Пожежа завжди була однією з найсерйозніших загроз для людського суспільства. Оскільки будівлі, транспортні системи, текстиль, електротехнічні вироби та полімерні матеріали набувають все більшого поширення, попит на покращену вогнестійкість продовжує зростати.
Важливо відрізняти-вогнезахисні матеріали від повністю-незаймистих матеріалів. Мета-вогнезахисної технології — зменшити ймовірність займання, уповільнити поширення полум’я, обмежити виділення тепла та забезпечити більше часу для евакуації та гасіння пожежі.
Від глиняних захисних шарів, які використовували в стародавніх будівлях, до сучасних спучуваних систем, нанокомпозитів і технологій із низьким-димом і низькою{1}}токсичністю, розробка вогнестійких-матеріалів була тривалим процесом безперервних досліджень.
1. Стародавні китайські вогнезахисні матеріали та захист будівель
Китай почав вивчати методи протипожежного захисту на дуже ранній стадії.
На археологічній ділянці Дадіван у Циньань, провінція Ганьсу, віком приблизно від 5000 до 8000 років стародавні будівельники поклали шари землі навколо дерев’яних колон у великих громадських будівлях і нанесли захисні цементні матеріали на поверхню дерев’яних конструкцій. Ці практики можна розглядати як ранні форми архітектурного протипожежного захисту.
Протягом весняно-осіннього періоду люди вже зрозуміли, що демонтаж невеликих конструкцій, покриття великих будівель і створення роздільних зон можуть допомогти уповільнити поширення вогню.
Під час весняно-осіннього періоду та періоду бойових дій китайський філософ Мозі запропонував низку протипожежних заходів та заходів протипожежної боротьби. Це включало покриття міських воріт і будівель гряззю, виготовлення -знарядь для перенесення води з конопляної тканини, використання шкіряних ємностей для зберігання води та встановлення споруд для зберігання води на оборонних вежах.
Ці заходи відображали ранній інтегрований підхід, який поєднував -вогнестійку обробку поверхні, дизайн будівлі та протипожежне обладнання.
За часів династії Юань вчений-аграрій Ван Чжень у своїй роботі надав відносно систематичне обговорення будівництва протипожежного захисту.Нонг Шу, абоКнига Сільське господарство. Він написав:
Вогонь зростає, коли він зустрічається з деревом, гаситься водою, і закінчується, коли він досягає землі.
Ван Чжень також задокументував вогнестійкий-матеріал, виготовлений із таких інгредієнтів, як подрібнена цегла, глина, тунгова олія, порошок деревного вугілля та вапно, змішаних із клейкою рисовою пастою. Цей матеріал забезпечував покриття поверхні, теплоізоляцію та захист, і його можна вважати раннім китайським композитним вогнезахисним-покриттям.
Хоча ці історичні практики ще не створили сучасну-вогнезахисну хімічну систему, вони вже продемонстрували кілька важливих принципів: ізоляція горючих матеріалів від повітря, зменшення теплопередачі, покриття легкозаймистих субстратів і запобігання прямому впливу полум’я.
2. Ранні західні дослідження-вогнезахисної обробки
Записи про-обробку антипіренами на Заході також можна простежити з давніх часів.
Згідно з історичними даними Стародавньої Греції, деревину обробляли розчинами-на основі квасцов близько 450 року до нашої ери, щоб зменшити її займистість. Пізніше римляни вдосконалили цей процес, додавши до лікувального розчину такі речовини, як оцет, що підвищило його довговічність і ефективність.
У першому столітті до нашої ери вогнезахисні-методи вже застосовувалися у військовій обороні. Повідомляється, що розчини на основі-квасцов використовувалися для обробки дерев’яних укріплень, а покриття з глини та матеріалів,-зміцнених волокнами, застосовувалися для захисту дерев’яного облогового обладнання від вогню.
У 1638 році італійський сценограф і архітектор Нікола Саббатіні запропонував додавати глину та гіпс до покриттів театральних завіс, щоб зменшити ризик пожежі. Ця програма показує, як небезпека пожежі в громадських будівлях сприяла ранньому розвитку-вогнезахисних технологій.
