Preview

Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety

Advanced search

Thermal behavior of polymer thermal insulation with the reduced combustibility

https://doi.org/10.18322/PVB.2018.27.04.13-23

Abstract

Introduction. Polymeric thermal-insulation materials (EPS, XPS, polyurethane foam etc.) is widely used in buildings, including high-rise buildings. The fires in such buildings may lead to the mass death of peoples. Purpose and objectives. The aim of this work is studying the thermal behavior of the thermal insulation from expandable polystyrene (EPS 10, EPS 14) and the new foamed composite “Penocom”. For this purpose, effective kinetic parameters (activation energy, pre-exponential factor) of thermal and thermo-oxidative degradation of the chosen polymeric materials were determined. Also, physical mechanisms of degradation in the air and inert environment were determined. Also, linear thermal shrinkage for a broader list of organic and mineral thermal insulation materials was determined. Methods. Processes of thermal degradation were investigated with thermogravimetric analyzer Mettler Toledo TGA/DSC. Linear thermal shrinkage was determined with muffle furnace at heating rate 12 °C/min. Results. Degradation of the EPS in the air and inert environment occurs in the liquid state. Reaction order n = 1, nucleation mechanism R (1). The complex nature of thermal decomposition and pyrolysis is observed when heating foamed composite “Penocom” with a bulk density r = 140 kg/m3. In the air environment, the degradation process is carried out by diffusion mechanism D3, in the inert environment - by nucleation mechanism R (1). The linear thermal shrinkage of EPS 14 was 100 % at 170 °C, Penocom - 60 % at 650 °C. Conclusions. Analysis of experimental results has allowed determining thermal behavior of chosen polymeric thermal insulation materials. This results can be used, for instance, in fire modeling.

About the Authors

A. A. Kobelev
Академия ГПС МЧС России
Russian Federation


E. Yu. Kruglov
Академия ГПС МЧС России
Russian Federation


R. M. Aseeva
Академия ГПС МЧС России
Russian Federation


B. B. Serkov
Академия ГПС МЧС России
Russian Federation


F. A. Shutov
РГХТУ им. Д. И. Менделеева
Russian Federation


References

1. Селедкова Т. Рынок теплоизоляции в России в 2016 года сократился на 5-7 % Отраслевой журнал “Строительство”.-2017.-№ 1-2.-C. 44-45. URL: http:ancb.rupdf_archive (дата обращения: 06.01.2018).

2. Эксперты ТехноНИКОЛЬ: Рынок теплоизоляционных материалов России в сегменте минеральной изоляции снизился на 10 %. URL: http:www.tn.ruteplonewseksperty-tekhnonikol-rynokteploizolyatsionnykhmaterialov-rossii-v-segmente-mineralnoy-izolyatsii-s/?sphrase_id=45319 (дата обращения: 13.01.2018).

3. Волкова А. В. Рынки крупнотоннажных полимеров Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”. Институт “Центр развития”. Обзоры ключевых отраслей и рынков. -2017.-70 c. URL: https:dcenter.hse.ruotrasli (дата обращения: 10.01.2018).

4. Teach W. C., Kiessling G. C. Polystyrene. - New York : Reinhold Publishing Corporation, 1960. -180 p.

5. Feldman D. Polymer history Designed Monomers and Polymers. - 2008. - Vol. 11, Issue 1. - P. 1-15. DOI: 10.1163156855508x292383.

6. BS EN 1995-1-2:2004. Eurocode 5: Design of timber structure. Part 1-2: General - Structural fire design. -Brussels, Belgium : CEN, 2004.

7. Fire safety in timber buildings. Technical guideline for Europe. SP Report 2010:19. URL: http:eurocodes. jrc.ec.europa.eudocFire_Timber_Ch_5-7.pdf (дата обращения: 10.01.2018).

8. Kannan P., Biernacki J. J., Visco D. P.Areview of physical and kinetic models of thermal degradation of expanded polystyrene foam and their application to the lost foamcasting process Journal of Analytical and Applied Pyrolysis.-2007.-Vol. 78, Issue 1.-P. 162-171. DOI: 10.1016j.jaap.2006.06.005.

