Вопросы огнезащиты текстильных материалов

06.03.2013

evgenij_samohvalov.jpgЕвгений Самохвалов
Заместитель директора по научной работе
ЧП НПФ «Экохимтехнологии»
96500, АР Крым, г. Саки, а/я 36 Тел.: (06563) 289 12
e-mail: zaschita1@mail.ru

ekohimteknologii.jpgТекстильные материалы чрезвычайно пожароопасны. Казалось бы, что резко возросшие в последние годы требования к огнезащищенности текстильных материалов, применяемых для отделки помещений общественных зданий, гостиниц, стадионов, железнодорожных вагонов, самолетов, судов, спецодежды, спортивной атрибутики, театральных декораций, должны были бы привести к увеличению количества обрабатываемых соответствующим образом объектов. Но, к сожалению, это не так.

На произошедшие не так давно пожары в Виннице, Житомире, других городах и населенных пунктах рынок противопожарной продукции и услуг (в плане текстиля) почти ни как не отреагировал. Воистину, «пока гром не грянет, мужик не перекрестится», хотя чисто украинская ментальность очень бережного отношения к собственной «хатынке» оставляет надежду на изменения ситуации.

Источник вдохновения

Огнезащитная обработка текстильных материалов ставит перед производителем работ очень серьезные задачи, в силу того, что химизм процесса взаимодействия ткани и антипирена в каждом случае может быть различен. Он зависит от очень большого количества факторов и нюансов: как-то состав ткани, красители, технологические особенности производства – мерсеризация, различные аппреты... Положительный результат, без знаний о предмете, гарантировать сложно. Говоря по-простому: «головной боли много, денег – мало».

Думаю, именно это и является одной из основных причин столь «отсталого» отношения к данному вопросу огнезащиты. К сожалению, все годы независимости огнезащита текстиля, при всей ее важности, играет роль пасынка.

Другая причина – это отсутствие системного подхода. В таких сегментах рынка, как огнезащита металла и древесины, худо-бедно такой подход существует. В текстиле его нет. Безусловно, есть отдельные примеры его огнезащиты: это, прежде всего, в Национальной опере и Гостелерадиокомпании Украины.

Буквально в последние месяцы данному вопросу начал уделять внимание Государственный департамент пожарной безопасности МЧС Украины. Примет ли данный факт характер устойчивой тенденции – покажет время.

Понимая, что профессионалов по огнезащитной обработке текстильных материалов в Украине почти не осталось, в данной статье хочется дать хотя бы основные практические ориентиры, выработанные многолетним опытом путем «проб и ошибок», и просто поделиться знаниями.

При выборе текстильных материалов, широко предлагаемых на рынке, часто поражает большое количество принимаемых при этом просто «диких», необдуманных решений. Вместо нормальных, хорошо зарекомендовавших себя отечественных натуральных тканей почему-то выбирают импортную синтетику с таким каплеобразованием, что напалм по сравнению с ней просто «отдыхает». Это каплеобразование либо просто невозможно «задавить» как, например, у чистых полиамидов, либо для этого необходимо «повесить» на ткань очень большое количество антипирена (практически 100% концентрат, вместо 25% необходимых для натуральных тканей). Эти «решения» и вдохновили на написание данной статьи.

В повседневной жизни текстиль окружает человека гораздо больше, чем древесина, металл и прочие материалы. Задача снижения горючести текстиля состоит в защите жизни и имущества человека, именно этим она коренным образом отличается от других отделок тканей, целью которых является улучшение внешнего вида и облегчение ухода за изделием. Именно поэтому системный подход к данному вопросу давно присутствует в США и в европейских странах.

История вопроса и современные методы оценки пожарной опасности текстиля

В 1954 году в США были впервые опубликованы законодательные предписания по обращению с горючими текстильными материалами, которые были дополнены в 1967 году таким документом, как «Постановление о горючих тканях» (№1 и №2). Аналогичные документы были разработаны в Великобритании – «Предписания по безопасности ночной одежды 167N839» (1); Швейцарии – «Предписание по обращению с продовольствием и предметами потребления» (ст. 464, разд. 3); Германии – ДИН 23325. В 1977 году подобные предписания появились также в Австралии, Австрии, Ирландии, Канаде, Франции, Швеции, ЮАР, Японии. Тем не менее, не взирая на серьезные законодательные меры, в 1996 году материальные потери от пожаров в США составили 1,5 млрд. долларов, в т.ч. 0,45 млрд. долл. в результате воспламенения текстильных материалов. При воспламенении одежды получили телесные повреждения около 200 тыс. человек, в основном дети и престарелые, около 5 тыс. человек погибли. В Англии ежегодно страдают от пожара 20 тыс. человек, при этом 600 человек от воспламенения одежды.

