Efektywność działania silikonowych powłok ogniochronnych

• Autorzy: Dębska D. , Fiertak M.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.37.1.2015.4

Warianty tytułu

EN

The Effectiveness of Silicone Fire Retardant Coatings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cel: W artykule omówiono rodzaje powłok ochronnych stosowanych do zabezpieczenia budowlanych konstrukcji stalowych oraz przedstawiono wyniki przeprowadzonych badań, których celem była ocena efektywności i sposobu działania powłok silikonowych stanowiących zabezpieczenia żaroodporne stopów żelaza. Metody badań: Badaniami objęto określenie wpływu wysokiej temperatury oraz bezpośredniego oddziaływania ognia na zmianę grubości powłok. Oddziaływanie wysokiej temperatury realizowano w piecu firmy Nabertherm zaopatrzonym w elektroniczny układ sterowania przyrostu i spadku temperatury. Obraz zmian wyglądu powierzchni powłok rejestrowano w mikroskopie optycznym Zeiss Stereo Discovery v20. W celu określenia zmian stężeń pierwiastków wchodzących w skład powłok, powstałych w trakcie wygrzewania próbek w piecu oraz przy bezpośrednim działaniu ognia, elementy poddano ocenie w mikroskopie skaningowym z emisją polową firmy FEI Nova NanoSEM 200 zaopatrzonym w sondę rtg. Prezentowane wyniki dotyczą powierzchniowej analizy rozkładu stężeń pierwiastków w badanych powłokach. Wyniki: Przeprowadzone badania wykazały, że skuteczność ochronna badanych powłok silikonowych jest zróżnicowana. Lakier silikonowy wykazuje większą zdolność ochronną zarówno w warunkach działania otwartego ognia, jak i obciążenia termicznego związanego z wygrzewaniem wysokotemperaturowym. Badane pokrycia silikonowe należą do powłok wolno rozprzestrzeniających ogień, które chronią podłoże stalowe, nie wykazując istotnych zmian grubości warstw ochronnych. W przypadku farby silikonowej obniżenie grubości wynosi od 13% do 20% odpowiednio dla 500 i 820°C. Lakier silikonowy, zastosowany jako pokrycie powierzchni stali, zmienia w tych samych warunkach temperaturowych grubość w granicach 13–51%. W warunkach działania otwartego ognia zmiany grubości są znacznie mniejsze i wynoszą od 9% (farba) do 5% (lakier). Obniżenie średnich grubości powłok związane jest z częściowym topieniem się i sublimacją składników pokrycia, w wyniku czego zahamowany zostaje strumień ciepła docierający do chronionej powierzchni. W składzie badanych materiałów występują istotne różnice przejawiające się w analizie powierzchniowej rozkładu pierwiastków. Różnice te dotyczą głównie zawartości glinu, żelaza i węgla. W farbie zawartość Al wynosi 7%, Fe około 20%, podczas gdy w lakierze – 51% Al i mniej niż 1% Fe. Zawartość węgla jest dwukrotnie większa w farbie (odpowiednio ok. 20% i ok. 10% w lakierze). W wyniku działania ognia główne zmiany dotyczą zawartości węgla w powłokach. Zawartość węgla w farbie maleje 3× (otwarty ogień) do 10× (piec), podczas gdy w przypadku lakieru, niezależnie od rodzaju oddziałania termicznego, zmniejsza się 2,5-krotnie.

