Что выделяется при нагреве пенопласта: При какой температуре пенопласт выделяет вредные вещества

При какой температуре пенопласт выделяет вредные вещества

23.02.2019Ремонт0

С появлением интернета людям стало в разы проще искать необходимую информацию. Но порой информации настолько много, что она отличается между собой. Так и в этом случае. Мнения насчет вреда пенопласта различны.

Но большинство сходится на том, что пенопласт при достижении определенных температур начинает выделять вредные вещества. Для начала необходимо узнать о природе происхождения пенопласта.

Что такое пенополистирол?

Как ведет себя этот материал в разной окружающей среде и насколько это вредно для человеческого организма?

Пенопласт представляет собой наполненный газом материал. Изготовление происходит при нагревании нескольких гранул полистирола. До начала работ в них запускают газы.

Для разного вида пенопласта используются разные газы. Природный газ используется при изготовлении обычного пенопласта, а углекислый для пожаростойкого пенопласта. Гранулы нагреваются, а газ начинает расширяться. Из-за этого размеры гранул могут увеличиться в 20 раз.

При изготовлении рассыпчатого материала раздуванию гранул никто не мешает, и они максимально увеличиваются в размерах. Этот материал используют для наполнения мебели, упаковок и в строительных материалах. Но он очень хрупкий и не плотный.

При изготовлении твердого материала гранулы увеличивают в замкнутом пространстве, из-за чего получается очень плотный материал. Он используется для деталей утепления, создания панелей, плинтусов, коробок для продажи техники и множество других применений.

Какой температуры должен достигнуть пенопласт, чтобы начали выделяться вредные вещества?

Существует два порога разложения пенополистирола — +40°C и -40°С.

Какой вред оказывает пенопласт?

В агрегатном состоянии из него ничего не выделяется, и он отлично выполняет свою роль. При возгорании и сильном нагревании наблюдается выделение стирола, который может оказать очень пагубное влияние.

Какой вред наносит пенопласт?

В обычном состоянии никакого пагубного воздействия от пенополистирола не наблюдается. Но при нагревании начинает выделяться стирол, который очень опасен.

Какое влияние оказывается на организм человека

С самого появления пенопласта на рынке, покупателей интересовал этот вопрос. Критике подвергается любой новый продукт. Мнения насчет пенопласта разделились на два несовместимых мнения. Одни за использование его в отделочных работах.

Они считают, что он не наносит вреда окружающей среде, ссылаясь при этом на многие исследования химиков. В основном все исследования заключают то, что в обычном состоянии материал никак не реагирует на воздействия окружающей среды.

Молекулы в плотном материале очень устойчиво крепятся друг к другу. Абсолютно все проведенные эксперименты заключают, что пенополистирол не выделяет вредных веществ в обычном состоянии.

Те, кто против использования материала в отделочных работах, утверждают, что при нагревании с материала начинает выделяться вредный стирол. Нагревание такого рода считается экстремальным и стоит отметить, каждую неделю не случается. При возгорании этот материал начнет разлагаться и выделять множество вредных веществ, среди которых главный — стирол.

Комментарии⁰ Поделиться:

Загрузка …

Вреден ли пенопласт для здоровья — 4 опасности

Статья о вреде, который способен причинить пенополистирол здоровью человека. Не всё так хорошо, как кажется. Советуем вам прочитать статью полностью. Скорее всего, будете удивлены. В конце статьи — интересный опрос.

---

Уже давно не утихают споры относительно данного вопроса. Ученые, строители и рядовые потребители хотят докопаться до сути и выяснить — действительно ли вреден пенопласт для человека и насколько.

В этой статье мы постарались систематизировать имеющуюся на сегодняшний день информацию и привести самые важные моменты, на которые стоит обратить внимание в первую очередь. Это очень важно, поэтому советуем вам дочитать статью до конца. (Кстати, обязательно почитайте отзывы о пенопласте — будет полезно.)

Итак…

Содержание

• Пенопласт — вред или нет?
  • Вред №1: при горении выделяет сильные яды!
  • Вред №2: выделение стирола при комнатной температуре
  • Вред №3: другие токсичные вещества
  • Вред №4: паробарьер
• О вреде пенопласта можно говорить долго
  • Опрос

Пенопласт — вред или нет?

Наверняка вы знаете, что пенополистирол — это материал искусственного происхождения. И наверняка вы догадываетесь, что такой материал не может быть абсолютно безвредным для здоровья. Это действительно так.

Почему на сайтах производителей, продавцов мы читаем обратное? Да, можно встретить информацию о том, что пенопласт абсолютно безвредный материал, экологически чистый. Некоторые даже не просто говорят о том, что он не выделяет никаких вредных веществ, но и заявляют следующее:

«…пенопласт при горении не вреднее, чем дерево…»

Конечно, это неправда. Обман потребителей. На что только не идут ради продаж…

Пенопласт способен наносить вред здоровью человека (и не только). И это нужно обязательно учитывать в строительстве, при обустройстве помещений, особенно жилых.

