Пожарная опасность текстильных материалов на основе полиэфирных волокон для вагонов железнодорожного транспорта

Введение. Широкое применение для обустройства пассажирских вагонов (шторы, обивка и чехлы кресел и диванов, постельные принадлежности) имеют ткани из огнезащищенных, химически модифицированных ­полиэфирных волокон, удовлетворяющие зарубежным требованиям. Экспериментальные исследования параметров пожарной опасности таких трудновоспламеняемых тканей согласно российским требованиям к материалам для отделки вагонов показали невозможность достижения нормативных критериев по токсичности продуктов горения и дымообразующей способности из-за особенностей процесса их термического разло­жения. Поэтому важной задачей является проведение комплексных исследований по обоснованию возмож­ности установления реально приемлемых численных значений критериев токсичности продуктов горения и дымообразования.

Проблематика вопроса. Особенностью термического разложения полиэтилентерефталата (ПЭТФ) является его способность при высоких температурах находиться в вязкотекучем состоянии. Наиболее эффективный метод огнезащиты волокон из ПЭТФ — химическое модифицирование на стадии их получения за счет введения в процессе синтеза фосфорорганических функциональных соединений. Широкое применение в обустройстве вагонов огнезащищенных тканей значительно сдерживается из-за их несоответствия требованиям по дымообразующей способности и показателю токсичности продуктов горения.

Результаты и их обсуждение. Введение в полимерную цепь ПЭТФ замедлителей горения, не влияющих на условия технологической переработки, возможно при их содержании не более 10 % (масс.). Такое количество антипирена обеспечивает устойчивость материала к воспламенению и распространению пламени по поверхности, отсутствие образования горящего расплава, но не изменяет существенно показатель токсичности продуктов горения и коэффициент дымообразования. Представлены экспериментальные данные по токсичности продуктов горения (выход СО и СО₂ в режиме пламенного горения) трудновоспламеняемых, медленно распространяющих пламя по поверхности тканей из огнезащищенных полиэфирных волокон. Проведено сопоставление результатов определения показателя токсичности продуктов горения для тканей с результатами расчетов обобщенного индекса токсичности CIT_g.

Выводы. Установлено критериальное значение CIT_g (0,75) для оценки возможности применения текстильных материалов в спальных вагонах железнодорожного транспорта, соответствующее показателю токсичности продуктов горения от 34 до 52 мг/м³ (43 мг/м³ ± 20 %), что свидетельствует о возможности применения ­тканей с показателем токсичности продуктов горения HCl₅₀ ≥ 35 мг/м³. Разработаны предложения по совершенствованию требований пожарной безопасности к текстильным материалам, применяемым в пассажирских вагонах железной дороги.

1. DS/EN 45545-2:2013+A1:2015. Railway applications — Fire protection on railway vehicles — Part 2: Requirements for fire behaviour of materials and components. — Brussels : CEN, 2015. — 75 p.

2. Weil E. D., Levchik S. V. Flame retardants for plastics and textiles. Practical Applications. — 2nd ed. — Munich : Carl Hanser Verlag GmbH & Co, 2015. — 398 p. DOI: 10.3139/9781569905791.

3. Aseeva R. M., Zaikov G. E. Combustion of polymer materials. Munich: Carl Hanser Verlag GmbH & Co, 1986. — 406 p.

4. Hirschler M. M. Safety, health and environmental aspects of flame retardants // Handbook of Fire Resistant Textiles / Kilinc F. S. (ed.). — Cambridge : Woodhead Publishing Limited, 2013. — P. 108–173. DOI: 10.1533/9780857098931.1.108.

5. Horrocks A. R. Technical fibres for heat and flame protection // Handbook of Technical Textiles. Vol. 2: Technical Textile Applications / Horrocks A. R., Anand S. C. (eds.). — 2nd ed. — Woodhead Publishing Limited, Elsevier Ltd., 2016. — P. 237–270. DOI: 10.1016/b978-1-78242-465-9.00008-2.

6. Horrocks A. R. Flame retardant challenges for textiles and fibres: New chemistry versus innovatory solutions // Polymer Degradation and Stability. — 2011. — Vol. 96, No. 3. — P. 377–392. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2010.03.036.