EN

Aim: The article describes different types of coverings utilized in the protection of steel building constructions and reveals results from research, designed to assess the effectiveness and behaviour of silicone coatings intended to provide heat resistant protection for steel alloys. Methods: Research was focused on the influence of high temperatures and impact of direct fire on the change in the thickness of protective coating. High temperature tests were performed in a Nabertherm furnace, which was equipped with an electronic temperature control mechanism. Changes to the surface appearance were recorded by an optical microscope, Zeiss Stereo Discovery v20. In order to determine changes in the concentration of coating elements, formed during heating of samples in the furnace and under influence of direct fire, the elements were examined using a scanning electron microscope with a field emission, FEI Company Nova Nanos 200, equipped with an X-ray probe. Results from an analysis of the coating surface revealed a state of decomposition in the concentration of coating elements. Results: The study revealed a variation in protective effectiveness of tested silicone coatings. Silicone varnish presented a greater protective ability in conditions involving direct fire as well as high temperatures in a furnace. Examined silicone coatings belong to a group, which slow down the spread of fire and protect the steel substrate, and do not reveal significant changes to the thickness of the protective layer. In the case of silicone paint a reduction in of the thickness of coatings ranged between 13% and 20% at temperatures of 500°C and 820°C respectively. Silicon varnish, applied as a surface coating for steel, under the same temperature conditions, showed changes in the thickness of 13% and 51% respectively. Action by direct fire caused lesser changes to the thickness of the coating and ranged from 9% (paint) to 5% (varnish). The average decrease in coating thickness was partially associated with the melting as well as sublimation of coating components, whereby the heat flow reaching the protected surface is slowed down. In the make-up of examined material significant differences were identified during analysis of surface decomposition of component elements. These differences were mainly associated with the content of aluminium, iron and carbon. The elements content in the silicone painting were respectively 7% to Al and about 20% to Fe, while the same elements content in the silicone varnish were 51% to Al and less than 1% to Fe. The carbon content was approximately 20% in silicone paint and about 10% in varnish respectively. As a result of direct fire application, the main changes were associated with the carbon content in both types of coating. The carbon content decreased in silicone paint from 3 times (direct fire) to 10 times in case of the furnace heating action. Whereas with silicone varnish, regardless of the type of temperature level, the content was reduced by only 2.5 times.

Słowa kluczowe

PL

stal; powłoka malarska; zabezpieczenie ogniochronne; obciążenie termiczne

EN

steel; paint coating; fire retardant protection; high temperature

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 1
• Strony: 45--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., il.

Twórcy

autor

Dębska D.

• Instytut Materiałów i Konstrukcji Budowlanych, Politechnika Krakowska; Kraków

autor

Fiertak M.

• Instytut Materiałów i Konstrukcji Budowlanych, Politechnika Krakowska; Kraków

Bibliografia

• [1] Biegus A., Czynne i bierne zabezpieczenia ogniochronne konstrukcji stalowych, „Izolacje” Issue 3, 2013, pp. 38–49.
• [2] Nowicka-Nowak M., Powłoki ogniochronne, Chemical online [dok. elektr.] http://chemical. pl/artykuly/chemical-review/6771/powloki-ogniochronne.html [dostęp 9 marca 2006].
• [3] Kopciński R., Konstrukcje stalowe i zabezpieczenie ogniochronne cz. I, Muratorpluspl [dok. elektr.] http://www.muratorplus.pl/technika/konstrukcje/konstrukcje-stalowe-i-zabezpieczenie-ogniochronne-cz-i_61625.html?&page=0 [dostęp 30 czerwca 2014].
• [4] Kopciński R., Konstrukcje stalowe i zabezpieczenie ogniochronne cz. II, Muratorpluspl [dok. elektr.] http://www.muratorplus.pl/technika/konstrukcje/konstrukcje-stalowe-i-zabezpieczenie-ogniochronne-cz-ii_61677.html [dostęp 30 czerwca 2014].
• [5] Maślanka A., Akrylowe i epoksydowe farby ogniochronne, Rynek Farb, 2013 [dok. elektr.] http://www.rynekfarb.pl/akrylowe-i-epoksydowe-farby-ogniochronne/ [dostęp 20 lipca 2013].
• [6] Maślanka A., Rodzaje pożarów i farby ogniochronne, Rynek Farb, 2013 [dok. elektr.] http://www.rynekfarb.pl/rodzaje-pozarow-farby-ogniochronne/[dostęp 08 sierpnia 2013].
• [7] Strona internetowa: www.steel-access.com [dostęp 30 czerwca 2014].
• [8] PN-EN ISO 2178:1998 Powłoki niemagnetyczne na podłożu magnetycznym. Pomiar grubości powłok. Metoda magnetyczna.