В общем, давайте рассмотрим подробнее.

Вред №1: при горении выделяет сильные яды!

Это правда. Уже давно доказано, что в процессе горения этот материал интенсивно выделяет очень вредные, токсичные вещества. Это настоящие яды для организма человека и не только.

Есть масса жизненных примеров, когда отравление людей происходило именно из-за ядов, которые при пожаре выделялись из пенопласта.

Причем обычный пенополистирол воспламеняется очень легко. Поэтому при использовании этого материала нужно учитывать высокую пожароопасность. Не в коем случае нельзя применять его внутри жилых помещений (например, утеплять потолок, стены). Всякое может быть — неисправная электрическая проводка, бытовая техника…

И как вам теперь фраза о том, что «при горении пенопласт не вреднее, чем дерево»? Явное искажение фактов. С давних времен люди делали костры из древесины, готовили пищу, грелись. А можно ли представить костер из пенопласта, разведенный для таких же целей? Такое даже представить страшно. Любой здравомыслящий человек понимает: будут выделяться ядовитые вещества, это очень опасно.

Каждый ли пенопласт одинаково горит?

Нет, не каждый. Например, есть так называемый самозатухающий материал, который не поддерживает горение. И даже после возгорания, если источник огня будет убран, такой пенополистирол быстро затухнет.

Однако это свойство мало что дает. Ведь зачастую (например, при пожаре) вблизи пенопласта могут быть другие горючие материалы, которые будут отлично поддерживать горение. А значит — даже самозатухающий пенополистирол будет продолжать гореть и выделять ядовитые вещества.

Иными словами, свойство самозатухания не решает полностью проблему возгорания и выделения вредных токсинов. Лишь в отдельных случаях помогает уменьшить масштабы горения.

Также нужно учитывать, что на рынке есть недобросовестные производители. Бывает и такое: на упаковке указано, что материал самозатухающий, а в действительности… он самый обычный. Такой, который легко воспламеняется и прекрасно горит, поддерживает горение.

То есть некоторые продавцы могут брать с потребителей деньги за такие свойства пенопласта, которых на самом деле нет. В общем, обманывают и наживаются на этом.

Именно поэтому при покупке нужно большое внимание уделять наличию у продавцов сертификатов качества, отдавать предпочтение только проверенным производителям.

Вред №2: выделение стирола при комнатной температуре

Некоторые почему-то думают, что пенополистирол опасен только тогда, когда горит. Однако это не так. Этот материал способен наносить вред окружающим людям даже при комнатной температуре.

Дело в том, что после производства в пенополистироле содержится остаточный стирол — очень токсичное вещество. Особенно велика его концентрация в материале низкого качества. Наименьшая — в качественном пенопласте (серьезных производителей).

Выделяющийся стирол способен наносить вред здоровью людей. Особенно велика восприимчивость у детей. И с повышением температуры воздуха количество выделяемого стирола, как правило, увеличивается. Например, вред пенопласта может усиливаться в жаркую погоду, когда он расположен в теплых помещениях — кухня, баня и т.д.

Это еще одно подтверждение того, что использовать пенополистирол внутри жилых помещений не стоит. Зачем вам этот вредный стирол, который даже при комнатной температуре будет постепенно выделяться и вредить вашему здоровью?

Более того — некоторые специалисты утверждают, что даже при наружном утеплении часть стирола способна поступать вовнутрь помещений. Конечно, концентрации будут значительно ниже (по сравнению с расположением внутри помещений) и это относится к таким стенам, которые обладают хорошей паропроницаемостью.

По словам специалистов, проникновение небольшой дозы стирола (через стены) вовнутрь помещений может происходить из-за разности температур и парциальных давлений паров внутри дома и на улице. Как правило, летом, когда расположенный снаружи пенопласт нагревается, что усиливает выделение стирола.

Вред №3: другие токсичные вещества

Ученые утверждают, что стирол — это далеко не единственное вредное вещество, содержащееся в пенопласте. Есть еще фенол, формальдегид, которые также способны оказывать вредное воздействие на организм человека.

По некоторым данным, в этом материале присутствуют и другие вредные вещества, которые хоть и в меньшей степени, но все равно отрицательно влияют на здоровье людей. Особенно, если их концентрация в воздухе превышает допустимые нормы (например, из-за плохой вентиляции, при использовании низкосортного пенополистирола).

Из-за этого многие потребители категорически отказываются использовать пенополистирол внутри помещений. Если утепляют свое жилье этим материалом, то только снаружи. И правильно делают.

Разумеется, содержание подобных вредных веществ в продукции разных производителей может отличаться, причем значительно. Однако некоторые люди предпочитают не рисковать.