Л. Меккель, А. Рокк проанализировали множество данных о несчастных случаях с летальным исходом при возгорании одежды в США, Швеции, Канаде, Англии, Швейцарии и Германии. Они пришли к выводу, что один такой случай за год приходиться на 60-900 тыс. человек, больше всех для США, меньше всех для Германии. Примечательно, что Швейцария меньше из всех стран теряющая людей на пожарах (2 чел. на 1 миллион жителей, для сравнения в США – 13 чел.) для предотвращения поступления на рынок пожароопасных текстильных изделий и уменьшения материальных потерь приняла закон, запрещающий распространение легковоспламеняющегося текстиля. А специальная комиссия разрабатывает методы определения степени горючести текстиля и его пожароопасности. Также в этой стране проводится выборочное испытание текстильных изделий, поступающих на рынок. Фирмы-производители официально предупреждаются об ответственности за несчастные случаи, связанные с использованием «опасного» текстиля, а через прессу информируются соответствующие органы и население об опасности использования изделий, не выдерживающих испытаний на горючесть. Для специалистов издаются рекомендации по химическим методам придания пониженной горючести тканям (4).

На сегодня все национальные законодательства включают в себя правила, нормирующие показатели пожарной опасности текстильных материалов и изделий из них. В связи с тем, что эти показатели зависят от многих факторов (химическая структура материалов, геометрия изделий, окружающая среда, источники зажигания, время воздействия и т.д.), в мировой практике определение характеристик горения и воспламенения текстильных материалов проводиться более чем по 100 лабораторным методикам (национальным, ISO, EN, IMO). Поскольку Украина сделала свой выбор в сторону евроинтеграции и гармонизации своих стандартов с европейскими, необходимо хотя бы бегло остановиться на основных из них.

Для оценки воспламеняемости штор, занавесей, драпировок, как правило, применяются методы испытаний вертикально расположенных образцов IMO Resolution A.471 (XII): Improved test method for qualifying marine construction materials as noncombustible. (украинский аналогДСТУ 4155-2003. Захист від пожеж. Матеріали текстильні. Метод випробування: на займистість.). ISO 69401984. Textile fabrics – Burning behaviour – Determinations of ease of ignition of vertically oriented specimens. ISO 69411984. Textile fabrics – Measurement of flame spread properties of vertically oriented specimens.

Также существуют методы испытаний, в которых образец расположен под углом в 45° к горизонту. В некоторых стандартах, например, DIN 54331 -74. Prufung von Textilien. Bestimmung des Brennverhaltens Bodenprufverfahren предлагается дугообразное расположение образца. При этом направление распространения пламени постепенно изменяется снизу вверх, от вертикального к горизонтальному, а затем сверху вниз к вертикальному.

В процессе испытаний фиксируются: время до воспламенения, самостоятельного горения, устойчивого тления, скорость распространения пламени, длину обгоревшего участка.

В Украине также действует ДСТУ4043-2001. Матеріали текстильні для штор та занавісок. Метод визначення характеристики горіння, соответствующий стандарту ISO 6941-1984. Textile fabrics – Burning behaviour- Measurement of flame spread properties of vertically oriented specimens. и EN1102-1995. Textiles and textile products - Burning behaviourCurtains and drapes –Detailed procedure to determine the flame spread of vertically oriented specimens.

При всем многообразии стандартов классификация материалов по воспламеняемости существует лишь в нескольких стандартах, например, в ГОСТ Р 508 10-95 Пожарная опасность текстильных материалов. Ткани декоративные. Метод испытания на воспламеняемость и классификация. EN 13773. Текстиль и текстильные изделия. Характеристики процесса горения. Занавеси и портьеры. Классификационная схема., в стандарте ВИАМ. Материалы текстильные для авиастроения. Определение горючести., и в стандарте Испании UNE 40-306-75. Norma Espanola. Determinacion de la resistencia a la Flama en los tejiodos.

Для оценки пожароопасности материалов, используемых в качестве постельных принадлежностей, существует ряд методов. Одним из наиболее объективных является ISO 12952-1998. Textiles-Burning behaviour of bedding items., определяющий воспламеняемость текстильных изделий (простыней, матрасов, наматрасников и пр.), которые входят в состав композиции постельных принадлежностей. Принцип метода заключается в воздействии на поверхность исследуемого образца источника воспламенения, представляющего собой либо зажженную сигарету либо пламя газовой горелки, имитирующей горящую спичку. В результате определяется наличие тления или горения поверхности образца, а также степень его повреждений.

