RU2190649C2 - Cellular composition for fireproofing covering - Google Patents

Abstract

FIELD: fire-fighting facilities. SUBSTANCE: foam composition for fireproofing covering applied to metallic and nonmetallic substrate contains methylphenylsiloxane rubber as polymeric base, silicosilazane as hardener, intercalated graphite and perlite blend as foaming agent, boron nitride as fireproofing compound, and further contains methylphenylsiloxane resin. Said components are used in the following ratio, weight parts: methylphenylsiloxane rubber 100; silicosilazane 5-20; intercalated graphite 15-30; perlite 15-30; boron nitride 15-30; methylphenylsiloxane resin 8-20; organic solvent 40-90. Covering has improved resistance to high pressure, flame temperature of 1,100-50 C. Also, covering does not release substantial amounts of smoking gaseous substances. EFFECT: improved fireproofing quality of covering and increased ecology control. 2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области получения огнезащитных покрытий для тепловой защиты от воздействия пламени металлических и неметаллических поверхностей конструкций в авиа-, судо-, машиностроении, космической и электронной промышленности. The invention relates to the field of production of fire retardant coatings for thermal protection from the effects of flame of metal and nonmetallic surfaces of structures in the aircraft, shipbuilding, mechanical engineering, space and electronic industries.

Известны огнезащитные вспенивающиеся композиции для получения гибких пленочных покрытий, используемых для защиты конструкций от пожара, содержащие в своем составе пленкообразующие полимеры, такие как поливинилэфир, полиакрилат или их сополимеры, и в качестве вспенивающего агента - вспучиваемый графит в количестве 10-90% от массы композиции (ФРГ 3822088, С 08 К 3/04, 1990). Known fire retardant foaming compositions for producing flexible film coatings used to protect structures from fire, containing film-forming polymers such as polyvinyl ether, polyacrylate or their copolymers, and as foaming agent - expanded graphite in an amount of 10-90% by weight of the composition (Germany 3822088, C 08 K 3/04, 1990).

Недостатком покрытия на основе этой композиции является малая огнестойкость вследствие термоокислительной деструкции покрытия при воздействии температуры 150^oС и выше.The disadvantage of the coating based on this composition is low fire resistance due to thermal oxidative degradation of the coating when exposed to temperatures of 150 ^o C and above.

Известна огнезащитная вспенивающаяся композиция на основе вспучиваемого графита 10-60 вес.%, полимерного связующего - основы - 5-25 вес.% (хлоропреновый каучук, полиэтилен, поливинилацетат или полиакрилат, или их смеси, или водные латексные дисперсии), вещества, образующие углеродный каркас при возгорании, например фенолформальдегидную смолу 2-25 вес.% и микрошарики 0.5-5 вес.% (ФРГ 4135678, С 08 К 21/00, 1991). Композиция наносится в виде пасты или используется путем нанесения на стекловолокнистый или углеродный текстильный прочес при изготовлении огнезащитных пластин и лент для уплотнения швов и отверстий конструкций. Known fire retardant foaming composition based on expandable graphite 10-60 wt.%, Polymer binder - the basics - 5-25 wt.% (Chloroprene rubber, polyethylene, polyvinyl acetate or polyacrylate, or mixtures thereof, or aqueous latex dispersions), substances that form carbon frame upon ignition, for example, phenol-formaldehyde resin 2-25 wt.% and microspheres 0.5-5 wt.% (Germany 4135678, C 08 K 21/00, 1991). The composition is applied in the form of a paste or used by applying to a fiberglass or carbon textile webs in the manufacture of fire-retardant plates and tapes for sealing joints and holes of structures.

Недостатками этой композиции, не позволяющими длительно эксплуатировать ее в условиях высокотемпературного нагрева, являются образование малопрочного пенококса, отсутствие в ее составе ингибиторов горения и образующийся при термодеструкции фенолформальдегидных связующих углеродный каркас, подвергающийся интенсивному окислению при температурах выше 250^oС.The disadvantages of this composition, not allowing long-term operation under conditions of high temperature heating, are the formation of low-strength foam coke, the absence of combustion inhibitors in its composition and the carbon skeleton formed during thermal decomposition of phenol-formaldehyde binders, which undergoes intense oxidation at temperatures above 250 ^o C.

