Повышение огнестойкости клеевых соединений
Клеевые соединения относят к элементам конструкций, исходя из этого их поведение при пожарах оценивается огнестойкостью, т. е. временем, за который соединение способно выдерживать расчетную нагрузку. При нагревании клеи в соединении ведут себя по-различному, в зависимости от особенностей главного полимерного компонента.
Клеи на базе термопластичных полимеров начинают размягчаться еще задолго до термического разложения, и соединение теряет несущую свойство. К примеру, поливинилацетатные клеи (соединения) смогут выйти из строя до загорания конструкции — лишь только под влиянием повышенной до 70… 80 °С температуры окружающего воздуха.
Одновременно с этим известны термопластичные полимеры, температура размягчения которых близка к температуре их термического разложения. Клеи на базе таких полимеров (по-ливинилхлорид, политетрафторэтилен и др.) имеют более большой температурный уровень работы— 140… 180 °С.
Клеи на базе термореактивных олигомеров (фенольных, карба-мидных, эпоксидных и др.) в соединениях не плавятся, но прочность их при нагревании понижается еще до термической деструкции полимера. Главная утрата несущей свойстве клеевых соединений наступает при термодеструкции.
Но деструкция, к примеру, кар-бамидных клеев начинается при 70… 80 °С, а фенольных — при 200 °С и выше. Как установлено опытом, клеевые соединения древесины на фенольных клеях сохраняют несущую свойство и достаточно прочны при нагревании до 150 °С, т. е. практически до температуры термического разложения самой древесины.
Определение четких границ термостойкости соединений затруднено еще и вследствие того что в состав многих клеев входят и термореактивные, и термопластичные полимеры. При нагревании фенольные, карбамидные, резорциновые и другие термореактивные клеи теряют неспешно массу, что связано с выходом газообразных продуктов.
Больших трансформаций в структуре клеев наряду с этим не отмечается.
Наименее термостойки карбамидные клеи холодного отверждения. Не смотря на то, что утрата их массы при нагревании до 200ЛС мала (3… 4%), но прочность соединения понижается существенно из-за утраты внутриструктурных связей.
Термостойкость этих клеев повышают, модифицируя карбамидный полимер мела-мином либо резорцином. Клеевые соединения древесины на модифицированном карбамидном клее сохраняют собственную прочность при долгом нагревании до 100 °С, тогда как соединения на простом карбамидном клее не выдерживают таковой температуры.
Эпоксидный клей при нагревании до 200 °С теряет в два раза больше массы, чем карбамидные клеи, но его прочность наряду с этим находится на высокой отметке.
При 300 °С карбамидный клей теряет 47% массы, а фенольный лишь 8%. При данной же температуре масса резорцинового клея значительно уменьшается на 16%. а эпоксидного на 19%. Так, из конструкционных клеев для древесины самый термоустойчивы фенольные клеи.
В них возможно додавать фосфорсодержащие соли, владеющие высокой термостойкостью — для склеивания антипирированной древесины.
Достаточно термостойки резорциновый (ФР-12) и алкилрезор-циновые клеи ФРФ-50 и ФР-100, и композиции резорциновых клеев с антипирирующими добавками. Утрата массы этих клеев при температуре 300°С образовывает 17…20%.
Интенсивная термодеструкция резорциновых клеев происходит при температуре 400 °С. Сократить ее возможно добавлением антипиренов.
Согласно данным термогравиметрических и механических опробований, прочность и термостойкость клеев с добавками антипиренов сохраняется в широком промежутке температур.
Поведение клеевых соединений при нагревании, изучаемое на малых, примерах, в лабораторных условиях, пара отличается от поведения в настоящих сооружениях, где интенсивность термического действия на клей при пожаре зависит от формы, теплофизических свойств и размеров материала конструкции. Так, при нагревании фанеры тепло скоро передается клеевым швам и прочность их резко снижается.
Еще до сквозного прогорания фанера может расслоиться на отдельные страницы шпона, что еще более активизирует горение.