У 1735 році був виданий британський патент на обробку деревини та текстилю галуном, бурою та сульфатом заліза. Наприкінці вісімнадцятого століття такі сполуки, як сульфат амонію, також досліджувалися як компоненти-вогнезахисних складів.
3. Становлення сучасної вогнезахисної-науки
Дев’ятнадцяте століття ознаменувало важливий перехід від-досліджень вогнезахисту до наукових досліджень.
У 1821 році французькому хіміку Дж. Л. Гей-Люссаку було доручено дослідити методи зменшення займистості театральних завіс. Він виявив, що амонієві солі сірчаної, соляної та фосфорної кислот можуть покращити вогнестійкість коноплі та льону.
Він також зауважив, що комбінації хлориду амонію, фосфорної кислоти та бури можуть додатково покращити-вогнезахисні властивості.
Ця робота широко вважається важливою відправною точкою в науковому вивченні -вогнезахисних волокон і складів. Основний принцип-використання фосфор{3}} та азот-сполук для сприяння зневодненню та утворенню обвуглення-залишається актуальним для-вогнезахисної технології сьогодні.
Приблизно в 1859 році такі сполуки, як фосфат амонію, хлорид амонію, бура, сульфат амонію та станнатні солі, були додатково застосовані для вогнезахисної -обробки текстилю.
Завдяки просоченню, покриттю та утворенню неорганічних захисних шарів на поверхні волокон можна покращити здатність тканин до горіння.
Протягом цього періоду вогнезахисні-дослідження поступово перейшли від використання окремих речовин до композицій, хімічних реакцій і технологій обробки-поверхні.
4. Розвиток промисловості у ХХ ст
Із швидким розвитком пластмас, синтетичного каучуку та синтетичних волокон у двадцятому столітті вогнестійкі-технології ставали все більш важливою частиною промисловості матеріалів.
Багато полімерних матеріалів легко запалюються, швидко горять і виділяють велику кількість тепла. У результаті покращення їх вогневих характеристик стало серйозною технічною проблемою.
На початку двадцятого століття хлорований каучук вступив у стадію досліджень та індустріалізації. Приблизно до 1913 року солі станнату та солі амонію використовували для вогнезахисної -обробки текстилю.
У 1930-х роках синергетичні системи на основі хлорованого парафіну та оксиду сурми почали використовуватися у-вогнезахисних матеріалах. Галогеновані сполуки допомогли пригнічувати реакції вільних-радикалів у полум’ї, тоді як оксид сурми підвищив їхню ефективність.
Ці системи багато років широко використовувалися в пластмасах, гумі, покриттях і текстилі.
У цей же період почали з’являтися неорганічні вогнезахисні-покриття на основі в’яжучих речовин для рідкого скла та мінеральних наповнювачів. Пізніше дослідники розробили покриття, які розширювалися й утворювали захисний шар обугілля під впливом тепла, заклавши основу для сучасних розбухаючих вогнезахисних-покриттів.
Під час Другої світової війни попит на вогнестійкі та водонепроникні військові намети та брезентові матеріали ще більше прискорив розробку вогнестійких систем покриття на основі хлорованого парафіну, оксиду сурми та зв’язуючих речовин.
5. Розробка вогнезахисних-систем, що спалахують
Наприкінці 1940-х років дослідники почали використовувати термін «розбухання» для опису розширення та піноутворення, які відбуваються, коли певні-вогнезахисні полімери піддаються дії тепла чи вогню.
Приблизно між 1948 і 1950 роками основна структура спалахуючих -вогнезахисних систем стала більш зрозумілою, що призвело до понять джерела кислоти, джерела вуглецю та джерела надування.
· Theджерело кислотисприяє зневодненню і карбонізації.
· Theджерело вуглецюутворює каркас захисного шару вугілля.
· Theджерело видуваннявиділяє гази, які розширюють обугілля в пористу структуру.
Коли матеріал піддається впливу полум'я або високої температури, розбухаючий шар покриває субстрат і обмежує передачу тепла, кисню та горючих продуктів розкладання. Це сповільнює нагрівання та горіння основного матеріалу.
У 1970-х роках дослідники також продемонстрували, що утворення стабільного шару обугілля під час згоряння полімеру може значно покращити -вогнезахисні властивості.