Наиболее близкими по технической сущности, принятыми за прототип, являются вспенивающиеся композиции ВОЗП-4 и ВОЗП-4у для огнезащитного покрытия металлических и неметаллических поверхностей (ТУ 1-595-15-538-98), содержащие в своем составе диметилсилоксановый каучук в качестве полимерной основы, меламин в сочетании с пентаэритритом в качестве вспенивающих агентов, аммоний монофторфосфорнокислый в качестве антипирена, диэтилдикаприлат олова в качестве отвердителя и бензин в качестве растворителя при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
Основа: диметилсилоксановый каучук (ГОСТ 13835) - 100
Вспенивающие агенты:
пентаэритрит (ГОСТ 9286) - 40-60
меламин (ГОСТ 7579) - 25-35
Антипирен: аммоний монофторофосфорнокислый (ГОСТ 3771) - 40-60
Отвердитель: диэтилдикаприлат олова (К-18) (ТУ 6-02-805) - 4-6
Растворитель: бензин (ГОСТ 443) - 15-25
Данные огнезащитные композиции не могут быть использованы для защиты внутренних обитаемых помещений, так как процесс вспенивания в условиях пожара сопровождается выделением большого количества сильно дымящих газообразных продуктов (оксида углерода, активных радикалов полиолов и т.п.), вредно воздействующих на человеческий организм. Кроме того, пенообразная часть вспучивающегося огнезащитного покрытия не обладает устойчивостью к касательным напряжениям трения от газообразного потока, что делает покрытие неэффективным при защите внешних поверхностей летательных аппаратов и ограничивает его применение в других транспортных средствах (автомобильных, железнодорожных). Длительное отверждение (24 ч при температуре 20^oС) не позволяет изготавливать покрытие ленточного типа.The closest in technical essence, taken as a prototype, are the foaming compositions of VOZP-4 and VOZP-4u for fire retardant coating of metal and nonmetallic surfaces (TU 1-595-15-538-98), containing dimethylsiloxane rubber as a polymer base , melamine in combination with pentaerythritol as blowing agents, ammonium monofluorophosphate as a flame retardant, tin diethyl dicaprylate as a hardener and gasoline as a solvent in the following ratio of components, wt. hours:
Basis: dimethylsiloxane rubber (GOST 13835) - 100
Foaming Agents:
pentaerythritol (GOST 9286) - 40-60
melamine (GOST 7579) - 25-35
Fire retardant: ammonium monofluorophosphate (GOST 3771) - 40-60
Hardener: tin diethyl dicaprylate (K-18) (TU 6-02-805) - 4-6
Solvent: gasoline (GOST 443) - 15-25
These fire-retardant compositions cannot be used to protect the internal habitable premises, since the foaming process in a fire is accompanied by the release of a large number of highly fuming gaseous products (carbon monoxide, active polyol radicals, etc.) that are harmful to the human body. In addition, the foamy part of the intumescent fire retardant coating is not resistant to shear friction from a gaseous flow, which makes the coating ineffective in protecting the outer surfaces of aircraft and limits its use in other vehicles (automobile, rail). Long-term curing (24 hours at a temperature of 20 ^o C) does not allow to produce a tape type coating.

Технической задачей изобретения является создание вспенивающей композиции для изготовления высокоэффективного огнезащитного покрытия, устойчивого в условиях высокого давления от газового потока, средств пожаротушения, не выделяющего значительного количества дымящих газообразных веществ в условиях воздействия пламени и обеспечивающего защиту изделий от воздействия пламени с температурой 1100±50^oС. Композиция должна наноситься методами пневмонапыления, шпателем и обеспечивать возможность нанесения ее на ленты для изготовления ленточной огнезащиты.An object of the invention is the creation of a foaming composition for the manufacture of a highly effective fire retardant coating that is stable under high pressure from a gas stream, fire extinguishing agents that do not emit a significant amount of smoking gaseous substances under conditions of flame exposure and provide protection of products from flame exposure at a temperature of 1100 ± 50 ^o C The composition should be applied by pneumatic spraying methods, with a spatula and provide the possibility of applying it to tapes for the manufacture of tapes full-time fire protection.