9. Kokta R. V., Valade J. L., Martin W. N. Dynamic thermogravimetric analysis of polystyrene: Effect of molecular weight on thermal decomposition Journal of Applied Polymer Science.-1973.-Vol. 17, Issue 1. -P. 1-19. DOI: 10.1002app.1973.070170101.

10. Nishizaki H., Yoshida K., Wang J. H. Comparative study of various methods for thermogravimetric analysis of polystyrene degradation Journal of Applied Polymer Science.-1980.-Vol. 25, Issue 12. -P. 2869-2877. DOI: 10.1002app.1980.070251218.

11. Mehta S., Biederman S., Shivkumar S. Thermal degradation of foamed polystyrene Journal of Materials Science. -1995.-Vol. 30, Issue 11. -P. 2944-2949. DOI: 10.1007bf00349667.

12. Круглов Е. Ю., Кобелев А. А., Шутов Ф. А., Асеева Р. М. Термогравиметрический анализ разложения полимерного пенокомпозита Penocom Все материалы. Энциклопедический словарь.- 2016. -№ 6. -С. 30-34.

13. Шутов Ф. А., Ярборо Д. Теплоизоляционные и экологические характеристики огнестойкого полимерного пенокомпозита Penocom® Технологии техносферной безопасности. - 2014. - № 4(56). - 4 c. URL: http:agps-2006.narod.ruttb2014-437-04-14.ttb.pdf (дата обращения: 10.01.2018).

14. Шутов Ф. А. Огнестойкие материалы для снижения пожарной опасности малоэтажных объектов из древесины Технологии техносферной безопасности.-2014.-№ 3(55).-6 c. URL: http:agps-2006.narod.ruttb2014-322-03-14.ttb.pdf (дата обращения: 10.01.2018).

15. Круглов Е. Ю., Шутов Ф. А., Асеева Р. М., Серков Б. Б., Сивенков А. Б. Огнестойкость ограждающих легких деревянных каркасных конструкций с теплоизоляцией из пенокомпозита “Penocom” Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация.-2015.-№ 3.-С. 63-70.

16. Шутов Ф. А., Круглов Е. Ю., Асеева Р. М., Серков Б. Б., Сивенков А. Б. Влияние теплоизоляции из полимерного пенокомпозита “Penocom” на огнестойкость ограждающих деревянных каркасных конструкций Пожаровзрывобезопасность. - 2016. - Т. 25, № 1. - С. 28-37. DOI: 10.18322PVB.2016.25.01.28-37.

17. Уэндландт У. Термические методы анализа Пер. с англ. -М. : Мир, 1978. -527 c.

18. Шестак Я. Теория термического анализа: физико-химические свойства твердых неорганических веществ Пер. с англ. -М. : Мир, 1987. -456 с.

19. Thornton W. M. XV. The relation of oxygen to the heat of combustion of organic compounds The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. - 2009. - Vol. 33, Issue 194.-P. 193-203. DOI: 10.108014786440208635627.

20. Flynn J. H. Temperature dependence of the rate of reaction in thermal analysis. The Arrhenius equation in condensed phase kinetics Journal of Thermal Analysis. - 1990. - Vol. 36, Issue 4. - P. 1579-1593. DOI: 10.1007bf01914077.

21. Rogers F. E., Ohlemiller T. J. Pyrolysis kinetics of a polyurethane foam by thermogravimetry.Ageneral kinetic method Journal of Macromolecular Science: PartA-Chemistry.-1981.-Vol. 15, No. 1. -P. 169-185. DOI: 10.108000222338108066438.

22. Сriado J. M. Kinetic analysis ofDTGfrom master curves Thermochimica Acta.-1978.-Vol. 24, Issue 1. -P. 186-189. DOI: 10.10160040-6031(78)85151-x.


Review

For citations:


Kobelev A.A., Kruglov E.Yu., Aseeva R.M., Serkov B.B., Shutov F.A. Thermal behavior of polymer thermal insulation with the reduced combustibility. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2018;27(4):13-23. (In Russ.) https://doi.org/10.18322/PVB.2018.27.04.13-23

Views: 499


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0869-7493 (Print)
ISSN 2587-6201 (Online)