Рис. 1. График утраты массы отвержденных клеев при нагревании: 1 — эпоксидного ЭД-20; 2 — карба-мидного КФ-МТ; 3 — резорцинового ФР-12; 4 — фенольного КБ-3
В отличие от фанеры и других листовых материалов, панельных конструкций при нагревании массивных клееных элементов из древесины тепло передается медлительно в толщу сечения, клеевые соединения нагреваются мало и продолжительно сохраняют собственную несущую свойство. Так, при горении военнопленного пакета сечением 280Х Х1160 мм в течение 45 мин при температуре пламени около 500 °С
и при скорости обугливания 0,4…0,5 мм/мин температура в центре пакета образовывает 40 °С, а под слоем угля 273 °С. Прочность клеевых соединений в средней части сечения фактически не снизилась.
Следовательно, огнестойкость клееных древесных конструкций более высокая, чем железных.
При огневых опробованиях с температурой 650 °С в течение 1 ч клееные балки сечением 230?700 мм сохраняют 75% площади поперечного сечения. Сперва балки обугливаются со скоростью 0,6 мм/мин, после этого по окончании образования защитного слоя угля скорость обугливания понижается.
Использование антипирированной древесины сокращает скорость обугливания приблизительно в два раза. Экспериментально установлено ширины и оптимальное соотношение высоты поперечного сечения клееных древесных элементов, при котором достигается их громаднейшая огнестойкость.
Полученные эти честны для клееных соединений, не расслаивающихся в начале пожара. При горении конструкций, склеенных карбамидными либо поли-винилацетатными клеями, элементы расслаиваются на отдельные доски, конструкции теряют несущую свойство и сгорают стремительнее.
Термостойкость клеев зависит еще и от метода отверждения клея, степени нагруженности конструкции, влияния воды (при тушении огня). Соединения на клеях тёплого отверждения более термостойки, а скленные ими конструкции лучше сопротивляются действию огня.
В очень сильно нагруженных конструкциях утрата прочности клеевых соединений при нагревании происходит стремительнее. Для увеличения термостойкости клеев их модифицируют элементооргани-ческими соединениями либо вводят негорючие наполнители.
Термостойкость карбамидных клеев возрастает при добавлении мелами-на, резорцина, фурфурола. Эти добавки вводят в готовые клеи либо при синтезе соответствующих клеевых смол.
Рис. 2. График несущей свойстве разных конструкций при пожаре: 1 — алюминиевой; 2 — стальной; 3 — древесной; а — кривая подъема температуры; б — катастрофический уровень несущей свойстве
Соединения на фенольных клеях более огнестойки при наполнении их пылевидным асбестом, кварцевой мукой, алюминиевой пудрой. Огнестойкость соединений на эпоксидном клее увеличивается при добавлении в смолу фосфоакрилата в соотношении 1 : 1 по массе, и модифицировании эпоксидного полимера кремнийоргани-ческими соединениями.
Рис. 3. Распределение температуры по сечению клееного древесного элемента по окончании 45 мин горения при температуре 500 °С
Рис. 4. График для оценки огнестойкости клееных древесных балок по соотношению высоты и ширины их поперечного сечения: А — область достаточной огнестойкости; Б—область низкой огнестойкости
Для увеличения надежности клеевых соединений в комбинированных конструкциях, в особенности чувствительных к действию огня, рекомендуется постановка дополнительных связей — болтов, шурупов, заклепок, использование сварки и пр. Особенно это относится к тонкостенным ограждающим конструкциям, для которых температурное действие на клеевой шов, закрытый обшивкой, возможно большим.
Панели на клееметаллических соединениях по итогам опробований более огнестойки (в 2,5 …5 раза), чем клееные. Так, предел огнестойкости (время до обрушения под нагрузкой 100 Н/м2) панели покрытия с утеплителем из полистирольного пенопласта и обшивкой из асбестоцемента толщиной 10 мм при соединении на клею составил 0,1 ч, а на клееметаллических соединениях — 0,5 ч.