Для решения поставленной задачи предложена вспенивающаяся композиция, имеющая следующий состав, мас. ч.:
Основа: метилфенилсилоксановый каучук (ТУ38-103-129-77) - 100
Отвердитель: кремнесилазан (ТУ 6-02-1003-75) - 5-20
Вспенивающие агенты:
интеркалированный графит (экспериментальный) - 15-30
перлит (ТУ21-УССР-780-74) - 15-30
Антипирен: нитрид бора (ТУ 2-036-707-77) - 15-30
Связующее: метилфенилсилоксановая смола (ТУ 6-02-946-74) - 8-20
Органический растворитель - 40-90
Предлагаемая композиция может наносится на металлические и неметаллические подложки. В качестве неметаллических подложек могут быть использованы ткани, ленты, иглопробивные материалы, войлоки и маты из стеклянных, полимерных и углеродных волокон. Предлагаемая композиция отличается тем, что ее можно наносить на стеклоленту тканой структуры.To solve the problem proposed foaming composition having the following composition, wt. hours:
Basis: methylphenylsiloxane rubber (TU38-103-129-77) - 100
Hardener: silicosilazane (TU 6-02-1003-75) - 5-20
Foaming Agents:
intercalated graphite (experimental) - 15-30
perlite (TU21-USSR-780-74) - 15-30
Fire retardant: boron nitride (TU 2-036-707-77) - 15-30
Binder: methylphenylsiloxane resin (TU 6-02-946-74) - 8-20
Organic Solvent - 40-90
The proposed composition can be applied to metallic and non-metallic substrates. As non-metallic substrates can be used fabrics, ribbons, needle-punched materials, felts and mats made of glass, polymer and carbon fibers. The proposed composition is characterized in that it can be applied to a glass tape of a woven structure.

Композиция наносится пульверизатором, шпателем, поливом и другими применяемыми в промышленности способами. The composition is applied by spray, spatula, irrigation and other methods used in industry.

Предлагаемая композиция отличается от композиции прототипа тем, что в качестве основы содержит метилфенилсилоксановый каучук, в качестве вспенивающегося агента - смесь интеркалированного графита и перлита, в качестве антипирена - нитрид бора, в качестве отвердителя - кремнесилазан. Композиция дополнительно содержит метилфенилсилоксановую смолу в качестве коксообразующего связующего. The proposed composition differs from the composition of the prototype in that it contains methylphenylsiloxane rubber as a base, a mixture of intercalated graphite and perlite as a foaming agent, boron nitride as a flame retardant, and silicosilazane as a hardener. The composition further comprises methylphenylsiloxane resin as a coke forming binder.

Смесь интеркалированного графита и перлита обеспечивает реализацию процесса вспучивания покрытия без выделения летучих продуктов и получение плотного монолитного кокса с равномерно распределенной мелкой пористостью. Отсутствие сильного дымления газообразных летучих продуктов позволяет использовать покрытие в обитаемых отсеках транспортных средств: в пассажирских салонах, кабинах экипажа, обитаемых отсеках космических аппаратов. A mixture of intercalated graphite and perlite ensures the implementation of the process of expansion of the coating without emitting volatile products and obtaining dense monolithic coke with uniformly distributed fine porosity. The absence of strong smoke of gaseous volatile products allows the use of the coating in inhabited compartments of vehicles: in passenger cabins, crew cabins, inhabited compartments of spacecraft.

Введение в композицию метилфенилсилоксановой смолы обеспечивает образование пенослоя, состоящего из высокопрочного термоэрозионностойкого пенококса, устойчивого с срезывающим усилиям газового или аэродинамического потока, позволяющего использовать покрытие на наружных поверхностях летательных аппаратов, мотогондолах, контейнерах защиты полезной информации. Надежность огнезащитного покрытия при этом многократно возрастает, так как в условиях пожара пенослой перекрывает нижележащие слои, незатронутые термодеструкцией. The introduction of methylphenylsiloxane resin into the composition provides the formation of a foam layer consisting of high-strength thermo-erosion-resistant foam coke, stable with shearing forces of a gas or aerodynamic flow, which allows the use of a coating on the outer surfaces of aircraft, engine nacelles, and containers for protecting useful information. The reliability of the fire retardant coating at the same time increases many times, since in a fire, the foam layer overlaps the underlying layers not affected by thermal degradation.

Метилфенилсилоксановая смола, имея повышенное относительное удлинение при растяжении, в сочетании с метилфенилсилоксановым каучуком позволяет получить эластичное покрытие, в том числе и ленточного типа, с высоким относительным удлинением, низким модулем упругости в сочетании с высокой термостойкостью, необходимой для повышения огнезащитных свойств. Methylphenylsiloxane resin, having an increased elongation in tension, in combination with methylphenylsiloxane rubber allows you to get an elastic coating, including tape type, with high elongation, low elastic modulus in combination with high heat resistance, necessary to increase fire retardant properties.

Нитрид бора в процессе нагрева плавится с образованием вязкой пленки, которая растекается по стенкам пор и затрудняет окисление и выгорание пенококса. During heating, boron nitride melts with the formation of a viscous film that spreads along the pore walls and makes it difficult to oxidize and burn out the foam coke.