Вред №4: паробарьер

Это нельзя назвать сильной опасностью. Однако негативное воздействие все же может быть.

О чем именно идет речь? Дело в том, что паропроницаемость пенопласта очень низкая, практически равна нулю. Проще говоря, этот материал «не дышит». А если и «дышит», то очень плохо. И, например, когда утепляются стены, изготовленные из «дышащих» материалов (дерево, глина, кирпич), то очень быстро можно заметить негативное влияние.

Из-за пенопласта водяной пар будет очень плохо выходить из помещений через стены на улицу. То есть, стены станут плохо «дышать». А значит — если в доме нет хорошей вентиляционной системы, то микроклимат в помещениях может заметно ухудшиться. В комнатах со временем повысится уровень влажности, станет некомфортно.

Естественно, это создаст негативное влияние на здоровье проживающих в доме людей. Прежде всего, отразится на дыхательной системе.

К тому же, из-за постепенно накапливающейся влаги в толще стены, может заметно снижаться срок их службы и всего дома в целом. Именно поэтому многие специалисты настоятельно советуют если и применять пенопласт для утепления домов, то только таких, где стены выполнены из материалов, обладающих практически нулевой паропроницаемостью (например, бетон). В этих домах стены и так очень плохо «дышат», поэтому пенополистирол никакого паробарьера создавать не будет. Выведение же паров и комфортный микроклимат в таких домах обеспечиваются именно за счет работы системы вентиляции. Естественно, речь идет о наружном утеплении.

О вреде пенопласта можно говорить долго

Скорее всего, ученые привели бы еще несколько аргументов для того, чтобы отказаться от пенополистирола. Мы же не будем загружать вас целым списком негативных факторов, сложными научными фразами. Ведь даже тех моментов, которые мы привели, достаточно для того, чтобы задуматься о целесообразности использования пенопласта для решения определенных задач. И чтобы понять: далеко не во всех случаях есть смысл применять пенопласт. Особенно когда стоит задача обустройства жилых домов. И тем более внутри помещений.

Не забывайте о том, что на рынке есть много других материалов, которые способны в ряде случаев достойно заменить пенополистирол. А, порой, и превзойти его по некоторым показателям.

Выбирайте строительные материалы с умом!

Vyborstm.ru

Опрос

Пенопласт вреден? Как вы считаете?

• Да, очень вредный

• Да, немного

• Нет, пенопласт полностью безвредный

• Не знаю

Poll Options are limited because JavaScript is disabled in your browser.

Научный набор пенных гномов

Научный набор пенных гномов

Автор(ы): Келли Кастильо и Дэвид Ариас	Инструменты — Руководство для учителя SED 695B

Обзор: Учащиеся должны смешать унцию полиуретана А и унцию полиуретана В. Когда две жидкости смешаны в пластиковом стаканчике, ничего не произойдет. После того, как смесь постоит достаточно долго, из смеси начнет образовываться пена. Этот тип пены используется для изоляции домов и зданий, упаковки хрупкого оборудования для транспортировки, а также для плавучих устройств, таких как доки, спасательные круги и буи.

Темы:	Сводка эксперимента   Два химических вещества реагируют друг с другом. Poly B (изоцианат) действует как катализатор поли A (полиэфирного спирта) с образованием длинных молекул полиуретана. При этом выделяется тепло и выделяется газ. Часть газа выбрасывается в воздух, а часть задерживается в полиуретане при его расширении. Полимер высыхает и затвердевает на воздухе.
Стандарты: Калифорнийские стандарты 8-го класса по физике. Структура материи 3. Каждый из более чем 100 элементов материи имеет определенные свойства и особую атомную структуру. В качестве основы для понимания этой концепции t: 3б. Учащиеся знают , что соединения образуются путем объединения двух или более различных элементов и что соединения обладают свойствами, отличными от свойств составляющих их элементов. 3д. Учащиеся знают, что состояния вещества (твердое, жидкое, газообразное) зависят от молекулярного движения. 3д. Студенты знают , что в твердых телах атомы тесно связаны друг с другом и могут только вибрировать; в жидкостях атомы и молекулы более слабо связаны и могут сталкиваться друг с другом и двигаться мимо друг друга; а в газах атомы и молекулы могут свободно двигаться независимо, часто сталкиваясь.
Процедура : Полиуретан A и полиуретан B смешиваются в результате экзотермической реакции образуется большое количество пены. .. один колпачок используется в демонстрационном видео (обычно используется для изоляции домов или изготовления плавучих устройств) Дайте пене остыть 5 мин Сжимайте чашку до тех пор, пока пена не начнет выходить большими кусками Примените глаза или другие аксессуары по желанию с гномом, то, что раньше было чашей, теперь является шляпой, а все, что переливается, — это борода. Материалы : Poly A (полиэфирспирт) Poly B (изоцианат) = катализатор для превращения поли A в молекулы полиуретана с длинной цепью Чашка Мешалка Глаза, если хотите сделать гномов
Вопросы : Применение в быту:

Разместите графики/фотографии здесь
Разместите графики/фотографии здесь
Разместите графики/фотографии здесь
google.com/s/c/bin/slideshow.swf» flashvars=»host=picasaweb.google.com&RGB=0x000000&feed=http%3A%2F%2Fpicasaweb.google.com%2Fdata%2Ffeed%2Fapi%2Fuser%2Fheymrarias%2Falbumid%2F5129603808762169105%3Fkind%3Dphoto%26alt%3Drss%26authkey%3DGfOqTJiXbxE» pluginspage=»http://www.macromedia.com/go/getflashplayer»/>
Вопросы: 1. Перечислите три химических свойства этих химических веществ до их смешивания. 2. Перечислите два физических свойства этих химических веществ до их смешивания. 3. Это химическое вещество продается в виде продукта, который выливается из баллончика, наподобие очень густой аэрозольной краски. Домовладельцы распыляют влажную пену в щели в стенах, вокруг окон и дверей, чтобы предотвратить потерю тепла зимой и приток тепла летом. Подумайте о трех других возможных способах использования этого продукта. 4. Эта реакция определяется как экзотермическая. Основываясь на своих наблюдениях, можете ли вы сказать, что этот эксперимент выделяет тепло или поглощает его? Применение в повседневной жизни: Этот тип пены используется для изоляции домов и зданий, упаковки хрупкого оборудования для транспортировки, а также для плавучих устройств, таких как доки, спасательные круги и буи.	Полиуретановая пена может быть приобретена в ваших научных компаниях или в местном хозяйственном магазине. Мы заплатили 10,88 долларов за банку полиуретановой изоляции, но в ней не было тех двух реагентов, которые входят в комплект. Это был спрей «все в одном». Если бы вы купили лабораторный набор, вам потребовалась бы одна унция каждого полимера на группу. (Приблизительно 32 унции или одна кварта каждого.) Стоимость 1 кварты Ploy A и одной кварты Poly B указана как 23,95 доллара за штуку. (всего 47,90 плюс налог и доставка)
Химическая реакция: Два химических вещества реагируют друг с другом. Poly B (изоцианат) действует как катализатор поли A (полиэфирного спирта) с образованием длинных молекул полиуретана. При этом выделяется тепло и выделяется углекислый газ. Часть газа выбрасывается в воздух, а часть задерживается в полиуретане при его расширении. Полимер высыхает и затвердевает на воздухе. Ссылки и ссылки : Звукопоглощающие изделия Foam Gnome Видео с изображением: Пенопластовая изоляция Применяется на чердаке Изготовление доски для серфинга

 

 

Klausbruckner & Associates News » Опасность возгорания полиуретановой пены

Известно, что пожары полиуретановой пены вызывают очень высокую скорость выделения тепла и чрезвычайно токсичные пары. В результате эти типы пожаров создают уникальные проблемы для жизни, пожарных, безопасности имущества и тушения пожаров. В этом исследовании пожары пенополиуретана и процессы их горения исследуются с использованием симулятора динамики огня. Прогнозы программного инструмента были подтверждены результатами испытаний экспериментальных ожогов. Сравнение между моделированием и огневыми испытаниями продемонстрировало беспрецедентно хорошую корреляцию. Это легло в основу этого исследования, подтверждающего модель и обеспечивающего надежное понимание природы и последовательности различных происходящих событий горения.

Модельные прогнозы будут использоваться для оценки последствий возгорания полиуретановой пены в зависимости от возможностей систем противопожарной защиты, таких как влияние образования дыма или время срабатывания спринклеров.

Обновление, сентябрь 2015 г.: после публикации этой статьи исследование пожаров ППУ было расширено, чтобы получить дополнительные сведения о характере их горения и связанных с ними процессах горения. Обновления этой статьи более подробно обсуждаются ниже, см. внизу этой страницы.

 

Введение

Изделия на основе пенополиуретана (ППУ) используются во множестве предметов домашнего обихода, таких как матрасы, обивка, постельное белье и детские манежи. В результате они стали обычным явлением не только в жилых, но и в складских и коммерческих помещениях.

Известно, что в условиях пожара эти типы продуктов выделяют очень высокую скорость тепловыделения, что, в свою очередь, может представлять значительные проблемы для пожаротушения, а также пожарной безопасности и безопасности зданий. В частности, при оценке возможностей систем противопожарной защиты представляет интерес влияние распространения огня и образования дыма при возгорании ППУ и ​​его влияние на время срабатывания спринклеров и системы контроля дыма.

Использование компьютерного моделирования пожаров

Компьютерное моделирование пожаров часто является очень экономичным и выполнимым методом анализа пожаров для конкретного сценария и набора условий. Однако в основе пожаров и связанных с ними процессов горения лежат физически сложные и комплексные явления. Таким образом, использование инструментов компьютерной гидродинамики (CFD) требует хорошего понимания всех задействованных физических процессов.