Методы оценки показателей пожарной опасности материалов специальной защитной одежды, принятые в разных странах, основаны на различных количественных критериях. В зависимости от назначения материалов защитной одежды установлены следующие показатели и методы испытаний:

– устойчивость к воздействию теплового излучения: метод определения теплозащитной эффективности ткани, заключающийся в оценке коэффициента ослабления проходящего через образец материала радиационного теплового потока определенной мощности, – ISO 6942-81. Clothing for protection against heat and fireMethod of evaluation of thermal behaviour of materials and material assemblies when exposed to a source of radiant heat;

– устойчивость к воздействию пламени: метод определяет возможность оценки воспламенения и распространения пламени по поверхности текстильного материала от малокалорийного источника зажигания (5);

– теплопередачу при воздействии открытого пламени: метод косвенно связан с определением условий, исключающих возможность нагрева внутренней поверхности одежды до температуры 45-50°С, являющейся предельно допустимой для человека при тепловом воздействии, – ISO/DIS 9151. Protectiv clothing heat and fire – Determination of heat transmission on exposure to flame и др.

В Украине действуют: ДСТУ ISO 9150-2001 (ISO9150-1988.IDT). Одяг захисний Визначання поводження матеріалів в разі попадання на них бризок розплавленого металу., ДСТУ EN 532-2001 (EN532-1994.IDT) Одяг захисний. Захист від високої температури та полум'я. Метод випробування на обмеженість поширення полум'я. Обобщающими показателями для огнезащищенного текстиля спецодежды являются устойчивость к воздействию открытого пламени, теплового потока и теплопередача.

Оценка воспламеняемости мягкой мебели проводиться многочисленными методами, определяющими ее способность сопротивляться воспламенению, устойчивому горению от малокалорийных источников зажигания – тлеющей сигареты или пламени газовой горелки. Наиболее распространенными методами являются стандарт ISO 8191-1987. FurnitureAssesment of the ignitability of upholstered furnitureignition sourse и аналогичные стандарты: Великобритании – BS 5852-1979 Fire test for furniture, Бельгии – NBN S 21-302. Cigarette and match type flame test. Draft 1982, Швеции – NT Fire 014. Funitue upholstered seats ignitability. May1986. В некоторых из них, как например, в Правилах The Upholstered Furniture (Safety) (Amendment) Regulations 1983/519 HMSO предусмотрена классификация мебельных композиций по классам пожарной опасности согласно существующим требованиям, предназначенных для применения в общественных зданиях. Так, в Великобритании с 1980 года действуют Правила, согласно которым в зависимости от результатов испытаний по методу стандарта BS 5852 мягкая мебель независимо от области использования должна иметь специальную маркировку, указывающую на степень ее пожарной опасности. Указанные правила распространяются на всю мягкую мебель, поставляемую потребителю.

При оценке пожароопасности напольных ковровых текстильных покрытий (НТКП) определяется ряд показателей. К ним относятся: легкость воспламенения, скорость распространения пламени по поверхности материала, количество выделившегося тепла, уровень дымообразования и токсичность продуктов горения. В некоторых зарубежных методах оценивается также уровень выделения слезоточивых газов и степень выгорания атмосферного кислорода.

Легкость воспламенения определяется при вертикальном расположении образца и воздействии на него малокалорийного источника зажигания в течение фиксированного времени – FAR 2583. Part 25. Airworthiness Standards: Transport category airplanes.

Скорость распространения пламени может определяться как простыми методами с воздействием малокалорийного источника зажигания (метенаминовая таблетка, раскаленная гайка и т.п.) – ISO 6925-1982 Textile floor coveringsBurning behaviourTablet test at ambient temperature, так и более сложными, с воздействием теплового потока – EN ISO 9239. Reaction to fire tests – Horizantal surface spread of flame on floor –covering systems –Part: Flame spread using a radiant heat ignition sourse.

Измерению подлежат время воспламенения, длина распространения пламени по поверхности образца и динамика дымовыделения. С помощью тарировочой таблицы, описывающей профиль изменения поверхностной плотности лучистого потока, определяются критическая поверхностная плотность теплового потока и оптическая плотность дыма.

Ряд НТКП при горении образуют значительное количество тепла, что делает их более опасными при соприкосновении с другими материалами, т.к. они играют роль источников зажигания. В связи с этим в ряде стран применяются методы определения уровня возможного тепловыделения – EN ISO 1716. Reaction to fire tests for building products – Determination of the calorific value.

Согласно классификации европейских норм, введенных в действие с 01.03.2003 г. по методам, позволяющим оценить тепловыделение при горении, дымообразующую способность, распространение пламени по поверхности, легкость воспламенения и возможность каплепадения горящего расплава, материалы напольных покрытий, в том числе ковровых, подразделяются на 7 классов пожарной опасности от A1 до Е. Причем для классов А2, В, С, D требуется обязательное дополнительное декларирование дымообразования (6).

Следовательно, различное назначение тканей обуславливает определенные требования к способам огнезащиты, критериям оценки и выбору методов испытаний.