Использование кремнесилазана в качестве отвердителя и смеси растворителей позволяет получить вязкость композиции на уровне 60-120 с и регулировать ее жизнеспособность от 30 мин до 2 ч, обеспечивая тем самым возможность нанесения огнезащитного покрытия на ленточную подложку и изготовление ленточной огнезащиты для трубопроводов. Ленточная подложка из термостойких волокон обеспечивает повышенную надежность огнезащиты в условиях экстремального термодинамического воздействия при пожаре и аварийном уносе пенококса с этого слоя. The use of silicosilazane as a hardener and a mixture of solvents makes it possible to obtain a viscosity of the composition at the level of 60-120 s and to regulate its viability from 30 minutes to 2 hours, thereby providing the possibility of applying a fire retardant coating to the tape substrate and the manufacture of tape fire protection for pipelines. The tape substrate made of heat-resistant fibers provides increased reliability of fire protection in conditions of extreme thermodynamic effects in case of fire and emergency removal of foam coke from this layer.

Примеры осуществления. Examples of implementation.

Пример 1. Покрытие наносили следующим образом: на одну сторону дюралевой пластины из сплава Д19 после подготовки поверхности наносили грунт по принятой технологии, а затем пульверизатором огнезащитную композицию. Композиция выдерживалась при температуре 20+5^oС в течение 24 ч. Испытания покрытия осуществляли в условиях воздействия продуктов сгорания воздушно-бензиновой смеси при температуре потока 1100±50^oС и давлении Р_о=1,2 атм в течение 15 мин (методика ВИАМ). В процессе испытания измеряли температуру подложки термопарой. Толщина покрытия составляла 3±0.5 мм, толщина подложки 1.25 мм.Example 1. The coating was applied as follows: on one side of a duralumin plate made of D19 alloy, after preparing the surface, soil was applied according to the accepted technology, and then a fire-retardant composition was sprayed. The composition was kept at a temperature of 20 + 5 ^o С for 24 hours. Coating tests were carried out under the influence of combustion products of an air-gasoline mixture at a flow temperature of 1100 ± 50 ^o С and pressure Р _о = 1.2 atm for 15 min (VIAM method ) During the test, the temperature of the substrate was measured with a thermocouple. The coating thickness was 3 ± 0.5 mm, and the substrate thickness was 1.25 mm.

В примере 2 и 3 покрытие наносили соответственно на стеклопластик и пенопласт и проводили испытания в тех же условиях, что и в примере 1. In example 2 and 3, the coating was applied respectively to fiberglass and foam and tested under the same conditions as in example 1.

Пример 4. Ленточное огнезащитное покрытие изготавливали по следующей технологии: тканую кремнеземную ленту термообрабатывали при температуре 800^oС в течение 45 мин. Композицию состава изготавливали путем смешения компонентов в последовательности, обеспечивающей жизнеспособность 2.5 ч. Смесь заливали в кювету лентопротяжного станка, который обеспечивал протяжку ленты через щелевой зазор и нанесение огнезащитной композиции на ленту. Лента с огнезащитным покрытием сматывалась в бобины. Толщина слоя композиции на ленте составляла 2+0.5 мм при толщине тканой ленты 0.15 мм.Example 4. A tape fire retardant coating was made according to the following technology: a woven silica tape was heat treated at a temperature of 800 ^o C for 45 minutes The composition composition was prepared by mixing the components in a sequence that ensured a 2.5-hour viability. The mixture was poured into a cuvette of a tape machine, which ensured the tape was drawn through the slot gap and the flame retardant composition was applied to the tape. Fire retardant tape was wound into reels. The thickness of the layer of the composition on the tape was 2 + 0.5 mm with a thickness of the woven tape 0.15 mm.

Модель для испытаний представляла собой трубку из алюминиевого сплава марки Д16 диаметром 25 мм с толщиной стенки 1 мм, с зачеканенной термопарой на внешнюю поверхность. На трубку был нанесен стекломат толщиной 3 мм, на поверхность которого была нанесена лента с огнезащитной композицией. Подготовленный образец испытывали на стенде, режим работы которого описан в примере 1. В процессе испытаний осуществляли визуальное наблюдение и замер температуры трубки. The test model was a tube made of an aluminum alloy of grade D16 with a diameter of 25 mm with a wall thickness of 1 mm, with a thermocouple hammered onto the external surface. 3 mm thick glass mat was applied to the tube, on the surface of which a tape with a flame retardant composition was applied. The prepared sample was tested on a bench, the operating mode of which is described in example 1. During the tests, visual observation and measurement of the temperature of the tube were carried out.

