Зажигательное устройство; 2 — заслонка; 3 — термометр; 4 — крышка; 5 — тигель; 6 — мешалка

Рис. 2.4. Установка для испытания веществ и материалов на не­горючесть:

/ — опорная станина; 2 — стабилизатор; 3 — направляющая планка; 4 — термопары; 5 — держатель образца; 6 — печь; 7 — асбестовая прокладка

Группу негорючих материалов определяют по СТ СЭВ 382—76, который соответствует стандарту ИСО * 1182—83. Схема установки для испытания веществ и материалов на негорючесть показана на рис. 2.4.

Испытания проводят при 825±25°С в трубчатой электропечи высотой 150 мм и диаметром 200 мм, имею­щей внутренний сквозной канал диаметром 75 мм. Для нагрева внутреннего пространства печи до заданной температуры используют электроспираль. К нижнему концу канала печи прикреплен конический стабилиза­тор высотой 500 мм. Диаметр верхнего отверстия ста­билизатора равен 75 мм, нижнего 10 мм.

* ИСО — международная организация по стандартизации. 20

При проведении испытаний образец материала по­мещают в держатель и опускают на 20 мин внутрь нагретой печи. Через каждые 10 с фиксируют показания трех термопар. Рабочий спай первой термопары рас­положен на расстоянии 10 мм от стенки печи по сере­дине зоны постоянной температуры, рабочий спай второй термопары находится в центре образца, рабочий спай третьей — на поверхности образца (по середине его высоты). Образец взвешивают до и после проведе­ния испытаний. Проводят пять параллельных испы­таний.

Материал относят к негорючим, если выполняются следующие условия:

среднее из всех максимальных показаний термопар в печи и на наружной поверхности образца не превы­шает более чем на 50 °С первоначально установленную температуру печи;

средняя потеря массы образцов не превышает 50 % их начальной массы до введения в печь;

среднее из всех отмеченных максимальных значений продолжительности пламенного горения не превышает 10 с.

Температура вспышки. Для определения температуры вспышки заданную массу вещества нагревают с задан­ной скоростью, периодически зажигая выделяющиеся Пары и визуально оценивая результаты зажигания.

Температуру вспышки экспериментально определяют в приборах закрытого (з. т.) * и открытого (о. т.) *• типов.

Схема прибора закрытого типа показана на рис. 2.5. В качестве реакционного сосуда используют металли­ческий тигель с внутренним диаметром 51 мм и высотой 56 мм. Тигель закрыт крышкой, на которой располо­жены: зажигательное устройство, заслонка с поворот­ным устройством и мешалка. Тигель, крышку и мешалку изготавливают из материалов, не вступающих в хими­ческое взаимодействие с испытуемыми веществами, например из нержавеющей стали.

Перед проведением измерений образцы легколетучих

* 3. т. (закрытый тигель) — условное название прибора закрытого типа для измерения температуры вспышки.

•* О. т. (открытый тигель) — условное название прибора открытого типа для измерения температуры вспышки.

жидкостей с температурой кипения до 100 °С охлаж­дают до 0 ^СС, образцы вязких жидкостей нагревают до текучести. Вначале проводят предварительное ис­пытание для получения ориентировочного значения тем­пературы вспышки. Затем проводят серию основных испытаний на трех образцах исследуемой жидкости. Образцы жидкостей, имеющих ориентировочную темпе­ратуру вспышки менее 50 °С, охлаждают до темпера­туры, которая на 17 °С меньше ориентировочной тем­пературы вспышки. За 10 °С до ориентировочной тем­пературы вспышки образец нагревают со скоростью 1 °С/мин для жидкостей с температурой вспышки до 104 °С и со скоростью 2 °С/мин для жидкостей с тем­пературой вспышки более 104 °С.