7. Joseph P., Tretsiakova-McNally S. Melt-flow behaviours of thermoplastic materials under fire conditions: Recent experimental studies and some theoretical approaches // Materials. — 2015. — Vol. 8, No. 12. — P. 8793–8803. DOI: 10.3390/ma8125492.

8. Wazarkar K., Kathalewar M., Sabnis A. Reactive modification of thermoplastic and thermoset polymers using flame retardants: An overview // Polymer-Plastics Technology and Engineering. — 2016. — Vol. 55, Issue 1. — P. 71–91. DOI: 10.1080/03602559.2015.1038839.

9. Бесшапошникова В. И., Микрюкова О. Н., Загоруйко М. В., Штейнле В. А. Огнезащита смесовых тканей системой фосфоразотсодержащих замедлителей горения // Вестник Технологического университета. — 2017. — Т. 20, № 22. — С. 69–72.

10. Salmeia K., Fage J., Liang S., Gaan S. An overview of mode of action and analytical methods for evaluation of gas phase activities of flame retardants // Polymers. — 2015. — Vol. 7, No. 3. — P. 504–526. DOI: 10.3390/polym7030504.

11. Matzen M., Kandola B., Huth C., Schartel B. Influence of flame retardants on the melt dripping behaviour of thermoplastic polymers // Materials. — 2015. — Vol. 8, No. 9. — P. 5621–5646. DOI: 10.3390/ma8095267.

12. Зубкова Н. С., Константинова Н. И. Огнезащита текстильных материалов. — М. : Институт информационных технологий, 2008. — 228 с.

13. Технический регламент Таможенного союза “О безопасности железнодорожного подвижного состава” (ТР ТС 001/2011). URL: http://docs.cntd.ru/document/902293438 (дата обращения: 20.11.2019).

14. Dzięcioł M., Huzar E. Study of compounds emitted during thermo-oxidative decomposition of polyester fabrics // Polish Journal of Chemical Technology. — 2016. — Vol. 18, No. 1. — P. 40–45. DOI: 10.1515/pjct-2016-0007.

15. van der Veen I., de Boer J. Phosphorus flame retardants: Properties, production, environmental occurrence, toxicity and analysis // Chemosphere. — 2012. — Vol. 88, No. 10. — P. 1119–1153. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2012.03.067.

16. Braun E., Levin В. C. Polyesters: A review of the literature on products of combustion and toxicity // NBS publication, NBSIR 85–3139. — Washington : U. S. Department of Commerce, National Bureau of Standards, 1985. — 64 p. DOI: 10.6028/nbs.ir.85-3139.

17. Zubkova N. S., Karelina I. M., Zaitsev A. A., Merkulov A. A., Konstantinova N. I. Toxicity of combustion products and smoking of decorative-finishing fabrics // Fibre Chemistry. — 2007. — Vol. 39, Issue 3. — P. 215–217. DOI: 10.1007/s10692-007-0044-5.

18. Wesolek D., Kozlowski R. Toxic gaseous products of thermal decomposition and combustion of natural and synthetic fabrics with and without flame retardant // Fire and Materials. — 2002. — Vol. 26, Issue 4–5. — P. 215–224. DOI: 10.1002/fam.800.

19. Леонова Д. И. Роль антипиренов в токсичности продуктов горения полимерных материалов // Актуальные проблемы транспортной медицины. — 2010. — № 3(21). — C. 121–131.

20. Разработка методики расчетов видимости при моделировании пожаров полевым методом с применением FDS. Исходные данные для расчета гражданских зданий. — Екатеринбург : Ситис, 2007. — 33 с.

21. Карькин И. Н. Работа в программном комплексе FireCat. Библиотека реакций и поверхностей горения в PyroSim. — 4-я ред. — 2016. — 27 с. URL: https://pyrosim.ru/download/Firecat_FDS_fireload_lib.pdf (дата обращения: 20.11.2019).

22. ISO 5659-2. Plastics — Smoke generation — Part 2: Determination of optical density by a single-chamber test. — 4th ed. — Geneva, Switzerland : ISO, 2017. — 49 p.