При этом важно знать ограничения применяемых численных процедур. Однако при правильном моделировании сценариев пожара окончательные прогнозы могут быть очень близки к фактическим последствиям пожара. Затем прогнозы этих моделей можно использовать для объяснения последовательности и возникновения различных событий в процессе горения, а также их влияния на окружающую среду. Это часто дает понимание, которое иначе невозможно получить.

FDS, сокращение от Fire Dynamics Simulator, используется в этом исследовании и является одним из ведущих программных инструментов CFD в отрасли противопожарной защиты. Он специально разработан для исследования широкого спектра сценариев пожаров.

Цель и подход

Рис. 1. Огневые испытания NIST: скорость тепловыделения.
(Щелкните, чтобы увеличить)

Целью данного исследования является моделирование динамики пожара, т. е. распространения пламени, роста пламени и результирующей скорости тепловыделения для горизонтально расположенных материалов на основе ППУ, а также сравнение прогнозов с фактическими испытаниями на возгорание, проведенными NIST ( Национальный институт стандартов и технологий). Для достижения этой основной цели модель должна включать критические процессы горения, которые происходят во время небольших и крупных пожаров ППУ.

NIST провел экспериментальные испытания на сжигание ¹ на плитах пенополиуретана толщиной 4 дюйма (10 см) и шириной 4 фута х 4 фута (1,2 м х 1,2 м). Результаты этих испытаний на сжигание используются для сравнения с моделью, разработанной для имитации распространения пламени, тепловых потоков и образования дыма с течением времени (рис. 1).

Модель

Рис. 2. Фронт пламени и температурный профиль вдоль центральной линии во время горения полиола. (Щелкните, чтобы увеличить)

Модель вычислительной гидродинамики (CFD) разработана на основе FDS версии 5.5. FDS — это программный инструмент для CFD с малым числом Маха. Другими словами, можно моделировать только пожары, а не взрывы (дефлаграции или детонации). При моделировании пожаров ППУ необходимо внимательно изучить процесс производства ППУ, чтобы лучше понять некоторые важные детали процесса горения. Во время изготовления / производства для создания пены используются два основных материала:

·  Изоцианат (обычно толуолдиизоцианат, TDI)
·  Полиэфир Полиол.

Соотношение этих двух материалов составляет примерно одну треть ТДИ и две трети полиола. Коммерческие пены могут также содержать другие ингредиенты, такие как поверхностно-активные вещества и антипирены. Фактически, эти дополнительные ингредиенты могут влиять на физические свойства и свойства горения ППУ.

В процессе горения пена распадается на свои исходные составляющие, а именно ТДИ и полиол, и в конечном итоге обугливается. Для этого исследования в экспериментальных огневых испытаниях использовался коммерчески доступный, гибкий, негорючий полиэфирный пенополиуретан.0284 1 . Свойства материала были получены из мелкомасштабных (микрокалориметрических) экспериментов, проведенных ¹ , и из литературы.

Таблица 1. Свойства материала ППУ

Свойство	Пенополиуретан	Толуолдиизоцианат	Полиэфирполиол
Плотность	27 кг/м 3 или 1,7 фунт/фут 3	1210 кг/м 5 или 3 0012 75,5 фунт/фут 3	1012 кг/м 3 или 63,2 фунт/фут 3
Теплота сгорания	27100 кДж/кг или 11660 БТЕ/фунт	9600 кДж/кг или 4130 БТЕ/фунт

Дополнительные свойства материала можно найти в ссылке ¹

На основе свойств материала в Таблице 1 для данного исследования разработана многослойная модель с двумя материалами (т. моделируется). Количество ячеек, применяемых в моделях FDS при разработке, колеблется от полумиллиона до четырех миллионов ячеек. Моделирование выполняется на специальном компьютере с двенадцатью процессорами Intel XEON с использованием версии FDS для параллельных вычислений.

Первоначальные усилия по моделированию включали моделирование процесса горения для каждого из отдельных горючих материалов, ТДИ и полиола соответственно. Этот шаг оказался решающим для создания реалистичной отправной точки для сборки по существу двухфазной модели горения, имитирующей разложение ППУ обратно на ТДИ и полиол при воспламенении.

 

Обсуждение результатов

Для целей данного обсуждения весь процесс горения разделен на три фазы.

Рис. 3. Скорости тепловыделения при имитации и испытаниях на огнестойкость.

TDI Горение

После воспламенения плиты ППУ вдоль одного края плиты огонь распространяется радиально наружу. Из экспериментов ¹ по сжиганию ППУ известно, что сначала сгорит ТДИ, а после его израсходования начнет гореть Полиол. Во время горения в этой фазе скорости тепловыделения медленно увеличиваются, а затем выравниваются, когда достигается начало фазы горения полиола.