Тому захисний ефект вугілля став важливою частиною теорії-вогнезахисної-фази конденсованої фази.
У 1989 році Г. Каміно та інші дослідники опублікували систематичні дослідження спалахуючих -вогнезахисних систем, що сприяло як їх теоретичному розумінню, так і практичному застосуванню.
6. Перехід до високо-композитних систем
Після 1950-х років почали з’являтися реактивні-вогнезахисні мономери та-вогнезахисні смоли.
На відміну від антипіренів з добавками, реакційноздатні антипірени можуть бути хімічно включені в молекулярну структуру полімеру. Це може підвищити довговічність і зменшити міграцію або втрату-вогнезахисних компонентів під час використання.
Починаючи з 1960-х років, різноманітні ароматичні галогеновмісні антипірени почали використовуватися в комерційних цілях, і вогнезахисні-матеріали поступово перейшли до широкомасштабного-промислового виробництва.
У 1980-х роках розробка нанокомпозитних матеріалів відкрила новий напрямок для досліджень-вогнезахисних засобів.
Деякі наноматеріали можуть підвищити термічну стабільність, сприяти утворенню захисних шарів і зменшити-тепловиділення та -втрату маси за відносно низьких рівнів навантаження.
Сучасні вогнестійкі-матеріали зазвичай більше не покладаються на одну добавку. Натомість вони поєднують кілька механізмів, зокрема:
· гальмування ланцюгових реакцій горіння в газовій фазі;
· сприяння обвуглюванню в конденсованій фазі;
· зменшення тепловіддачі через ізоляційні шари;
· обмеження руху кисню і горючих газів неорганічними бар'єрами;
· зменшення димності через-системи димоподавлення;
· покращення структури вугілля та термічної стабільності за допомогою наноматеріалів.
7. Правила та стандарти сприяють покращенню пожежної безпеки
У другій половині двадцятого століття пластмаси, синтетичний каучук і синтетичні волокна стали широко використовуватися в будівництві, транспорті, меблях, електротехнічних виробах і споживчих товарах.
У той же час підвищена увага приділяється пожежним ризикам, пов'язаним з полімерними матеріалами.
Починаючи з 1960-х років, Сполучені Штати, Європа та інші регіони поступово запроваджували галузеві вимоги, стандарти продукції та правила безпеки, що стосуються займистості матеріалів.
Тому покращення вогнестійкості перетворилося з добровільної дії виробників на обов’язкову вимогу-доступу на ринок для певних продуктів.
Сьогодні вимоги до -вогнестійкості та вогнестійкості застосовуються до багатьох галузей промисловості, зокрема:
· будівельні та будівельні матеріали;
· текстиль;
· меблі та матраци;
· автомобільний та залізничний транспорт;
· аерокосмічна;
· проводи та кабелі;
· електричне та електронне обладнання;
· нові-енергетичні акумуляторні системи.
Різні види застосування вимагають різних рівнів і типів протипожежних характеристик.
Окрім стійкості до займання, може знадобитися оцінка матеріалів щодо поширення полум’я, виділення тепла, утворення диму, токсичності, горючих крапель, цілісності ланцюга, вогнестійкості та-тривалої довговічності.
8. Практична цінність вогнестійких-матеріалів
Метою-вогнезахисної технології не є гарантія того, що матеріал ніколи не загориться за будь-яких умов.
Його цінність полягає в контролі процесу горіння та зменшенні ймовірності того, що пожежа почнеться, пошириться або стане більш серйозною.
Ефективна вогнезахисна-конструкція може затримати займання та поширення полум’я, зменшити-швидкість виділення тепла, обмежити втрати матеріалу та забезпечити більше часу для евакуації, гасіння пожежі та захисту майна.
Оскільки вимоги до -пожежної безпеки продовжують розвиватися, сучасні вогнезахисні-технології приділяють більшу увагу збалансованості протипожежної ефективності з придушенням диму, низькою токсичністю, екологічністю, довговічністю та механічними властивостями.
Тому -вогнестійкість слід перевіряти стандартизованим тестуванням, а не оцінювати лише за назвою матеріалу, хімічним складом або декларацією постачальника.