Испытание на вспышку проводят при повышении температуры на каждый 1 °С для жидкостей с темпера­турой вспышки до 104 °С и на каждые 2 °С для жидко­стей с температурой вспышки более 104 °С. За темпе­ратуру вспышки принимают среднее арифметическое трех определений серии основных испытаний с поправ­кой на барометрическое давление, вычисляемое па формуле

₍₂._2>

где р — давление в период проведения опыта, кПа.

Схема прибора открытого типа показана на рис. 2.6. Прибор состоит из фарфорового тигля низкой формы № 5, нагревательной воздушной ванны, газовой горел­ки и термометров.

Подготовку образцов и определение ориентировочной температуры вспышки проводят так же, как и в приборе закрытого типа. После этого проводят серию основных испытаний на трех образцах исследуемого вещества в той же последовательности, что и предварительные испытания. Образцы исследуемого вещества, имеющие ориентировочную температуру вспышки менее 50 °С, охлаждают до температуры, которая на 17 °С ниже ориентировочной температуры вспышки. За 10 °С до ориентировочной температуры вспышки образец на­гревают со скоростью 1 °С/мин для веществ с темпера­турой вспышки до 70 °С и 2 "С/мин для веществ с тем­пературой вспышки более 70 °С. Испытания на вспышку проводят при повышении температуры на каждые

Рис. 2.6. Прибор открытого типа для измерения температуры вспышки:

/ — нагревательная ванна; 2 — кольцо из наронита; 3 — фарфоровый тигель; 4 — термометр; 5 — держатель термометра; 6 — штатив; 7 — под­ставка для горелки; 8 — газовая горелка; 9 — нагревательное устройство; 10 — асбестовая прокладка

I °С/мин для веществ с температурой вспышки до 70 °С я 2 °С/мин для веществ с температурой вспышки более 70 °С. За температуру вспышки каждого определения принимают показание термометра, соответствующее по­явлению пламени над частью или над всей поверхностью образца.

Обработку результатов проводят так же, как и при определении температуры вспышки в приборе закры­того типа.

Температура воспламенения. Для определения темпе­ратуры воспламенения нагревают заданную массу ве­щества, периодически зажигая выделяющиеся пары и визуально оценивая результаты зажигания.

Для измерения температуры воспламенения жидко­стей и плавящихся твердых веществ применяют прибор с открытым тиглем, для измерения температуры вос­пламенения твердых — прибор ОТП.

При измерении температуры воспламенения жидко­стей и плавящихся твердых веществ образец подго­тавливают так же, как и при измерении температуры вспышки. Вначале определяют ориентировочную темпе­ратуру воспламенения. Для этого нагревают образец исследуемого вещества со скоростью 5—б °С/мин.

Через каждые 5 °С повышения температуры проводят испытание на воспламенение. Для этого пламя горелки перемещают от одной стороны тигля до другой в течение 1,5 с на расстоянии 14 Мм от поверхности жидкости. Если пары исследуемого вещества воспламеняются и продолжают гореть не менее 5 с, то нагрев прекращают, и показание термометра в момент появления пламени принимают за температуру воспламенения. Если вос­пламенение паров не происходит или время самостоя­тельного горения после воспламенения составляет менее 5 с, то нагревание образца продолжают, периоди­чески перемещая пламя горелки над тиглем, т. е. повто­ряют испытание на воспламенение.

Определив ориентировочную температуру воспла­менения, проводят серию основных испытаний на трех образцах исследуемого вещества. За 10 °С до ориенти­ровочной температуры воспламенения образец нагре­вают со скоростью 1 °С/мин для веществ с темпера­турой воспламенения до 70 °С и 2 °С/мин для веществ с температурой воспламенения более 70 °С.

Зажигание пламенем газовой горелки проводят при повышении температуры на каждый 1 °С для веществ с температурой воспламенения до 70 °С и на каждые 2 °С для веществ с температурой воспламенения более 70 °С.