Прибл. 180 с и скорости выделения тепла (HRR) примерно 0,68 млн БТЕ/ч (200 кВт) (рис. 3), прогнозируемый фронт пламени распространился по поверхности пены, и огонь полностью охватил плиту. В центральной области TDI сгорел, и части слоя полиола теперь обнажены и сожжены, хотя они еще не начали высвобождать большую часть своей накопленной энергии. Наблюдения за огневыми испытаниями ¹ показывают, что части пенопласта разрушились, а на дне поддона остался «слой расплава». В течение этой фазы дымообразование постепенно увеличивается, и дым быстро заполняет контрольный объем (рис. 5).

Сжигание полиола

При израсходовании большого количества ТДИ образуется большое количество полиола. Полиол далее сгорает и теперь полностью высвобождает свою энергию. Эта фаза горения с высоким выделением тепла длится приблизительно от 180 до 260 секунд (рис. 3). Максимальные зарегистрированные значения HRR при моделировании пожара составляют около 3,7 миллиона БТЕ/ч (примерно от 1070 до 1110 кВт). Эти прогнозируемые значения находятся в пределах диапазона значений HRR, измеренных во время экспериментальных испытаний на огнестойкость, т. е. измеренные значения находятся в диапазоне приблизительно от 2 миллионов БТЕ/час до 3,7 миллиона БТЕ/час (от 600 кВт до 1100 кВт, рис. 1).

Полиол горит так сильно, что фактически создает «огненный столб» пламени с сильным нагревом (рис. 4). Модель предсказывает, что фронт пламени на мгновение достигнет высоты более 14 футов, а температура пламени достигнет 1500 градусов по Фаренгейту (примерно 820 градусов по Цельсию, рис. 2). Рассчитана пиковая плотность теплового потока (теплопроизводительность на единицу площади), равная 0,2 миллиона БТЕ/час/фут ² (760 кВт/м ² ). Развитие дыма параллельно развитию тепловыделения в том смысле, что оно далее увеличивается, достигает пика, а затем уменьшается на этой фазе. К моменту завершения второй фазы горения еще остается несгоревший ППУ.

После сжигания полиола

Рис. 4. Развитие фронта пламени (исключая дым) для показателей времени 150 с, 220 с и 300 с. (Щелкните, чтобы увеличить)

Оставшийся ППУ (в конечном счете разлагающийся на ТДИ и полиол) будет гореть в течение некоторого времени (260 – 500 секунд), в течение которого будет выделяться значительное количество тепла. Однако из-за довольно небольшого количества сгорающего ППУ (в начале этой фазы около 10% от общего количества доступного ТДИ и полиола) общее выделяемое тепло намного меньше по сравнению с предыдущей фазой. Тем не менее, темпы выделения тепла от 0,5 до 0,7 млн ​​БТЕ/ч (от 150 до 200 кВт) все еще достигаются (рис. 3). Во время этой фазы высота пламени и развитие дыма сначала немного увеличиваются (имея тенденцию к небольшому увеличению тепловыделения), а затем уменьшаются до тех пор, пока огонь не погаснет самостоятельно.

Конкретные наблюдения FDS

Рис. 5. Развитие дыма при открытых границах, т. е. дым не скапливается в (вентилируемом) контрольном объеме для показателей времени
150 с, 220 с и 300 с. (Щелкните, чтобы увеличить)

Имитационная модель включает две совершенно разные модели горения: одну для твердого топлива, а другую для жидкого топлива. Значительные усилия были потрачены на то, чтобы «поженить» две модели сгорания. Можно легко показать, что твердотопливная модель вполне способна точно прогнозировать динамику пожара однокомпонентного ТДИ, и то же самое можно сказать о применении жидкотопливной модели для полиола.

Однако, как только две отдельные модели объединяются в одну модель, становится очевидным, что взаимодействие процессов горения является более сложным, чем предполагают модели для каждой из отдельных составляющих. Например, полиол при высоких температурах сгорает сразу, в отличие от более низких температур, когда начало процесса горения с высоким выделением тепла происходит с задержкой. Это может быть следствием фазового перехода, но требует дальнейшего изучения.

Возможно, ожидается дополнительная сложность, продемонстрированная во время разработки модели, учитывая необходимость упрощения процесса горения до «модели послойного пиролиза», в первую очередь, и невозможность применить более физический подход к разложению, другими словами, путем применения «слой» по сравнению с подходом к моделированию «клетка за клеткой», при котором каждая ячейка ППУ разлагается на ТДИ и полиол, а затем обугливается в виде остатка.

В результате необходимо, чтобы комбинация этих двух моделей создавала реалистичное представление задействованной физики и давала результаты, выгодно отличающиеся от экспериментальных результатов. В итоге была получена модельная конструкция, отличающаяся не только простотой, но и полнотой в рассмотрении и объяснении экспериментально наблюдаемых процессов горения. Присущая модели простота конструкции позволяет легко применять ее к другим сценариям прожига с различной геометрией, при этом ожидается, что она даст точные результаты прожига.

