temperatury zapłonu tworzyw sztucznych, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania


0x01 graphic

Szkoła Główna Służby Pożarniczej

FIZYKOCHEMIA SPALANIA I WYBUCHÓW

LABORATORIUM

Ćwiczenie nr : 6

Oznaczanie temperatury zapłonu

tworzyw sztucznych

ZSI 28

Imię i nazwisko:

asp.sztab. Piotr Kozłowskirski

st. asp. Stanisław Trocki

asp. Krzysztof Dobrowolski

Pluton I

Prowadzący:

st. kpt. dr M. Półka

Data wykonania:

16.11.2002 r.

Data złożenia:

30.11.2002 r

Ocena :

I. CEL ĆWICZENIA :

Celem ćwiczenia było oznaczenie temperatury zapalenia tworzy sztucznych .

II. CZEŚĆ TEORETYCZNA :

1. Podstawowe pojęcia z dziedziny tworzyw sztucznych .

Tworzywa sztuczne - są to wielocząsteczkowe substancje organiczne ( polimery ) stanowiące podstawowy składnik danego tworzywa. Obok polimerów w tworzywie sztucznym mogą znajdować się wypełniacze , plastyfikatory , barwniki , stabilizatory , antypireny i inne dodatki wprowadzone , na przykład w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej , termicznej , względnie odporności na procesy starzenia lub procesy opóźniające zapoczątkowanie spalania .

Polimery - są to związki wielkocząsteczkowe , których cząsteczki zbudowane są z dużej liczby powtarzających się grup zwanych merami . Substancjami wyjściowymi do otrzymywania polimerów są związki o małym ciężarze cząsteczkowym zwane monowerami .

Rodzaje polimerów :

Polimery ze względu na budowę i zachowanie pod wpływem temperatury dzielą się na: termoplastyczne , termoutwardzalne i chemoutwardzalne .

Polimery termoplastyczne posiadają strukturę liniową lub rozgałęzioną . Ze względu na brak grup funkcyjnych zdolnych do sieciowania nie utwardzają się podczas ogrzewania , zachowując budowę liniową lub rozgałęzioną .

Polimery termoplastyczne mogą być kształtowane wielokrotnie , a ich przerób w wysokich temperaturach nie prowadzi w sposób wyraźny do zaniku plastyczności , ani możliwości do formowania się . Polimery te są rozpuszczalne w rozpuszczalnikach , topią się i płyną .

Polimery termoutwardzalne to tworzywa , w których pod wpływem podwyższonej temperatury następuje nieodwracalny proces powstawania struktury przestrzennie usieciowionej . Struktura ta może być kształtowana tylko jednokrotnie . Polimery te są nierozpuszczalne i nietopliwe po utwardzeniu oraz znacznie mniej elastyczne , bardziej wytrzymałe mechanicznie i odporniejsze na działanie czynników agresywnych chemicznie od polimerów termoplastycznych .

Polimery chemoutwardzalne w przypadku tych polimerów nieodwracalne sieciowanie przebiega w wyniku reakcji chemicznej ze specjalnymi utwardzaczami .

Otrzymywanie polimerów :

Polimery otrzymuje się z monowerów na drodze polimeryzacji ( addycyjnej lub stopniowej ) oraz polimeryzacji polikondensacyjnej ( polikondensacji ) .

Polimeryzacja jest to proces łączenia się wielu cząstek monomeru bez wydzielenia małocząsteczkowych produktów ubocznych .

Polikondensacja jest to proces łączenia się wielu cząstek substancji wyjściowych w związek wielkocząsteczkowy z jednoczesnym wydzielaniem prostego związku małocząsteczkowego jako produktu ubocznego reakcji np. wody H2O , chlorowodoru HCl , amoniaku NH3 .

W związkach wielkocząsteczkowych pod wpływem takich czynników jak energia , zwłaszcza cieplna , oraz utlenianie chemiczne lub działanie czynników agresywnych mogą zachodzić zmiany chemiczne , które spowodują pogorszenie się właściwości fizykochemicznych tworzyw .

Starzeniu polimerów towarzyszą reakcje rozkładu : destrukcja , degradacja i depolimeryzacja .

Destrukcja - w procesie tym następuje nieregularny rozpad polimeru , między innymi do produktów małocząsteczkowych .