За температуру воспламенения жидкости в каждом опыте принимают наименьшую ее температуру, при которой образующиеся пары воспламеняются при под­несении пламени газовой горелки и продолжают гореть не менее 5 с после его удаления. За температуру вос­пламенения исследуемого вещества принимают среднее арифметическое трех определений серии основных испы­таний с поправкой на барометрическое давление.

Прибор ОТП (рис. 2.7) состоит из вертикальной электропечи с двумя коаксиально расположенными ци­линдрами, выполненными из кварцевого стекла. Ци­линдр с внутренним диаметром 80 мм и высотой 240 мм является рабочей камерой. Второй цилиндр имеет внутренний диаметр 110 мм. На цилиндры навиты спи­ральные электронагреватели общей мощностью не ме­нее 2 кВт, что позволяет создавать температуру в ра­бочей камере 750 °С. В качестве источника зажигания используют газовую горелку внутренним диаметром 4 мм.

Рис. 2.7. Прибор ОТП:

Стеклянные цилиндры; 2 — спиральные электронагреватели; 3 — тепло­изоляционный материал; 4— стальной экран; 5 — держатель образца; 6 — стальной контейнер; 7 — газовая горелка; 8 — кривошипный механизм; 9, 10 — термопары; //— эжектор

Для испытаний готовят не менее десяти образцов массой по 3 г. После установления в рабочей камере стационарного температурного режима держатель об­разца извлекают из рабочей камеры, в контейнер по­мещают образец и возвращают держатель в исходное положение. Зажигают горелку и формируют пламя в виде клина длиной от 8 до 10 мм.

Если при заданной температуре образец воспламе­нится, испытание прекращают, горелку останавливают в положении «вне печи», держатель с образцом извле­кают из камеры. Следующее испытание проводят с но­вым образцом при меньшей температуре, Если в течение 20 мин образец не воспламенится, испытания прекра­щают, фиксируя «отказ».

Методом последовательных приближений определяют минимальную температуру рабочей камеры, при которой за время не более 20 мин образец воспламеняется от воздействия источника зажигания и горит более 5 с после его удаления, а при температуре на 10 °С ниже наблюдается «отказ» не менее чем в двух параллельных испытаниях.

За температуру воспламенения исследуемого вещест­ва принимают среднее арифметическое двух темпера­тур, различающихся не более чем на 10 °С, при одной из которых наблюдается воспламенение двух образцов, а при другой — два отказа.

Температура самовоспламенения. Для определения температуры самовоспламенения в нагретый сосуд вводят заданную массу исследуемого вещества и визу­ально оценивают результаты испытания. Варьируя тем­пературу, находят минимальную температуру стенки сосуда, при которой еще происходит самовоспламе­нение вещества.

Температуру самовоспламенения газов, жидкостей и плавящихся твердых веществ измеряют на установке, схема которой показана на рис. 2.8.

Основной частью установки является коническая колба Кн-250, помещенная в воздушный термостат. Внутри камеры расположен нагреватель мощностью 1,5 кВт. Равномерность нагрева стенок колбы обеспе­чивается циркуляцией воздуха в термостате, созда­ваемой вентилятором, и применением регулятора тем­пературы, позволяющего плавно изменять подводимую к нагревателю энергию.

Определение температуры самовоспламенения со­стоит из предварительных и основных испытаний. В предварительных испытаниях определяют наиболее легковоспламеняющееся количество вещества, вводи­мого в реакционный сосуд. В серии основных испытаний выявляют наименьшую температуру реакционного со­суда, при которой наблюдается самовоспламенение «аиболее легко самовоспламеняющегося количества ве­щества. Температуру самовоспламенения находят для шести — восьми проб исследуемого вещества, разли­чающихся на 0,05—2,0 см³, и строят график зависи­мости температуры самовоспламенения от величины пробы вещества.

