LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів


Головна Легка промисловість → Підвищення ефективності вогнезахисту фанери просочувальними засобами

0,65).

Необхідно зазначити, що товщина і теплозахисні властивості коксу, які утворюються під дією теплового потоку на вогнезахищену фанеру, суттєво впливають на її займання.

Оцінювання коефіцієнта теплопровідності проведено з моделі передавання тепла до фронту обвуглювання фанери:

, (19)

де α – сумарний коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2К);

hк – товщина утвореного шару коксу, м.


Відповідно змінюється і питома теплоємність обвугленого шару фанери:

, (20)

де ρк – густина модифікованого коксу, кг/м3.

Зменшення густини і теплоємності обвугленого шару фанери знижує її теплову активність, показуючи високі теплоізолюючі якості за рахунок акумуляції тепла.

На рис. 1 наведено залежність часу займання поверхні фанери від густини теплового потоку (в нашому випадку дію теплового потоку характеризує число Ві) для різних значень параметра χ, що характеризує вплив вогнезахисних речовин на матеріали. Із збільшенням параметра χ, час займання поверхні фанери збільшується в 4 – 5 разів.


Діючи на фанеру тепловим потоком критичної величини, утворюється зона хімічної реакції, яка в результаті переносу тепла й активних центрів розповсюджується поверхнею від однієї зони до іншої. Зона швидкої хімічної реакції та значного градієнта температур і концентрації утворює фронт полум'я, поширення якого визначають процеси теплопровідності від продуктів згоряння до горючої речовини, коли концентрація її сягає нижньої концентраційної межі розповсюдження полум'я вздовж поверхні, а також дифузії легкозаймистих газів та пари продуктів піролізу. Молекули продуктів реакції можуть слугувати активними центрами, тому швидкість їх переносу виявляє рішучий вплив на швидкість поширення полум'я. Тому необхідно розглядати горіння фанери не тільки в глибину, а і поширення полум'я поверхнею.

Розглянемо рух плоского фронту полум'я по фанері (рис. 2). До температури qВ йде повільна реакція прогрівання, потім відбувається швидка хімічна реакція займання матеріалу.

В загальному вигляді горіння фанери можна виразити рівняннями у безрозмірному вигляді з граничними та початковими умовами:

; (21)

; (22)

xt = 0 q = q0, s = 1; xt q = 1, s = 0; (23)

(24)

де q = Т/Та – безрозмірна температура;

s = Ск/С – безрозмірна концентрація летких продуктів піролізу;

- безрозмірний час;

- безрозмірна відстань;

;

;

uн – швидкість поширення зони реакції;

– товщина зони горіння;

k0 – передекспоненціальний множник в реакції горіння.

Для адіабатичних умов горіння фанери (Ре = РеD) система рівнянь (21-24) набуває вигляду:

. (25)

Знаходимо значення параметра Ре, при якому вирішення рівняння відповідає граничним умовам. Для цього розіб'ємо область інтегрування на дві зони: підігріву І і реакції ІІ. У зоні І проходить підігрів фанерної плити за рахунок теплопровідності від фронту полум'я, в якій не відбувається тепловиділення, і рівняння (25) перетворюється у:

. (26)

Нижня межа зони підігріву лежить при x = -, де dq/dx = 0. Верхня межа відповідає x1, з якої тепловиділення виявляє значний вплив, тобто друга похідна має максимум. У цій зоні вирішення рівняння (24) набуває такого вигляду:

. (27)

Для того, щоб відбулося займання фанери за певний проміжок часу, необхідно, щоб температура займання була достатньо значна, тобто qв , а саме: qв = 1- RTa/E. За таких умов рівняння (25) має вигляд:

. (28)

Вирішення рівняння (28) з граничними умовами при x = dq/dx = 0 після інтегрування:

. (29)

Очевидно, що при неперервності температури полум'я, теплові потоки на межі розділення зон повинні бути однаковими:

. (30)

Підставляючи в рівняння (30) вирази (27, 29), отримаємо значення числа Ре:

. (31)

У зв'язку з тим, що тепловиділення проходить у зоні горіння, для визначення швидкості поширення полум'я при горінні фанери проведено за залежністю:

. (32)

Загоряння фанери, здебільшого супроводжується появою полум'я, в якому відбувається екзотермічна реакція взаємодії газоподібних продуктів матеріалу з киснем. Враховуючи результати досліджень із визначення кінетики горіння деревини, а саме частки летких горючих речовин в загальній кількості продуктів розкладу та кінетичних констант процесу розкладу деревини рівняння (32) набуло такого вигляду:

(33)

або у розмірному вигляді: . (34)

Передекспоненціальний множник (k0) враховує характер горіння матеріалу і для вогненезахищеної деревини він становить 0,416 с-1. Вогнезахист зменшує горіння деревини шляхом зменшення кількості горючих газів в продуктах піролізу нижче нижньої концентраційної межі займання і значення цього множника наближається до нуля, а тому коефіцієнт, який враховує ефективність вогнезахисту описується рівнянням:

Ке=1/k0

і становить значення більше за 2,4.

На рис. 3 наведено результати розрахунку швидкості поширення полум'я по поверхні фанери (uн) залежно від впливу температури q та експериментальні дані. Добре співпадання експериментальних результатів з теоретичними розрахунками свідчить про адекватність розробленої моделі.


Третій розділмістить результати експериментальних досліджень з розроблення способу вогнезахисту фанери і визначення вогнезахисних властивостей фанери після оброблення її сумішами неорганічних і органічних речовин.

Проведено дослідження з визначення групи горючості фанери згідно з ГОСТ 12.1.044 товщиною від 5, 10, 15 та 20 мм, результати із визначення втрати маси зразків (Dm, %) та приросту максимальної температури газоподібних продуктів горіння (t, оС) фанери наведено на рис. 4.

За результатами досліджень (рис. 4), усі зразки фанери згідно з ГОСТ 12.1.044 характеризуются як легкозаймисті й горючі матеріали.

Для вогнезахисту фанери використали запатентований нами просочувальний засіб для деревини ДСА-2, який складається із сольового антипірену (суміш діамонійфосфату і сульфату амонію) та полімерного антисептика "Гембар" (полігексаметиленгуанідінфосфат). Відомі способи просочення деревини (поверхневе просочення, глибоке просочення: гаряча-холодна ванна, вакуум-тиск в автоклавах, електрогідравлічний метод) не вдалося використати для вогнезахисту фанери, бо сендвічна структура фанерної плити, коли шар дерев'яної шпони товщиною 1,5 – 2 мм черегується шарами полімерного клею з карбамідо(фенол)формальдегідної смоли товщиною в декілька мікрометрів, не дозволила цього зробити. Використання високої температури (70-80 С), високого вакууму та тиску приводило до руйнування адгезійних сил між деревиною і полімерною смолою, що призводило до погіршення фізико-механічних властивостей вогнезахищеної фанери. Знадобилось провести дослідження з розроблення способів виготовлення вогнезахищеної та підвищеної водостійкості фанери. Було