Degradacja - w procesie tym zachodzi przypadkowe zmniejszenie masy cząsteczkowej przez rozkład polimeru nie na produkty małocząsteczkowe lecz na fragmenty o dużych , chociaż mniejszych od wyjściowego polimeru ciężarach cząsteczkowych . Metodą degradowania jest np. oddziaływanie mechaniczne - walcowanie .

Depolimeryzacja - jest to reakcja rozkładu , podczas której wydziela się czysty monomer jako produkt rozkładu termicznego związku wielkocząsteczkowego, np. polistyren do styrenu.

Odporność termiczna polimerów .

O podstawowych właściwościach każdego polimeru decyduje przede wszystkim jego masa cząsteczkowa i struktura chemiczna . Przez strukturę polimeru należy rozumieć budowę chemiczną makrocząsteczek , ich przestrzenną konfigurację i wzajemne położenie oraz stopień krystaliczności . Atomy wchodzące w skład makrocząsteczki tworzą łańcuch główny utworzony najczęściej z atomów węgla i przyłączonych do niego podstawników .

Związki wielkocząsteczkowe wykazują różną wytrzymałość łańcucha na rozerwanie i niejednakowo ulegają wpływom temperatury. Jednym z zasadniczych czynników , które wpływają na wielkość rozkładu termicznego jest moc ( energia ) wiązań miedzy atomami .

Na podstawie wartości energii wiązań przyjmuje się , że polimery zbudowane na bazie wiązań wielokrotnych będą bardziej odporne na działanie temperatury niż te z wiązaniami pojedynczymi .

2. Spalanie tworzyw sztucznych .

Spalanie tworzyw sztucznych to proces , który obejmuje wiele przemian fizycznych i chemicznych .

Wyróżnia się trzy podstawowe etapy spalania . Pod wpływem ciepła następuje :

- ogrzewania materiału ,

- rozkład termiczny ( piroliza ) ,

- zapalenie.

Ogrzewanie materiału

Pod wpływem działającego ciepła tworzywa sztuczne ulegają różnym przemianom : mięknięciu , topnieniu lub rozkładowi z wytworzeniem warstwy węgla . Kolejność tych

procesów , poprzedzających wytworzenie fazy lotnej , zależy od właściwości tworzyw.

Różne sposoby wydzielania fazy lotnej jako paliwa z ciała stałego .

0x01 graphic

W większości rodzajów tworzywa odznaczają się małym ciepłem właściwym i złym przewodnictwem ciepła , co powoduje nagrzewanie się ich powierzchni i zachodzenie powolnych przemian w warstwach położonych głębiej .

Rozkład termiczny ( piroliza ) .

Związki wielkocząsteczkowe pod wpływem energii cieplnej i promieniowania ultrafioletowego reagują z tlenem , a także z innymi związkami chemicznymi . Wynikiem tego może być zmiana składu chemicznego , degradacja lub destrukcja . Powstają produkty zdolne do dalszych , reakcji inicjujące reakcje depolimeryzacji . Temperatura i szybkość pirolizy polimeru zależy od jego termicznej stabilności i reakcji chemicznych rozkładu ( tj. depolimeryzacji , destrukcji i degradacji ) występujących w istniejących warunkach .

Aby tworzywo mogło ulec rozkładowi , musi być dostarczona odpowiednia energia , która wystarczy do rozerwania wiązań pomiędzy poszczególnymi atomami , z których związki te są zbudowane .

Rozkład termiczny tworzyw sztucznych jest procesem endotermicznym i nieodwracalnym przebiegającym początkowo pod wpływem dostarczonego ciepła z zewnątrz, a następnie ciepła wytworzonego w czasie spalania .

W trakcie rozkładu termicznego mogą się wydzielać następujące produkty :

- gazy palne lub pary , które spalają się w obecności powietrza ( metan , etan , etylen ) ,

- gazy niepalne lub gazy , które nie palą się w obecności powietrza ( dwutlenek węgla ,

chlorowodór , bromowodór , para wodna ) ,

- ciecze ,

- produkty stałe ( węgiel popiół ) ,

Zapalenie tworzyw sztucznych :

Zapalenie tworzyw sztucznych występuje wówczas , gdy powstałe z rozkładu termicznego gazy osiągają stężenie w zakresie granic zapalności i temperaturę równą

temperaturze zapalenia chociaż jednego składnika . Podtrzymywanie procesu palenia jest zależne od ilości ciepła przekazanego z płomienia do polimeru , od ilości gazów palnych , i od ilości tlenu w otoczeniu .