В примере 5 приведен состав покрытия с системой растворителей, отличной от примеров 1, 2, 3, 4. Покрытие изготавливали по технологии, аналогичной технологии, описанной в примере 1. Example 5 shows the composition of the coating with a solvent system that is different from examples 1, 2, 3, 4. The coating was made according to a technology similar to the technology described in example 1.

В примере 6 покрытие, изготовленное по составу композиции прототипа, наносили на пластину из алюминиевого сплава марки Д19 толщиной 1,25 мм и испытывали по режиму, приведенному в примере 1. In example 6, a coating made according to the composition of the prototype composition was applied to a plate of aluminum alloy grade D19 with a thickness of 1.25 mm and was tested according to the regimen described in example 1.

В табл. 1 приведены составы заявляемых вспенивающихся композиций огнезащитного покрытия (примеры 1-5) и состав огнезащитного покрытия-прототипа по примеру 6. In the table. 1 shows the compositions of the inventive expandable compositions of a fire retardant coating (examples 1-5) and the composition of the fire retardant coating of the prototype of example 6.

В табл.2 приведены свойства огнезащитного покрытия на основе заявляемых вспенивающихся композиций (примеры 1-5) и композиции-прототипа по примеру 6. Table 2 shows the properties of the fire retardant coating based on the inventive expandable compositions (examples 1-5) and the prototype composition of example 6.

В примерах 1, 2, 3, 4, 5 покрытие дымило незначительно и пенослой не имел эрозии. При испытании образцов с покрытием- прототипом покрытие сильно дымило и частично уносилось с поверхности, начиная с 7 мин испытаний. In examples 1, 2, 3, 4, 5, the coating smoked slightly and the foam did not have erosion. When testing samples with a prototype coating, the coating was very smoky and partially carried away from the surface starting from 7 min of testing.

Как видно из табл.2, заявляемые композиции обеспечивают значительно более низкий прогрев защищаемой поверхности и эксплуатируются без уноса пенококса. As can be seen from table 2, the inventive compositions provide significantly lower heating of the protected surface and are operated without entrainment of the foam coke.

Заявляемая огнезащитная вспенивающаяся композиция используется для изготовления высокоэффективного многофункционального огнезащитного покрытия изделий для внешних поверхностей и обитаемых отсеков транспортных средств. The inventive fire retardant foaming composition is used for the manufacture of highly effective multifunctional fire retardant coatings for external surfaces and inhabited vehicle compartments.

Claims (1)

1. Вспенивающаяся композиция для огнезащитного покрытия, наносимая на металлическую и неметаллическую подложку, включающая полимерную основу, отвердитель, вспенивающий агент, антипирен и органический растворитель, отличающаяся тем, что в качестве полимерной основы используют метилфенилсилоксановый каучук, в качестве отвердителя - кремнесилазан, в качестве вспенивающего агента - смесь интеркалированного графита и перлита, в качестве антипирена - нитрид бора и дополнительно содержит метилфенилсилоксановую смолу при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Метилфенилсилоксановый каучук - 100
Кремнесилазан - 5-20
Интеркалированный графит - 15-30
Перлит - 15-30
Нитрид бора - 15-30
Метилфенилсилоксановая смола - 8-20
Органический растворитель - 40-90
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неметаллической подложки используют ткани, ленты, иглопробивные материалы, войлоки и маты из стеклянных, полимерных и углеродных волокон.1. Foaming composition for a fire retardant coating, applied to a metal and non-metallic substrate, including a polymer base, hardener, blowing agent, flame retardant and an organic solvent, characterized in that methylphenylsiloxane rubber is used as the polymer base, silicosilazane is used as the hardener, and foaming agent agent - a mixture of intercalated graphite and perlite, as a flame retardant - boron nitride and additionally contains methyl phenylsiloxane resin in the following ratio AI components in parts by weight .:
Methylphenylsiloxane Rubber - 100
Kremnesilazan - 5-20
Intercalated Graphite - 15-30
Perlite - 15-30
Boron Nitride - 15-30
Methylphenylsiloxane Resin - 8-20
Organic Solvent - 40-90
2. The composition according to claim 1, characterized in that as a non-metallic substrate using fabrics, tapes, needle-punched materials, felts and mats made of glass, polymer and carbon fibers.

Images