Основные испытания (пять проб) на самовоспламе­нение проводят с наиболее легко самовоспламеняю­щимся количеством вещества при температуре на 5 °С «иже минимальной температуры самовоспламенения, -Полученной в серии предварительных испытаний. ■ За температуру самовоспламенения исследуемого вещества принимают среднее арифметическое двух температур, различающихся на 5 °С, при одной из ко-

£6

1 г

 

Рис. 2.8. Прибор для измерения стандартной температуры само-г воспламенения СТС-2:

1 — крыльчатка вентилятора-, 2 — спиральный нагреватель; 3 — реакцион­ный сосуд; 4 — ем«тровое зеркале; 5 — термостат; 6, 7 и S — термопары

Рис. 2.9. Установки КП:

1 — реакционный сосуд4 2, 5, 6, 11, 12 — краны; 3 — ртутный жаяеметр;, 4 — циркуляционные трубкк; 7 — стеклянная пластина; 8 — электроды за­жигания; 9—высоковольтный источник питания; 10 —испаритель; 13 — яасес-м«шалка

торых наблюдается са\ювослламенен»е наиболее легка сажтосиламеняющегося количества вещества, а пр«другой — отказ.

Температуру самовоспламенения твердых веществ из­меряют на установке ОТП (см. рис. 2.7). Для этого» устанавливают температуру рабочей камеры равной, температуре разложения вещества или (если она не­известна) 500 °С. После установления в рабочей камере стационарного температурного режима держатель из­влекают из рабочей камеры, в контейнер помещают образец и возвращают держатель в исходное положе­ние. Наблюдают за образцом в рабочей камере через смотровое зеркала.

Если образец самовоспламенится, то следующее ис­пытание проводят с новым образцом ври более низкой (например, на 50 °С) температуре. Если же в течение 30 мин образец не самовоспламенился, то опыт пре­кращают и считают, что получили отказ. Следующее

испытание с новым образцом проводят при более высо­кой температуре. Изменяя температуру в рабочей ка­мере, определяют такую минимальную температуру, при которой возникает пламенное горение образца при двукратном повторении испытаний, а при температуре на 10 °С ниже наблюдаются два отказа. За температуру самовоспламенения принимают среднее арифметическое этих определений.

Нижний и верхний концентрационные пределы рас­пространения пламени. Для определения концентра­ционных пределов распространения пламени зажигают газо-, паро- или пылевоздушную смесь с заданной, концентрацией исследуемого вещества в объеме реак­ционного сосуда и устанавливают факт наличия или отсутствия распространения пламени. Изменяя концен­трацию горючего в смеси, находят ее минимальное и максимальное значения, при которых происходит распространение пламени.

Длительное время пределы распространения пламени газов измеряли в установке КП, реакционной камерой в которой служила вертикальная стеклянная трубка диаметром 50—55 мм и высотой 1500 мм. Схема этой установки показана на рис. 2.9. Нижняя часть трубки закрывается пришлифованной стеклянной пластинкой. В реакционный сосуд на расстоянии 100 мм от его нижнего конца введены на шлифах электроды с нако­нечниками, изготовленными из молибденовой проволо­ки. Разрядный промежуток между электродами состав­ляет 8 мм.

Предварительно рассчитывают нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени Фп по газо-, паровоздушным смесям исследуемого ве­щества по формуле (в %)

 

где p = m_c + m_s+ ^н _{4--------------} ^-+2_>5т_р;

т_с, m_s, m_H, т_х, т₀, т_Р — число атомов углерода, серы, водорода, галогена, кислорода и фосфора в молекуле соединения; а„ и Ь_н — универсальные константы, зна­чения которых приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Значения постоянных а_м и Ь_я в формуле (2.3)

Предел распространения пламени

 

Нижний		8,684	4,679
Верхний:
при В!	^7,5	1,550	0,560
» в >	7,5	0,768	6,554

При определении нижнего предела распространения пламени для первого испытания готовят газо-, паро­воздушную смесь, содержащую горючего газа (пара) вдвое меньше рассчитанного предела, а при определе­нии верхнего предела распространения пламени готовят смесь, содержащую кислорода вдвое меньше, чем в смеси, соответствующей верхнему пределу.