Czynnikiem wspomagającym który determinuje szybkość spalania jest ciepło spalania . Na zapalność tworzywa ma wpływ zawartość atomów wodoru w cząsteczce polimeru . Im liczba atomów wodoru jest mniejsza , tym mniej palnych gazów wytwarza się w czasie pirolizy , zaś pozostałość stała jest większa .

Mechanizm spalania tworzyw sztucznych zależy od budowy tych tworzyw . Inaczej ulegają spalaniu tworzywa termoplastyczne , inaczej termoutwardzalne .

Spalanie tworzyw termoplastycznych - powstała w wyniku rozkładu termicznego faza lotna ulega zapłonowi i spala się płomieniowo .

Spalenie tworzyw termoutwardzalnych - rozkładają się pod wpływem ciepła z wytworzeniem związków niskocząsteczkowych o różnych stanach skupienia. Podczas zapłonu palna faza lotna zapala się płomieniem , a pozostałość popirolityczna spala się bezpłomieniowo ( tli się ) .

III. STANOWISKO :

Przyrząd do oznaczania temperatury zapalenia tworzyw sztucznych składa się z następującego zestawu :

IV. PRZEBIEG ĆWICZENIA :

Ćwiczenie polegające na oznaczeniu temperatury zapalenia drewna sosnowego przeprowadzono wg. PN - 69 / C - 89022.

Zgodnie z powyższą normą temperatura zapalenia tworzyw sztucznych ( wyrobów celulozopochodnych ) - jest to najniższa temperatura powierzchni grzejnej , przy której gazowe produkty rozkładu termicznego ciała stałego zapałają się płomieniem od punktowego bodźca termicznego np. płomienia .

Temperatura zapalenia jest wielkością stałą dla danego tworzywa i w danych określonych warunkach badania . Jej wartość zależy od : sposobu i szybkości ogrzewania , stopnia rozdrobnienia tworzywa , źródła zapłonu , czasu oddziaływania .

Istota metody polega na ogrzaniu odpowiednio przygotowanej próbki oraz zapaleniu wydzielających się w wyniku rozkładu termicznego ( pirolizy ) gazów .

Za temperaturę zapalenia przyjęto najniższą temperaturę , w której nad wylotem gilzy z trocinami dębowymi zaobserwowano płomień nie znikający przez co najmniej 5 s .

Podczas ćwiczenia trzy stalowe pojemniki ( gilzy ) o znormalizowanych wymiarach napełniono trocinami sosnowymi . Po nagrzaniu aluminiowego bloku do temperatury 273 ° C w otworze na próbki umieszczono metalowy pojemnik , który poddano ogrzewaniu . W wyniku rozkładu termicznego ( pirolizy ) wydzieliły się gazowe palne produkty , które nie uległy zapaleniu Następnie podwyższając temperaturę poddano ogrzewaniu dwie kolejne próbki , zapisując czas ogrzewania oraz wyniki pomiarów. Dopiero w temperaturze 325 ° C wydzieliły się gazowe produkty spalania, które uległy zapaleniu od przyłożonego płomienia.

Otrzymane wyniki odnotowano w tabeli pomiarowej .

Tabela pomiarowa :

Nr próbki

Masa tworzywa

(trociny sosnowe)

[ g ]

Temperatura

[ ° C ]

Temperatura

zapalenia tworzywa

[ ° C ]

1

-

273

brak

2

-

312

brak

3

-

322

325

V. WNIOSKI :

Zgodnie z informacja zawartą w " Katalogu właściwości palnych i termicznych materiałów i wyrobów celulozopochodnych , tworzyw oraz włókien syntetycznych" - temperatura zapalenia ( zapłonu ) produktów rozkładu termicznego drewna sosnowego wynosi 260 ° C .

Za temperaturę zapalenia sosny należy przyjąć najniższą temperaturę przy której próbka pali się stałym płomieniem przez co najmniej 5 s .

Podczas przeprowadzonego doświadczenia zapłon gazowych produktów termicznego rozkładu drewna sosnowego uzyskano w temperaturze 325 ° C. .

