ПОЖЕЖОБЕЗПЕЧНІ СКЛОПЛАСТИКИ ДЛЯ ІНТЕР’ЄРУ ПАСАЖИРСЬКИХ ЛІТАКІВ (огляд)
Електронний науковий журнал "ПРАЦІ ВІАМ"
ФЕДЕРАЛЬНЕ ДЕРЖАВНЕ УНІТАРНЕ ПІДПРИЄМСТВО "ВСЕукраїнський НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ АВІАЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ" ДЕРЖАВНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР Укаїни<2
Авторизація
Наведено відомості про розроблені у ВІАМ склопластиках, що застосовуються в інтер'єрі пасажирських літаків. Вказано основні вимоги щодо пожежної безпеки до таких матеріалів. Розглянуто методики визначення горючості та димоутворення полімерних матеріалів. Наведено основні характеристики пожежобезпечних матеріалів на основі різних типів сполучних та скляних наповнювачів. Описано технологію виготовлення панелей інтер'єру різної кривизни методом «crushcore».
Основним елементом інтер'єру сучасних пасажирських літаків є тришарові стільникові конструкції, що пояснюється поєднанням у них досить високої міцності та жорсткості з низькою щільністю у порівнянні з традиційними монолітними матеріалами. Найважливішими вимогами до таких панелей за Авіаційними правилами АП-25 є низьке тепловиділення, негорючість і слабке димоутворення. Це пов'язано з тим, що, згідно зі статистикою, у разі аварійної посадки до 40% людей гинуть від термічних травм та отруєння продуктами горіння та димоутворення [1, 2].
У нашій країні завдання створення пожежобезпечних склопластиків та тришарових конструкцій для інтер'єрів салонів пасажирських літаків стало особливо актуальним у 70-х роках минулого століття при створенні широкофюзеляжних пасажирських літаків, здатних перевозити 350 і більше пасажирів. Спочатку вирішувалося завдання зниження горючості матеріалів без урахування їх димоутворюючої здатності та тепловиділення при горінні. Так, у 1973 р. буврозроблено метод оцінки горючості матеріалів та випущено ОСТ 1 90094–73 «Полімерні матеріали. Метод визначення горючості декоративно-оздоблювальних та конструкційних матеріалів». За рівнем горючості матеріали були класифіковані такі групи:
1-а група - важкозгоряючі авіаційні матеріали - зразок такого матеріалу при випробуванні протягом 12 с у вертикальному положенні в стандартному полум'ї після виносу з полум'я не горить, не тліє і має середню довжину частини, що обгорнулася, не більше 170 мм, горіння крапель, що випали, не більше 3 с;
2-а група - самозагасні авіаційні матеріали - при аналогічних випробуваннях на горючість зразки після видалення полум'я повинні мати залишкове горіння не більше 15 с, середню довжину частини, що обугнулася, не більше 170 мм, а горіння крапель, що випали, повинно тривати не більше 5 с;
3-я група - повільнозгоряючі авіаційні матеріали - швидкість поширення стандартного полум'я при випробуваннях на пальне після впливу на горизонтально розташований зразок не більше 60 мм за хвилину;
4-а група – згоряючі матеріали, зразки яких при випробуваннях не відповідають вимогам до перших трьох груп [3, 4].
При прогнозуванні розвитку пожежі важливо враховувати швидкість виділення тепла, особливо у замкнутих обсягах, оскільки це дозволяє оцінити такі показники, як швидкість поширення полум'я за матеріалами, зміна розміру вогнища пожежі, підвищення температури у замкнутому просторі, а отже, оцінити допустимий час евакуації, витрата коштів на гасіння пожежі.
У ВІАМ були розроблені тришарові конструкції на основі паперового стільникового заповнювача типу Nоmex, обшивок зі склотканин марок Т-45(П)-76, Т-15(П)-76 з порожнистих скляних волокон та епоксиізоціанатного.сполучного ЕП-2МК [5]. На підприємстві ОНВП «Технологія» було організовано виробництво полімерного сотопласту ПСП-1 із вітчизняної сировини – фенілонового паперу. Декоративне оздоблення панелей інтер'єру забезпечували спеціальними плівками марки ПДОАЗ-25. Маса таких панелей становила 2,0–2,6 кг/м 2 і вони повністю забезпечували вимоги, що висуваються в той час за горючістю до панелей інтер'єру літаків Іл-86, Ту-154, Ту-134, Як-40 і Як- 42 [6, 7].
