RU2803699C1 - Пожаротушащий композиционный материал комбинированного действия - Google Patents
Пожаротушащий композиционный материал комбинированного действия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2803699C1 RU2803699C1 RU2022135511A RU2022135511A RU2803699C1 RU 2803699 C1 RU2803699 C1 RU 2803699C1 RU 2022135511 A RU2022135511 A RU 2022135511A RU 2022135511 A RU2022135511 A RU 2022135511A RU 2803699 C1 RU2803699 C1 RU 2803699C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fire extinguishing
- fire
- microencapsulated
- composite material
- combined action
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к первичным средствам пожаротушения, в частности к автономным локальным средствам пожаротушения. Пожаротушащий композиционный материал состоит из микрокапсулированного огнетушащего агента, антипирена и полимерного связующего. Соотношение компонентов комбинированного состава следующее, мас.%: микрокапсулированный перфтор(2-метил-3-пентанон) - 30-50, микрокапсулированная вода - 20-30, антипирен - 1-5, полимерная композиция, содержащая реактопласт и отвердитель-катализатор, - остальное. Обеспечивается эффективное подавление возгорания и отвод тепла. Температура срабатывания, т.е. начала выделения огнетушащих агентов из материала, составляет не менее 130°С. 1 табл.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области пожаротушения, а именно, к автономным средствам пожаротушения, применяющимся для локального подавления возгораний. Изобретение относится к термоактивирующимся микрокапсулированным огнетушащим веществам (терма-ОТВ) согласно СП 5.13130.2009.
Данное изобретение может быть использовано для подавления возгорания и предотвращения теплового разгона литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) или устройств и оборудования, составной частью которых являются ЛИА (легковые электромобили, легкие коммерческие автомобили, электробусы, маневровые электролокомотивы, стационарные системы накопления, источники бесперебойного питания, спец.техника, телекоммуникационное оборудование пр.), а также иного ценного электронного и электротехнического оборудования.
Пожаротушащий материал комбинированного действия представляет собой полимерный композит, содержащий микрокапсулированные огнетушащие агенты, которые обеспечивают активное газовое пожаротушение и поглощение тепловой энергии в зоне горения. Свойства пожаротушащего материала комбинированного действия позволяют использовать их в составе оборудования и устройств, где использование стандартных средств пожаротушения технически невозможно или нецелесообразно.
Уровень техники
Автономные локальные средства пожаротушения позволяют оперативно ликвидировать возгорание на ранней стадии, предотвратить распространение огня и продуктов горения, минимизировать потери дорогостоящего оборудования в результате инцидента.
Известны различные огнегасящие полимерные композиционные материалы (RU 2631864 опубл. 27.09.2017, KR 102123571 опубл. 16.06.2020) и изделия на их основе (RU 2751397 опубл. 13.07.2021, KR 102123659 опубл.16.06.2020), которые являются автономными средствами пожаротушения и содержат жидкие или газообразные галогенсодержащие огнетушащие агенты в микрокапсулированном виде. Данные материалы эффективны для тушения возгораний на ранней стадии пожара за счет расположения в непосредственной близости от источника возгорания, однако характеризуются одним единственным механизмом подавления горения - химическое ингибирование реакций горения. [Андросов А. С., Бегишев И. Р., Салеев Е. П. Теория горения и взрыва. Академия ГПС МЧС, 2015, - 248с. Wu Xu, Yong Jiang and Xingyu Ren. Combustion promotion and extinction of premixed counterflow methane/air flames by C6F12O fire suppressant // Journal of Fire Sciences. Vol.34, 2016].