Drewno jest materiałem niehomogenicznym nieizotropowym tzn., że jego właściwości w tym wszystkie cechy palności zmieniają się w zależności od kierunku ułożenia włókien . Aby wyeliminować tą cechę w doświadczeniu użyto bardzo silnie rozdrobnione drewno ( trociny ) .

Drewno - jest mieszaniną wysokocząsteczkowych naturalnych polimerów z których najistotniejszymi są : celuloza ( ok. 50 % ) , hemiceluloza ( ok. 25 % ) , lignina ( ok. 25 % ).

Termiczna analiza rozkładu drewna pokazuje , że piroliza podstawowych składników następuje w temp. : hemiceluloza od 200 ° C do 260 ° C, celuloza od 240 ° C do 350 ° C , lignina od 280 ° C do 500 ° C .

Reakcja spalania drewna zachodzi w układzie heterogenicznym tzn. , że obok spalania gazowych produktów rozkładu równolegle przebiega spalanie węgla powstającego podczas spalania . Taki sposób spalania drewna powoduje , że proces spalania materiałów zwęglających się jest bardziej złożony niż proces spalania cieczy i gazów . Ze względu na sposób wykonania doświadczenia , w próbce spala się jedynie faza lotna wydzielająca się w wyniku pirolizy . Skład i objętość fazy lotnej zależy od sposobu prowadzenia rozkładu termicznego , temperatury i szybkości ogrzewania . Jednocześnie w chwili ogrzewania drewna następuje stopniowe zwęglanie powierzchni ( zmiana koloru ) . Rozdrobnienie drewna ułatwia migrację lotnych produktów rozkładu , do których należą niskocząsteczkowe , lotne węglowodory i wodór , które w obecności zewnętrznych źródeł ciepła ulegają zapaleniu i spalaniu . Jest to tzw. płomieniowa faza spalania drewna . Główna masa gazowych produktów rozkładu wydziela się w temp. 200 ° C do 400 ° C .

Różne gatunki drewna cechują się różnymi temperaturami zapłonu np. : lipa - 240 ° C , , buk - 250 ° C , dąb 290 ° C , akacja 300 ° C . Wyznaczona przez nas temperatura dla sosny jest w przybliżeniu porównywalna.

Doświadczenie zostało przeprowadzone prawidłowo, ale nie możemy powiedzieć o jego dokładności. Niestety w wyniku wykonania tylko trzech prób nie możemy zawęzić przedziału temperatury zapalenia i w związku z tym jest on niedokładny.

Przeprowadzone ćwiczenie przekonało nas o zdolności polimerów do zapoczątkowania i rozwoju procesu spalania.

W przypadku ciał stałych, a takimi są tworzywa sztuczne w Rozporządzeniu Ministra Spraw Wewnętrznych z dnia 3 listopada 1992 w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów z późniejszymi zmianami / Dz. U. Nr 102, poz.507 z dnia 21 września 1995 r./.określa się w ξ25.1 temperaturę zewnętrznych powierzchni urządzeń i zasilających je instalacji, z wyłączeniem instalacji elektroenergetycznych, jak również temperatura wtłaczanego do pomieszczenia powietrza, w zależności od rodzaju występujących w obiekcie materiałów, która nie powinna przekraczać / cyt.,,3). w przypadkach pozostałych ciał stałych łatwo zapalnych 2/3 temperatury samozapalenia, wyrażonej w stopniach Celcjusza (0 C)” koniec cytatu /.|



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
temperatury zapłonu tworzyw sztucznych2, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalan
temperatury zapłonu tworzyw sztucznych3, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalan
zapalenie tworzyw sztuczzny, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
zapalenie tworzyw sztucznyc, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
temperatury tworzywa, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
temperatury zapłonu cieczy, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
palności tworzyw sztucznych metoda wskaźnika tlenowego, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizy
zaplon cieczy, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
temperatura tlenia pyłów, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
Zależności, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
ściąga długopis, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
DGW pyłów2, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
dgw par cieczy aceton, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
TEMP ściąga, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
DGW pylow 1, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
palnosc wskaznik tlenowy, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
Badanie dymotwórczości, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
cieplo spalania w bombie, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania
WŁAŚCIWOŚCI dymowtwórcze, SGSP, SGSP, cz.1, fizykochemia splania, Fizykochemia spalania

więcej podobnych podstron