 

Заключение

Многослойная CFD-модель разработана с использованием FDS для изучения поведения при пожаре плит ППУ толщиной 4 дюйма (10 см), используемых во многих коммерческих целях. Прогнозы модели по сравнению с реальными испытаниями на горение демонстрируют очень хорошую корреляцию и точные прогнозы процессов горения, преобладающих при горении пенополиуретанов.

Последствия возгорания ППУ обобщаются следующим образом:

• Начальное поведение плиты ППУ при возгорании характеризуется горением ТДИ. Как только TDI израсходуется, полиол начнет гореть, что приведет к значительному увеличению тепловыделения. Высота пламени, образующегося во время этого процесса, в несколько раз выше, чем пламя, возникающее при начальном горении ТДИ. Это важное соображение при складских сценариях, особенно при хранении на высоких стеллажах открытых пенополиуретановых пластиков, считающихся «пенопластами группы А».
• Полиол, прежде чем он начнет гореть, разлагается до жидкого состояния и, следовательно, будет течь или капать, потенциально создавая очаги вторичного воспламенения и опасности. Фактически это нагретая горючая жидкость (с токсичными продуктами горения).
• Несмотря на то, что горение полиола относительно короткое и интенсивное, после того, как большая его часть израсходована, он вместе с оставшимся ТДИ продолжает гореть с более низкими скоростями тепловыделения в течение достаточно долгого времени и до тех пор, пока весь ППУ не сгорит и пламя не погаснет. .
• Образование дыма при сжигании TDI меньше, чем при сжигании полиола, когда образование дыма достигает максимума. Можно ожидать, что видимость вблизи возгораний ППУ будет серьезно снижена даже вскоре после возгорания. Однако фактическое воздействие на видимость и токсичность будет зависеть от рассматриваемых параметров отдельного помещения и окружающей среды.
• Пожары ППУ вызывают серьезные опасения и создают опасность для жизни, поскольку сгорающие ТДИ и полиол выделяют высокотоксичные пары оксидов азота и углерода, включая чрезвычайно токсичные углеводородные соединения, такие как цианистый водород.
• Моделирование динамики горения пенополиуретановых плит сложно и требует глубоких знаний о различных процессах разложения и химических реакциях.
• Процесс горения характеризуется двухфазным разложением ТДИ и полиола, которое сложно смоделировать. Многослойная модель точно прогнозирует скорость выделения тепла при сгорании. Это демонстрируется сравнением результатов моделирования с результатами реальных испытаний на сжигание.
• Результаты моделирования демонстрируют возможности FDS в моделировании процессов двухфазного горения и, в частности, пожаров ППУ.
• Разработка этой проверенной модели формирует основу и понимание инженерных расчетов для оценки времени срабатывания спринклеров и образования дыма в больших зданиях с потолочными перекрытиями и зонами из пенополиуретана, находящимися под огнем.

 

Обновление: дополнительные обсуждения замедленного сжигания полиолов

Были проведены дополнительные исследования, в которых полиол (после его разложения из ППУ) сгорает без задержки (здесь и далее мы будем называть этот тип процесса горения «сгорание полиола без задержки», NDPC). Кривые смоделированных скоростей тепловыделения сравнивают с кривыми экспериментально полученных скоростей тепловыделения. Основополагающее предположение для этого исследования состоит в том, что устранение задержки сгорания полиола приведет к кривым HRR, которые не будут отражать все эффекты задержки, как показано на рисунке 3, в течение периодов 110–180 с и 250–320 с.

В целях моделирования NDPC корректируются только числовые параметры, относящиеся к задержке процесса горения полиола, в то время как все остальные параметры модели остаются прежними. Задержка сгорания полиола ранее обсуждавшейся модели (показанной на рисунке 3 и называемой моделью с задержкой сгорания полиола, DPC) определена как представляющая 100% эталонной задержки. На основании этой ссылки было выполнено дополнительное моделирование с 50% задержкой горения полиола (50% DPC). Опять же, все другие параметры модели, используемые в этом дополнительном моделировании, остались неизменными. Цель этого второго моделирования состоит в том, чтобы продемонстрировать постепенное влияние задержки сгорания полиола на общий HRR ППУ при возгорании.