Для ряда областей применения, необходимо не только подавить возгорание за счет ингибирования цепных реакций горения, но и отвести или поглотить значительного количество тепловой энергии. В качестве примера можно привести возгорание ЛИА. При наступлении нештатной ситуации (перегрев, механическое повреждение, перезарядка или переразрядка, брак при производстве, зарядка на высоких токах и пр.) в элементарной ячейке протекают автокаталитические экзотермические реакции (тепловой разгон), являющиеся причиной возгорания и детонации. При этом возгорание в одной ячейке приводит к перегреву соседних ячеек и их цепному воспламенению [Peiyi Sun et al. A Review of Battery Fires in Electric Vehicles // Fire Technology, Vol. 56, 2020]. На начальном этапе возгорания, на уровне ячейки и модуля ЛИА используются только пассивные системы защиты, а эффективные методы активного пожаротушения и охлаждения используются исключительно на уровне конечного устройства, что не позволяет предотвратить тепловой разгон и возгорание локально и оперативно, что приводит к объемному пожару и потере всего оборудования или устройства. Поэтому разработка автономных локальных средств пожаротушения с комбинированным механизмом подавления возгораний, одновременным химическим ингибированием реакций горения и отводом тепла является актуальной задачей.
Известно комбинированное автономное средство пожаротушения, содержащее полимерное связующее и микрокапсулированный огнетушащий агент, включающий в каждой микрокапсуле газ-носитель, флегматизатор горения и ингибитор горения (RU 2616943 опубл. 18.04.2017). При этом в качестве флегматизаторов горения используются галогенсодержащие вещества, в качестве ингибитора горения - органические соединения металлов переменной валентности (железо, хром, марганец, ванадий, молибден). Недостатком данного изобретения является то, что комбинированный состав характеризуется единственным механизмом действия и не приводит к значительному охлаждению зоны горения.
В исследовании [Dongxu Ouyang et all. A Review on the Thermal Hazards of the Lithium-Ion Battery and the Corresponding Countermeasures // Applied Sciences. Vol.9, 2019] показано, что среди огнетушащих агентов самыми эффективными для подавления теплового разгона и возгорания ЛИА являются галогенсодержащие соединения (например, разрешенные к применению Монреальским протоколом фреоны (Novec 1230 (FK-5-1-12) и HFC-227ea) и тонкораспыленная вода. Это связано с тем, что на на начальной стадии пожар в ЛИА классифицируются как типа A, В и С [FIA Guidance Document - Guidance on Li Ion Battery Fires. Ver.1, 2020]. Именно вода и галогенсодержащие соединения обеспечивают комбинированный и одновременно синергетический эффект.
Известно комбинированное огнетушащее средство на основе микроэмульсий вода-пав-галогеноуглеводород (RU 2686197 опубл. 24.04.2019). Данное средство включает два типа огнетушащих вещества: воду и галогенсодержащие соединения (иодгептафторпропан или тетрафтордибромэтан). Вода в данном изобретении доставляется к очагу возгорания в тонкораспыленном виде и образуется за счет разрушения микроэмульсии под действием температуры. Похожие результаты были опубликованы в работе [Yusuke Koshiba et all. Oil-in-water microemulsion containing ferrocene: A new fire suppressant // Fire Safety Journal. Vol. 98, 2018], в которой продемонстрировано, что микроэмульсии обладают более высокой способностью тушить пожары и требуют меньшего количества огнетушащего агента. Однако, данное изобретение относится к пожаротушащим составам и не может быть использовано в виде индивидуального автономного средства пожаротушения. Для его подачи в очаг возгорания и хранения требуется дополнительное оборудование.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является изобретение, описанное в патенте (RU 2702566С1, опубл. 08.10.2019) (прототип). В данном изобретении представлен пожаротушащий полимерный композиционный материал, основными компонентами которого являются микрокапсулированный огнетушащий агент (в количестве от 52 до 90 масс. %) и антипиреновая композиция (1-5 масс. %) для предотвращения горения. В качестве огнетушащего агента используются фторкетоны, и/или фторэфиры и/или фторйодуглеводороды или их смеси в различных массовых соотношениях.
Данное изобретение эффективно для автономного локального пожаротушения, и обеспечивает импульсную эмиссию огнетушащих агентов, а вещества, которые содержатся в его составе химически подавляют горение (галогенсодержащие соединения и полифосфат аммония). Использование галогенсодержащих соединений в жидком виде обеспечивает частичный отвод тепла за счет их нагрева до температуры срабатывания и фазового перехода в газообразное состояние, однако такой эндотермическими эффект характеризуется невысокими значениями (к примеру, 95 Дж/г для перфторкетона ФК-5-1-12 (Novec 1230). Как отмечалось выше, для отвода тепла и охлаждения эффективнее использовать вещества с высокими значениями теплового эффекта испарения, например, воду, теплота испарения которой составляет 2442 Дж/г., в том числе в микрокапсулированном виде.
Авторами ряда работ показано [Xiaomin Ni et all. Application of Water@Silica Core-Shell Particles for Suppressing Gasoline Pool Fires // Journal of Hazardous Materials. Vol. 341, 2018. Патент RU 2557517 опубл. 20.07.2015], что использование воды в микрокапсулированном виде позволяет значительно сократить ее объемы при тушении пожара, увеличить площадь покрытия включая несколько источников возгорания и приводит к уменьшению времени их ликвидации. Вода попадает в очаг возгорания в виде маленьких частичек, так как размер микрокапсул воды составляет 50-300 мкм. Микрокапсулирование воды позволяет использовать воду в тонкораспыленном виде без дополнительных устройств и оборудования.
Поэтому в настоящем изобретении описано автономное средство пожаротушения - композиционный материал комбинированного действия, содержащий микрокапсулированные галогенсодержащие соединения и микрокапсулированную воду. Заключение в оболочку огнетушащих агентов с одной стороны, позволяет полностью изолировать вещество ядра на стадии хранения и переработки, даже при температурах, превышающих температуры их кипения, с другой обеспечивает импульсное вскрытие микрокапсул и выброс (эмиссию) огнетушащего агента в узком временном и температурном интервале для быстрого достижения его локальной пожаротушащей концентрации. [Vilesov A. D. et all. Microencapsulated fire-extinguishing fluids and reactive fire-extinguishing composites formed on their basis // Polymer Science Series A. Vol.54, 2012]. Микрокапсулирование галогенсодержащих соединений и воды дает возможность использовать их в газообразном и тонкораспыленном виде без дополнительного оборудования (баллоны под давлением, спринклеры, сенсоры и пр.).
Раскрытие сущности изобретения
Техническим результатом предлагаемого изобретения является пожаротушащий композиционный материал комбинированного действия для автономного локального пожаротушения, содержащий микрокапсулированные огнетушащие агенты в количестве от 50 до 80%, за счет которых происходит эффективное подавление возгорания и отвод тепла. Температура срабатывания (начала выделения огнетушащих агентов из материала) составляет на менее 130°С.
Для достижения указанного технического результата в настоящем изобретении предложен состав полимерного композиционного материала комбинированного действия, содержащего микрокапсулированные огнетушащие агенты, антипиреновую композицию и полимерное связующее при следующих соотношениях компонентов, масс. %:
микрокапсулированный перфтор(2-метил-3-пентанон) | 30-50 |
микрокапсулированная вода | 20-30 |
антипирен | 1-5 |
полимерная композиция, содержащая реактопласт и отвердитель-катализатор |
остальное |
Согласно изобретению, в качестве огнетушащих агентов используется комбинация двух типов микрокапсулированых огнетушащих агентов, отличающихся механизмом тушения пожара. Первый - галогенсодержащие соединение перфтор(2-метил-3-пентанон), второй - деионизированная вода. Особенность комбинации перечисленных микрокапсулированных огнетушащих агентов заключается в том, что они обеспечивают активное газовое пожаротушение за счет ингибирования реакций горения и поглощают тепловую энергию за счет значительного эндотермического эффекта нагрева и испарения воды.
Согласно изобретению, материал выполнен на основе полиэфирных, эпоксидных, кремнийорганическиих, полиуретановых, полиимидных реактопластов. Условия их отверждения обеспечивают равномерное распределение огнетушащего агента и антипирена в материале.
Согласно изобретению, температура срабатывания (начала эмиссии огнетушащих агентов из материала в зону горения) составляет не менее 130°С, что обеспечивает выход огнетушащих агентов в газообразном виде и возможность эксплуатации пожаротушащего материала в широком температурном интервале.
Согласно изобретению, утечка (потеря) огнетушащего агента при хранении и эксплуатации до начала активной стадии эмиссии не должна превышать 0,5% при температуре 90°С в течение 90 дней.
Согласно изобретению, материал содержит антипирен на основе фосфорсодержащих веществ и ингибиторов из ряда оксидов, гидроксидов, пероксидов металлов, использующихся для предотвращения вторичного горения материала. При этом количество антипирена составляет 10% от массы реактопласта.
Согласно изобретению, время подавления модельного очага пожара составляет 10 секунд, определенное на основании ГОСТ Р 56459-2015.
Осуществление изобретения
Примеры составов пожаротушащего полимерного композиционного материала комбинированного действия приведены ниже.
Пример 1. Получение пожаротушащего композиционного материала комбинированного действия на основе полиэфирной смолы, содержащей микрокапсулированные огнетушащие агенты - перфтор(2-метил-3-пентанон) и деионизированную воду и антипирен.
В 27 г ортофталатной полиэфирной смолы добавляют 40 г. микрокапсул перфтор(2-метил-3-пентанона) и 30 г. микрокапсул деионизированной воды, и 3 г. смеси полифосфата аммония и гидроксида магния. Смесь перемешивают в течении 1 часа для равномерного распределения наполнителя в полимерном связующем, после чего добавляют 2 масс. % отвердителя пероксида метилэтилкетона в изометилфталате, выдерживают смесь 15 минут и добавляют 4 масс. % ускорителя октоата кобальта. Далее смесь выливают в форму, вакуумируют в течение 10 минут для удаления воздуха и выдерживают 24 часа при температуре 60°С до полного отверждения. Полученный материал содержит 40 масс. % микрокапсулированного перфтор(2-метил-3-пентанона) и 30 масс.% микрокапсулированной деионизированной воды.
Температуру начала эмиссии огнетушащих агентов и величину эндотермического эффекта определяли по результатам синхронного термического анализа (скорость нагрева 10 К/мин).
Утечку огнетушащего агента из пожаротушащего полимерного композиционного материала определяют выдержкой его в климатическом шкафу в течении 90 дней при температуре 60°С.
Время подавления модельного очага пожара пожаротушащего полимерного композиционного материала определяли на основе с ГОСТ Р 56459-2015. Модельная испытательная камера представляла собой металлический короб размерами 395 х 310 х 220 мм, выполненный из листовой стали толщиной 1 мм. Передняя стенка выполнена из прозрачного закаленного стекла. В качестве модельного очага пожара использовали модельное топливо - гептан (CAS 142-82-5), размещенное в цилиндрической емкости диаметром 60 мм и высотой 30 мм. Модельная пожарная нагрузка для испытаний не использовалась.
Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1 Характеристики пожаротушащих композиционных материалов комбинированного действия |
||||||
Пример № |
Содержание компонентов ГОА/ДВ/А*, масс. % |
Температура эмиссии, °C | Эндотермический эффект, Дж/г | Утечка, % при температуре 90°C | Время подавления модельного очага пожара | Выводы |
1 | 40/30/3 | 132±2 | 970 | 0,5 | 9 | Высокий синергетический эффект |
2 | 30/20/5 | 132±2 | 622 | 0,4 | 10 | Синергетический эффект |
3 | 50/30/2 | 133±2 | 830 | 0,5 | 8 | Высокий синергетический эффект |
4 | 50/20/3 | 132±2 | 690 | 0,5 | 8 | Синергетический эффект |
5 | 30/30/4 | 136±2 | 935 | 0,4 | 10 | Высокий синергетический эффект |
6 | 40/20/4 | 135±3 | 660 | 0,4 | 8 | Синергетический эффект |
7 | 50/35/1,5 | 140±3 | 1025 | 1,5 | 10 | Высокая утечка и плохие физико-механические свойства материала |
8 | 20/20/6 | 132±2 | 523 | 0,8 | Более 30 сек | Не соответствует заявленным характеристикам |
9 | 10/30/6 | 140±2 | 830 | 1,2 | Более 30 сек | Не соответствует заявленным характеристикам |
*где ГОА - галогенсодержащий огнетушащий агент, ДВ - деионизированная вода, А - антипирен
Пример 2. Состав по Примеру 1 отличающийся тем, что масса микрокапсул перфтор(2-метил-3-пентанона) составляет 30 г., микрокапсул деионизированной воды 20 г., антипирена 5 г. Характеристики пожаротушащего композиционного материала комбинированного действия приведены в таблице 1.
Пример 3. Состав по Примеру 1 отличающийся тем, что масса микрокапсул перфтор(2-метил-3-пентанона) составляет 50 г., антипирен 2 г. Характеристики пожаротушащего композиционного материала комбинированного действия приведены в таблице 1.
Пример 4. Состав по Примеру 1 отличающийся тем, что масса микрокапсул перфтор(2-метил-3-пентанона) составляет 50 г., микрокапсул деионизированной воды 20 г. Характеристики пожаротушащего композиционного материала комбинированного действия приведены в таблице 1.
Пример 5. Состав по Примеру 1 отличающийся тем, что масса микрокапсул перфтор(2-метил-3-пентанона) составляет 30 г., микрокапсул деионизированной воды 30 г., антипирен 4 г. Характеристики пожаротушащего композиционного материала комбинированного действия приведены в таблице 1.
Пример 6. Состав по Примеру 1 отличающийся тем, что масса микрокапсул деионизированной воды 20 г., антипирен 4 г. Характеристики пожаротушащего композиционного материала комбинированного действия приведены в таблице 1.
Пример 7. Состав по Примеру 1 отличающийся тем, что масса микрокапсул перфтор(2-метил-3-пентанона) составляет 50 г., микрокапсул деионизированной воды 35 г., антипирен 1,5 г. Характеристики пожаротушащего композиционного материала комбинированного действия приведены в таблице 1.
Пример 8. Состав по Примеру 1 отличающийся тем, что масса микрокапсул перфтор(2-метил-3-пентанона) составляет 20 г., микрокапсул деионизированной воды 20 г., антипирен 6 г. Характеристики пожаротушащего композиционного материала комбинированного действия приведены в таблице 1.
Пример 9. Состав по Примеру 1 отличающийся тем, что масса микрокапсул перфтор(2-метил-3-пентанона) составляет 10 г., микрокапсул деионизированной воды 30 г., антипирен 6 г. Характеристики пожаротушащего композиционного материала комбинированного действия приведены в таблице 1.
Claims (2)
- Пожаротушащий композиционный материал, состоящий из микрокапсулированного огнетушащего агента, антипирена и полимерного связующего, отличающийся тем, что содержит комбинированный состав огнетушащих агентов при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
-
микрокапсулированный перфтор(2-метил-3-пентанон) 30-50 микрокапсулированная вода 20-30 антипирен 1-5 полимерная композиция, содержащая реактопласт и отвердитель-катализатор остальное
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2803699C1 true RU2803699C1 (ru) | 2023-09-19 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109675245A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-26 | 浙江华神消防科技有限公司 | 清洁型灭火剂及其灭火装置 |
WO2019135711A1 (en) * | 2018-01-03 | 2019-07-11 | Agency For Science, Technology And Research | A fire extinguishing formulation for dry powder fire-extinguishers and method of producing the formulation |
RU2702566C1 (ru) * | 2018-10-12 | 2019-10-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Делси" | Микрокапсулированный огнегасящий агент и способ получения микрокапсулированного огнегасящего агента |
KR102133958B1 (ko) * | 2019-11-13 | 2020-07-15 | 주식회사 지에프아이 | 캡슐화된 소화 약제를 포함하는 소화 복합 재료의 제조 방법 |
RU2755716C1 (ru) * | 2020-05-25 | 2021-09-20 | Александра Анатольевна Серцова | Пожаротушащий полимерный композиционный материал |
RU215779U1 (ru) * | 2022-08-19 | 2022-12-26 | Наталья Владиславовна Колупаева | Устройство пожаротушения на основе термоактивируемого газовыделяющего огнетушащего вещества |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019135711A1 (en) * | 2018-01-03 | 2019-07-11 | Agency For Science, Technology And Research | A fire extinguishing formulation for dry powder fire-extinguishers and method of producing the formulation |
RU2702566C1 (ru) * | 2018-10-12 | 2019-10-08 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Делси" | Микрокапсулированный огнегасящий агент и способ получения микрокапсулированного огнегасящего агента |
CN109675245A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-26 | 浙江华神消防科技有限公司 | 清洁型灭火剂及其灭火装置 |
KR102133958B1 (ko) * | 2019-11-13 | 2020-07-15 | 주식회사 지에프아이 | 캡슐화된 소화 약제를 포함하는 소화 복합 재료의 제조 방법 |
RU2755716C1 (ru) * | 2020-05-25 | 2021-09-20 | Александра Анатольевна Серцова | Пожаротушащий полимерный композиционный материал |
RU215779U1 (ru) * | 2022-08-19 | 2022-12-26 | Наталья Владиславовна Колупаева | Устройство пожаротушения на основе термоактивируемого газовыделяющего огнетушащего вещества |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Luo et al. | Research and development of fire extinguishing technology for power lithium batteries | |
Xu et al. | Experimental study of the effectiveness of three kinds of extinguishing agents on suppressing lithium-ion battery fires | |
AU2021102630A4 (en) | Novel high-efficiency composite fire extinguishing agent and preparation thereof | |
Liu et al. | Experimental study on the efficiency of dodecafluoro-2-methylpentan-3-one on suppressing lithium-ion battery fires | |
Rao et al. | Study of fire tests and fire safety measures on lithiumion battery used on ships | |
KR101184790B1 (ko) | 자립형 소화장치 | |
CN110935128B (zh) | 一种防火降温水凝胶及其制备方法 | |
CA2799780C (en) | Method of protecting battery cells and batteries which contain battery cells and protected battery cells and batteries which contain battery cells | |
KR20140005236A (ko) | 복수의 전기화학 에너지 저장 장치로 이루어진 배터리 | |
CN111420336A (zh) | 锂离子电池热失控燃爆安全防控方法及装置 | |
WO1993015793A1 (en) | Fire extinguishing method and apparatus | |
CN113426059B (zh) | 一种适用于扑灭锂离子电池火灾的有机/无机杂化核壳结构灭火剂及其制备方法 | |
Zhang et al. | A review of fire-extinguishing agents and fire suppression strategies for lithium-ion batteries fire | |
CN105977521A (zh) | 一种高安全性锂离子电池 | |
US20220016459A1 (en) | Aerosol fire suppression materials, systems and methods of implementation | |
Zhang et al. | Experimental investigation on suppression of thermal runaway propagation of lithium-ion battery by intermittent spray | |
RU2803699C1 (ru) | Пожаротушащий композиционный материал комбинированного действия | |
CN116020078A (zh) | 环保型灭火微胶囊的制备及其应用 | |
CN113262420B (zh) | 一种针对锂电池的灭火剂及其制备方法和用途 | |
CN106964098A (zh) | 一种复配协同型a、b、e类水系灭火剂的制备方法 | |
Zhang et al. | Experimental study on suppression of thermal runaway in lithium-ion battery by mixed particle size water mist | |
Lesiak et al. | Methods used to extinguish fires in electric vehicles | |
Han et al. | Experimental investigation of fire extinguishing of a full-size battery box with FK-5-1-12 | |
CN208823844U (zh) | 灭火装置及灭火系统 | |
Burch et al. | Lithium-ion battery fire suppression in submarine battery compartments |