Для приготовления смеси требуемого состава реак­ционный сосуд вакуумируют до остаточного давления не более 0,6 кПа и затем поочередно подают в него компоненты смеси по парциальным давлениям.

Парциальное давление компонента р_к рассчитывают по формуле (в кПа)

Л—по". (25)

где фк — задаваемая концентрация компонента смеси, % (об.); ро — атмосферное давление, кПа.

После впуска компонентов смеси в реакционный сосуд смесь перемешивают и зажигают. Результат опыта оце­нивают визуально.

Изменяя состав смеси, находят такую концентрацию горючего компонента, при которой пламя распростра­няется на весь объем реакционного сосуда, а при кон­центрации на 0,1 % (об.) меньше (в случае измерения нижнего предела) или больше (при измерении верхнего предела) смесь не воспламеняется или возникшее пламя не распространяется до верхней части реакционного сосуда.

Исследованиями А. Н. Баратова с сотр. показано, что в установке КП не создаются оптимальные условия для распространения пламени. Это выражается в том, что для галогенсодержащих соединений в ней полу­чается более узкая область воспламенения, чем в сосу­дах большого объема, а для обычных горючих точка

Рис. 2.10. Установка «Предел> для измерения концентрационных пределов распространения пламени:

/ — реакционный сосуд; 2 — отверстие для продувки; 3 — верхняя крышка; 4 — смотровое зеркало; 5 — термопара; 6 — ртутный манометр; 7 — трубо­проводы; 8 — 12 — клапаны; 13 — испаритель; 14 — вакуумный насос; 15 — электроды зажигания; 16 — трубчатый электронагреватель; 17 — пакет сеток; 18 — концевой выключатель; 19 — нижняя крышка; 20 — коромысло; 21 — винт; 22 — высоковольтный источник питания

флегматизации оказывается сдвинутой в область сме­сей, обогащенных окислителем.

Поэтому, начиная с 1984 г., измерение пределов распространения пламени газо- и паровоздушных сме­сей проводится на установке «Предел» (рис. 2.10).

Реакционный сосуд установки «Предел» представляет собой цилиндр с внутренним диаметром 300 мм и высо­той 800 мм. Верхняя крышка выполнена из термо­стойкого стекла, через которое при помощи зеркала

наблюдают за процессом распространения пламени при испытании.

Порядок работы на установке «Предел» такой же, как и на установке КП.

Нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) в пылевоздушных смесях измеряют на установке, схема которой представлена на рис. 2.11. Реакционный сосуд этой установки представляет собой стеклянный цилиндр внутренним диаметром 105 мм и высотой 425 мм. Цилиндр имеет контрольную отметку на высоте 300 мм и закреплен вертикально между двумя металлическими фланцами.

Методика измерения заключается в следующем. Взвешивают навеску исследуемого вещества, затем помещают навеску в распылитель и герметизируют реакционный сосуд. Подают в ресивер воздух до тре­буемого давления, устанавливают на блоке продолжи­тельность распыления, включают источник зажигания и распыляют навеску, визуально фиксируют распростра­нение пламени.

Для первого испытания используют навеску массой 0,2 г. Изменяя массу навески на 10 %, находят ее ми­нимальное значение, при котором получают шесть по­следовательных воспламенений (частота воспламене­ния равна 1), и ее максимальное значение, при котором получают шесть последовательных отказов (частота воспламенения равна 0). На каждой промежуточной навеске проводят по шесть испытаний.

За воспламенение принимают горение пылевоздуш-ной смеси с распространением пламени от источника зажигания до контрольной отметки на реакционном сосуде или выше ее.

Рис. 2.11. Установка для измерения нижнего кон­центрационного предела распространения пламени в пылевоздушных смесях: