случае наличия в составе NaNO₃ нарушение целостности образцов наблюдается в первые минуты контакта с водой. Отмеченные различия соответствуют величине гигроскопичности и растворимости в воде указанных окислителей:относительная влажность над насыщенным раствором KNO₃ составляет 92,5%, а его растворимость в воде равна 24% в то время, как для NaNO₃ эти показатели равны соответственно 77% и 42% (Шидловский А.А. Основы пиротехники, ГИОП, М., 1954).

Известно, что на влагостойкость состава наряду с физико-химической природой используемых компонентов может оказывать влияние также и способ изготовления изделий из АОС. Так, образцы АОС, изготовляемые по литьевой технологии, при прочих равных условиях имеют меньшую склонность к увлажнению по сравнению с образцами, полученными методом "глухого" прессования, прежде всего, из-за повышенной пористости последних. Об этом может свидетельствовать их меньшая плотность по сравнению с расчетной (на 3-5% и более) даже при крайне высоких давлениях прессования (Руд > 300 МПа). Плотность же образцов, изготавливаемых методом свободного литья, близка к теоретической.

Пористость прессованных образцов из АОС способствует снижению их влагоустойчивости, в том числе по причине существенного вклада капиллярной сорбции воды в условиях повышенной влажности.

К одному из известных способов изготовления аэрозолеобразующих составов относится способ, изложенный в патенте (RU, 2095104, кл. A62D 1/00, 1/06, 1996). Он выбран нами в качестве прототипа и состоит из последовательно выполняемых технологических операций по дозировке и смешению компонентов в течение 1 часа с последующим формованием изделий необходимой геометрической формы методом глухого прессования при удельном давлении Руд = 150 МПа.

Согласно полученным экспериментальным данным ни один из указанных способов изготовления АОС не позволяет заметно повысить влагоустойчивость образцов. Так, вне зависимости от указанных способов получения образцы одинакового рецептурного состава (74% KNO₃, 16% ДЦДА и 10% ФФС) имели гигроскопичность на уровне 1,62...1,88% (ϕ = 92,5%, время выдержки τ = 10 суток) и начинали разрушаться через 2-3 мин после погружения в воду. По мере увлажнения образцов при ϕ = 92,5% было отмечено снижение скорости (с 2,6 до 1,1 мм/с), устойчивости и полноты горения. Полнота горения оценивалась по количеству шлаковых остатков в модельной камере после сгорания образца.

Как следует из вышеизложенного, недостаточная влагоустойчивость изделий из АОС снижает их эксплуатационную надежность и ограничивает диапазон применения аэрозолеобразующих средств пожаротушения, вызывая необходимость принятия специальных мер, исключающих их увлажнение.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа изготовления аэрозолеобразующих огнетушащих составов, обладающих повышенной влагоустойчивостью, на основе таких традиционных окислителей, как нитраты калия или натрия для расширения областей их применения, в том числе и в условиях воздействия неблагоприятных факторов, обусловленных повышенной влажностью окружающей среды.

Технический результат достигается за счет ввода в технологический процесс изготовления изделий из АОС дополнительной операции по смачиванию их поверхности после извлечения из пресс-формы жидкой смесью, состоящей из эпоксидной смолы (20...50 мас.%), дибутилфталата (2...5 мас.%), полиэтиленполиамина (5...8 мас.%) и ацетона (остальное - до 100%) с последующей провялкой при комнатной температуре в течение 1-2 часов и сушкой при Т = 60...100°С в течение 1-5 часов.

