Шляпугина Т.В., Зуева Л.В., Дрожжин В.С., Потемкин Г.А. Моделирование поведения некоторых полимерных материалов при воздействии высоких температур // 10 Нижегородская сессия молодых ученых, г.Нижний Новгород, февраль 2005 г.
В настоящее время в повседневной практике широко используются синтетические полимерные и композиционные материалы, в частности, как материалы теплозащитных и теплоизоляционных контейнеров. Существенным недостатком большинства полимеров и композитов является их сравнительно низкая термическая стабильность. В аварийных условиях (например, при пожаре) они могут подвергнуться нагреву до 800°С, и моделирование их поведения в этих условиях представляет несомненный практический интерес. Опасность представляет также тот факт, что при разложении полимерные материалы могут выделять в атмосферу токсичные вещества, а также вещества, способные к самовоспламенению. Изучение таких продуктов имеет несомненно большое значение при оценке показателей степени безопасности изделий из полимерных материалов.
В настоящей работе изучались образцы полимерных и композиционных материалов, таких как пенополиуретан марки ППУ-307, вспененный полистирол (ПСВ-100), пенодифлон, а также прессматериал ППГ-70. При экспериментальном моделировании поведения указанных материалов при нагревании использовались методы термогравиметрического (ТГ) и дифференциального термического анализа (ДТА).
С помощью ТГ метода были определены температуры и максимальные скорости разложения исследуемых материалов. При этом было показано, что значения температур начала процессов терморазложения находятся в интервале 231-435 °С. Терморазложение заканчивается при температурах 442-720 °С.
Исходя из площадей пиков на кривых ДТА, были определены удельные теплоты термодеструкции исследуемых материалов. Эти данные могут быть использованы для расчетов теплофизических свойств этих материалов.
Газообразные продукты, образующиеся в результате терморазложения, определялись с помощью метода газовой хроматографии с разделением на насадочных колонках, заполненных полимерным сорбентом и цеолитом. Детектирование проводилось датчиком по теплопроводности.
Проведенный анализ показал, что в составе продуктов терморазложения присутствуют в значительных количествах (~ 10-20 об. %) низшие углеводороды (метан, этан, пропан, этилен, пропилен), которые могут образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Также, в зависимости от типа полимерного материала, выделяются такие токсичные вещества как стирол, фенол, бензол, толуол, угарный газ.
В данной работе при экспериментальном моделировании поведения полимерных материалов использовались методы термоанализа: термогравиметрии (ТГ) и дифференциального термического анализа (ДТА). Проведение опытов в режиме одновременной регистрации ТГ-ДТА сигналов позволяет довольно уверенно интерпретировать наблюдаемые термограммы процессов.
Полимерные и композиционные материалы при пожаре представляют собой серьезную опасность, т.к. при повышенных температурах они могут выделять в окружающую среду токсичные вещества, а также заполнять гермообъемы конструкций газообразными продуктами, которые могут обладать способностью к самовоспламенению (взрыву). Выделение таких продуктов представляет несомненный интерес для разработчиков и их необходимо учитывать при оценке показателей безопасности конструкций при тепловых воздействиях. Исследование газообразных продуктов термодеструкции проводилось методами газовой хроматографии.
Полученные в работе данные по терморазложению указанных полимерных материалов необходимы, в частности, при проектировании теплоизоляции и теплозащиты и анализе их эффективности.