З накопиченням досвіду застосування вогнезахисних матеріалів з'ясувалося, що багато антипіренів, знижуючи горючість матеріалів, одночасно суттєво збільшують виділення диму та токсичних речовин. Тому в 1975 р. було розроблено метод оцінки димоутворюючої здатності авіаційних неметалевих матеріалів та випущено ОСТ 1.90178–75, перетворений надалі на ГОСТ 24632–81 «Полімерні матеріали. Метод визначення димоутворення». Сутність методу полягає у вимірюванні інтенсивності світлового потоку, що проходить через задимлений простір у герметичній камері при термічному розкладанні зразка.
Надалі для виготовлення деталей інтер'єру (багажні полиці, перегородки, панелі та ін.) були розроблені склопластики, що важко згоряються, і мікросферостеклотекстоліти на основі самозагасаючого сполучного ЕДТ-69Н [8].
У 80-ті роки посилилися вимоги щодо пожежної безпеки літаків. До основних вимог, що висуваються до конструкційних матеріалів, що використовуються для внутрішньої декоративної обробки салонів пасажирських літаків, за АП-25 додалася вимога за рівнем тепловиділення [8, 9]. При цьому максимальна швидкість тепловиділення та загальна кількість тепла за 2 хв не повинна перевищувати 65 кВт/м 2 та 65 кВт·хв/м 2 відповідно.
У ВІАМ розроблено вітчизняне фенольне сполучнеФП-520, що має подібні хіміко-технологічні властивості із зарубіжними аналогами. Це сполучна дозволяє виготовляти стільникові панелі, що відповідають вимогам АП-25 з тепловиділення. Панелі інтер'єру з обшивками зі склопластику на основі фенольного сполучного ФП-520 та полімерних сот ПСП-1 використовують в даний час на пасажирських літаках Ту-204, Ве-200 та Іл-96. Однак у матеріалів СТ-520 і МСТ-9П на основі сполучного ФП-520 існують недоліки - це великий розкид значень тепловиділення (від 60 до 119 кВт/м 2 ) та низька міцність при відриві обшивок від сот (1,85 МПа). Для отримання якісного інтер'єру потрібна міцність 2,0–2,5 МПа. Тому на початку 2000-х років у ВІАМ проведено роботи з модифікації фенольного сполучного ФП-520 гідроксидом алюмінію [10, 11].
Основними перевагами модифікованого гідроксидом алюмінію склопластику марки СТ-ФПР-520Г у порівнянні з попередніми немодифікованими матеріалами є низьке та стабільне тепловиділення по всій площі панелей та підвищена міцність при відриві обшивок від сот.
Так, при товщині 2 мм склопластик марки СТ-ФПР-520Г має максимальну швидкість виділення тепла 53 кВт/м 2 , що в 2 рази нижче за аналогічну характеристику для склопластику без гідроксиду алюмінію (119 кВт/м 2 ), а при товщині 4 мм швидкість виділення тепла ще менше і дорівнює 29 кВт/м2. Загальна кількість тепла, що виділилося, за перші 2 хв у склопластиків товщиною 2–4 мм становить 5 кВт·хв/м 2 , замість 61 кВт·хв/м 2 у немодифікованих матеріалів. Склопластики на основі модифікованого сполучного використовували для виготовлення конструкцій інтер'єру літака Ту-214.
Для виготовлення склопластикових деталей та обшивок тришарових стільникових панелей інтер'єру (у тому числі для виготовленихбезклеєвим методом) у ВІАМ розроблений склопластик марки ВВС-39П на основі порожнистої склотканини Т-15(П)-76 та фенолформальдегідного сполучного РС-Н. Дане сполучне є висококонцентрованим розчином рідких олігомерів резольного і новолачного типу, у складі якого не міститься гостродефіцитних і екологічно небезпечних фосфоровмісних інгібіторів горіння [12].
Тришарові стільникові конструкції на основі полімерної сотопанелі заввишки 10 мм марки ПСП-1-2,5-48 з обшивками з двох шарів склопреги на основі склотканини Т-15(П)-76 та сполучного РС-Н мають наступні показники: швидкість виділення тепла – до 23 кВт/м 2 , загальна кількість тепла, що виділилося за перші 2 хв - до 2 кВт · хв / м 2 , по горючості матеріал відноситься до класу самозагасних, а міцність при відриві обшивок від сот становить 2,3 МПа [13]. У табл. 1 представлені основні міцнісні та пожежобезпечні властивості склопластикових панелей для інтер'єру на основі фенолформальдегідних сполучних марок ФП-520, ФП-520Г та РС-Н із стільниковим заповнювачем ПСП-1-2,5-48 (h=10 мм).
Властивості склопластикових панелей інтер'єру