Горючесть текстильных материалов

Воздействие тепла на волокна можно представить общей схемой (см. схему).

volokno.jpg

При пиролизе волокон возникают как твердые и жидкие (углеводороды, кислоты альдегиды спирты, амины и т.д.), так и газообразные продукты (оксид углерода, углекислый газ, углеводороды и т.д.) (7).

Пиролиз – это разложение органических веществ при высокой температуре. Вид продуктов пиролиза зависит от его температуры и состава окружающей среды. При выборе волокна необходимо учитывать то, что при пиролизе могут возникать высокотоксичные газы, которые при превышении ПДК являются причиной летального исхода: оксид углерода – из всех волокон; цианистый водород – из полиамидных, полиакрилнитрильных и кератиновых волокон; хлористый водород – из поливинилхлоридных волокон; бромистый водород – из волокон, содержащих антипирены на основе брома (именно поэтому использование галоидсодержащих антипиренов в Евросоюзе запрещено законодательно). Наиболее опасны они при пожарах в замкнутых пространствах, например, самолетах. Многочисленные эксперименты показали, что количество оксида углерода и цианистого водорода очень сильно зависит от условий горения, температуры и интенсивности потока воздуха. Напротив, количество образующегося хлористого и бромистого водорода мало зависит от внешних условий – оно близко к теоретическому, получающемуся при полном связывании галогенов, содержащихся в волокне. Газообразный хлор и фосген в пиролитических газах не были обнаружены, хотя их специально искали, меняя условия пиролиза. Состав газа выделяющегося при пиролизе многокомпонентного текстильного зависит от химического состава волокон в него входящих, а вот доля таких продуктов, как СО, СО2, Н2О, NH3, HCN, HCL, HBr, NO, NO2 зависит сильно.

табл_огнезащита.jpg

В общем виде пиролиз различных волокон выглядит следующим образом:

первый этап разложения волокна – деполимеризация целлюлозы. Затем следует расщепление в левоглюкозан (1,6-ангидро-b-глюкопираноза), из которого затем возникает ряд продуктов распада: фурфуриловый спирт, фурфурол, ацетальдегид, этанол, метанол, формальдегид и т.д. Температура самовоспламенения названных продуктов распада лежит между 315 и 450°С (3-8). Была определена (9) наименьшая температура, при которой за 12 секунд происходит полное обугливание хлопковой ткани. При этом отмечено, что препараты для снижения горючести уменьшают температуру обугливания.

Термическое расщепление полиамидов протекает предположительно по C-N связям. Определено, что продуктами распада полиамида 6 являются углеводороды, оксид углерода, диоксид углерода, аммиак, бензол, амины, а полиамида 6,6 –гексиламин, гексаметиленимин и алифатические карбокислоты.

Полиакрилонитрильные волокна разлагаются при нагревании с образованием аммиака, синильной кислоты, акрилонитрила, ацетонитрила.

При пиролизе полиэфирных волокон вместе с оксидом и диоксидом углерода возникают в зависимости от температуры бензол, бензойная и терефталева кислоты, ацетальдегид. Горючесть этих волокон объясняется присутствием бензола и бензойной кислоты в продуктах распада. Диоксид углерода является продуктом декарбоксилирования бензола и бензойной кислоты (10). Температура воспламенения продуктов пиролиза целлюлозных волокон, например, метанола и этанола, меньше температуры воспламенения продуктов пиролиза полиэфирных волокон. Это сказывается на горючести тканей из смеси хлопка с полиэфирным волокном. Вообще огнезащита смесовых тканей (хлопок+полиэфир, хлопок+вискоза) в мировой практике является очень не простой задачей.

Библиографические ссылки:

G. Stamm. Textilveredlung-1971-6-631.
E.P. Friezer, Spinner, Weber. Textilveredlung -1996-79-938-1038.
R. Aeniahanslin, Z. ges. Textilindustrie1971-73-761.
A. Chwala, V. Aner. Handbuch der Textilhilfsmittel-1991-342.
Филин Л.Г., Михайлова Л.Д. Методы оценки воспламеняемости текстиьных материалов// Обзорная информацияВНИИПО МВД СССР-М.,1991.-45с.
А.Н. Баратов, Н.И. Константинова, И.С. Молчадский. Пожарная опасность текстильных материалов – М.,2006 – 271с.
J.H. Hendrix, G.L. Drake, R.H. Harker. J. appl. Polym Science-1972-16-41-257.
M. Rieber, loc. cit. Textile Flammability and Consumer Salety.// G. DuttweilerInstitut –Ruschlikon-Zurich-1969.
U. Einsele Z. ges. Textilindustrie1970-72-984.
C.P. Fenimore et al .Combustion and Flame -1966-10-35-295.

Окончание статьи в следующем номере 


Возврат к списку