В отличие от известного способа защиты образцов за счет нанесения поверхностного покрытия, когда имеется четкое различие между структурой и физико-химическими свойствами полимерной матрицы основного состава и бронировки, предлагаемый способ изготовления из АОС позволяет создать однородный по химическому составу и свойствам переходной приповерхностный слой, состоящий из взаимопроникающей вулканизационной сетки эпоксидной смолы из ацетоновой смеси и экстрагированных ацетоном полимерных составляющих горючего-связующего АОС. Поэтому наличие ацетона в предлагаемом способе изготовления изделий необходимо, но в определенных пределах. В отсутствие ацетона или его малой концентрации в смеси (менее 37%) влагозащитные свойства приповерхностного слоя образцов снижаются. Так, согласно полученным данным количество поглощенной влаги образцами из АОС размером 25/0 - 10 мм (диаметр - 25 мм, высота - 10 мм, канал отсутствует), содержащего 70% КНО₃, при погружении их в воду на 1 час находилось на уровне 1,8 мас.% - в отсутствие ацетона и 0,32 мас.% - при 40% его содержании в смеси. Одновременно при снижении концентрации ацетона происходит увеличение удельной массы инертной поверхностной пленки, приходящейся на 1 см² поверхности (с 0,28 до 0,74 г/см² для 40 и 10% концентрации ацетона соответственно), что оказывает негативное воздействие на процессы воспламенения и горения образцов. Снижение влагоустойчивости образцов также происходит и при высоком содержании ацетона (более 73%), а также при содержании других компонентов смеси, выходящем за вышеуказанные пределы, поскольку при этом происходят ухудшение физико-механических свойств приповерхностного слоя или рост его дефектности.

Эффективность применения предлагаемого способа изготовления изделий из аэрозолеобразующих составов для повышения их влагоустойчивости поясняется следующими примерами.

Цилиндрические образцы размером 67/10 - 40 мм (наружный диаметр - 67 мм, диаметр канала - 10 мм, высота - 40 мм) массой - 200 г одного и того же рецептурного состава (74% окислителя КНО₃ или NaNO₃, 16% ДЦДА и 10% ФФС) готовились двумя способами: по способу, изложенному в примере 1 прототипа (RU, 2095104, кл. A62D 1/00, 1/06, 1996), и по предлагаемому способу, при котором после извлечения из пресс-формы образцы погружались на 10...15 сек в заранее подготовленную однородную смесь эпоксидной смолы, дибутилфталата, полиэтиленполиамина и ацетона. Затем проводились провялка и сушка образцов по температурно-временным режимам, приведенным в таблице.

Полученные результаты подтверждают повышенную влагоустойчивость изделий из аэрозолеобразующих огнетушащих составов, изготовленных по предлагаемому в изобретении способу, по сравнению с изделиями аналогичного состава, изготовленными с применением ранее известных способов. Это позволяет рекомендовать данный способ для производства изделий из АОС, предназначенных, в частности, для эксплуатации в помещениях и сооружениях с повышенной влажностью окружающей среды.

№ п/п	Показатели	Вариант состава
		1	2
		Способ изготовления образцов
По прототипу	По данному изобретению	По прототипу	По данному изобретению
1.	Тип окислителя	Нитрат калия	Нитрат натрия
2.	Состав эпоксидо-ацетоновой смеси, мас.%:
	- эпоксидная смола		20,0		60,0
	- дибутилфталат		2,0		5,0
	- полиэтиленполиамин		8,0		5,0
	- ацетон		70,0		30,0
3.	Режим сушки образцов после смачивания ацетоновой смесью и провялки:
	- температура, °С	-	60,0	-	100,0
	- время, τ, час	-	5,0	-	1,0
4.	Количество сорбированной влаги, мас.%:
	- при относительной влажности 92,5% за 10 суток	1,88	0,30	4,8	0,86
	- после вымочки в воде в течение 1 часа	Образец разрушается через 10 мин после погружения в воду	0,25	Образец разрушается через 2 мин после погружения в воду	0,42

Способ изготовления аэрозолеобразующих огнетушащих составов, содержащих в качестве окислителя нитрат калия или нитрат натрия, путем смешения входящих в состав компонентов и формования образцов, отличающийся тем, что после извлечения образцов из пресс-формы их поверхность смачивают жидкой смесью эпоксидной смолы, дибутилфталата, полиэтиленполиамина и ацетона при следующем соотношении компонентов, мас.%:

эпоксидная смола	20-50
дибутилфталат	2-5
полиэтиленполиамин	5-8
ацетон	остальное до 100 %,

с последующей провялкой при комнатной температуре в течение 1-2 ч и сушкой при температуре 60-100°С в течение 1-5 ч.