Рисунок 6. Сравнение кривых HRR с различной задержкой сгорания полиола

 

Обсуждение

горение окрашено в коричневый цвет). Среднее изображение: косой вид горения с тем же индексом времени (около 120 секунд), но с добавлением фронтов пламени.
(Щелкните, чтобы увеличить)

Во время фазы сгорания TDI кривые, отслеживающие скорость выделения тепла NDPC, идут параллельно кривым, отслеживающим выделение тепла, смоделированное моделью DPC, как показано на рисунке 6. Это наблюдение не должно вызывать удивления из-за к тому факту, что на этой фазе горит только ТДИ и все его материалы и параметры горения остались неизменными среди моделей. Как обсуждалось ранее, как только часть ТДИ полностью сгорает, на дне тигля начинает образовываться расплавленная ванна (рис. 7). Как только слой расплава сформирован, моделирование NDPC предсказывает немедленное сгорание полиола и немедленное высвобождение всей его доступной химической энергии. Максимальные показатели тепловыделения достигают примерно 580 кВт.

При сравнении с фактическими испытаниями на горение видно, что общие характеристики горения NDPC довольно плохо соответствуют характеристикам горения NIST № 2, наиболее точному совпадению из всех огневых испытаний. Однако моделирование 50% DPC показывает гораздо лучшую корреляцию с экспериментальными испытаниями на возгорание в целом и испытанием на возгорание NIST № 1 в частности.

Задержки горения полиолов существенно повлияют на наблюдаемые максимальные скорости выделения тепла. Это иллюстрируется результатами моделирования HRR и их корреляцией с огневыми испытаниями, т. е. наблюдаемая пиковая скорость тепловыделения составляет примерно 580 кВт (NDPC), 790 кВт (50% DPC) и 1100 кВт (100% DPC, эталонная задержка).

Задержки горения полиола в плите ППУ для случая моделирования 100% DPC можно визуализировать с помощью 3D-карты, рис. неизвестная природа их причин. В приближении для имитации реальных задержек горения был нанесен дополнительный слой полиола с более низкой скоростью горения и различной толщиной поперек плоскости плиты. Смоделированные модели задержки полиола основаны на изменениях (локальной) потери массы TDI в плите PUF во время сгорания.

Различная толщина дополнительного слоя приведет к тому, что открытый однородный слой полиола полностью сгорит с определенной задержкой поперек плиты. По сути, результирующие временные задержки будут соответствовать распределению толщины, применяемому в дополнительном слое. Масса полиола, используемая в дополнительном слое, была взята из общего бюджета массы полиола.

Гипотеза

Если мы сосредоточимся на динамике пожара при горении полиола и для краткости проигнорируем влияние сценариев вентиляции, то можно сделать следующую гипотезу: Общее тепло, выделяемое ППУ и ​​определяемое горением полиола зависит от величины площади поверхности при полном сгорании полиола в ванне расплава. Определяется эффективная площадь слоя расплава, которая служит основным фактором горения полиола с высоким тепловыделением. Эта эффективная площадь слоя расплава определяется:

(1) Скорость разложения ППУ или скорость образования полиола
(2) Скорость истощения полиола

Следует отметить, что скорость истощения полиола также является функцией задержки сгорания полиола. Давайте дополнительно проясним этих участников и обсудим их отношения. Если полиол уже начинает полностью сгорать на значительной площади, в то время как большая часть доступного полиола все еще образуется (случай NDPC), то это снизит пиковые скорости тепловыделения ППУ, которые возникают позже в процессе горения. Однако это произойдет только в том случае, если оставшийся объем полиола (топливная нагрузка) этой ранней фазы сгорания недостаточен для поддержания непрерывного горения до тех пор, пока не будет наблюдаться пик HRR.

Рис. 8. Смоделированная схема задержки полиола (горелка расположена вдоль левого края).
(Нажмите, чтобы увеличить).

Другими словами, если в этом случае можно предположить, что потока жидкого полиола практически нет, учитывая вязкость полиола, предполагаемые относительно высокие краевые углы контакта жидкость-подложка и относительно тонкий слой расплава на основе теста ограниченная толщина образца и его горизонтальная ориентация, то «локальный объем» раннего горения полиола будет уменьшен до такой степени, что останется очень мало материала для горения и, таким образом, будет выделяться тепло во время поздней фазы горения оставшегося полиола. Это состояние представляет собой локализованное «выгорание» полиола. В результате эффективная площадь поверхности слоя расплава при горении полиола уменьшается.

Влияние этого локализованного выгорания на HRR можно увидеть в испытаниях № 2 и № 4 NIST на рис. ) площадь поверхности ванны расплава имеет максимально возможный размер для данной геометрии образца с (b) достаточной глубиной слоя расплава (топливной загрузкой) для поддержания полного сгорания в течение достаточно долгого времени для достижения пика HRR. Результат этого воздействия на ЧСС показан на рисунке 3.9.0013

Резюме

На основании этих моделей и сравнений с результатами реальных огневых испытаний делается вывод, что полиол сгорит после разложения с некоторой задержкой до того, как будет высвобождена его полная химическая энергия. Огневые испытания показали, что величина задержки может варьироваться в зависимости от горения ППУ даже при использовании образцов из одной и той же партии пенополиуретана ¹ .