Зависимость огне-термозащитных свойств стирол-акрилового термовспениваемого композиционного материала от соотношения основных компонентов

Для оптимизации огнестойких и термоизолирующих свойств базового огнезащитного термовспениваемого композита (ОТВК) использован метод математического планирования эксперимента, где варьируемыми факторами выбраны основные компоненты рецептурного состава композита: содержание (мас.%) стирол-акрилового связующего, газококсообразующей системы и термовспенивающего агента. С помощью адекватной регрессионной модели полного факторного эксперимента определены оптимальные соотношения компонентов в рецептуре ОТВК, построены поверхности функций отклика (потери массы, максимального приращения температуры при огневых испытаниях, коэффициента объемного вспенивания и относительной деформации сжатия пенококсового остатка), влияющих на огнестойкость композита. Показано, что лучшая по сравнению с исходным ОТВК огнестойкость оптимизированного композита, физико-механические характеристики продуктов термолиза наряду с более высокой термостойкостью вносят существенный вклад в увеличение его термоизолирующей эффективности. 

1. Мельдер, Е. В. Эффективность комбинации интумесцентных покрытий для огнезащиты стальных конструкций / Е. В Мельдер, А. Б. Сивенков // Технологии техносферной безопасности. – 2022. – № 1 (95). – С. 49–65. https://doi.org/10.25257/TTS.2022.1.95.49-65

2. Improving the fire-retardant performance of industrial reactive coatings for steel building structures / L. Vakhitova, K. Kalafat, R. Vakhitov, V. Drizhd // Heliyon. – 2024. – Vol. 10, № 4. – Art. e34729. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e34729

3. Current Advances in Flame-Retardant Performance of Tunnel Intumescent Fireproof Coatings: A Review / G. Tang, C. Shang, Y. Qin, J. Lai // Coatings. – 2025. – Vol. 15, № 1. – P. 1–33. https://doi.org/10.3390/coatings15010099

4. Гаращенко, А. Н. Способы и средства обеспечения требуемых показателей пожаробезопасности конструкций из полимерных композитов (обзор) / А. Н. Гаращенко, А. А. Берлин, А. А. Кульков // Пожаровзрывобезопасность. – 2019. – Т. 28, № 2. – С. 9–30. https://doi.org/10.18322/pvb/2019.28.02.9-30

5. Intumescent compounds for fireproofing of polymer pipelines / V. V. Bogdanova, O. I. Kobets, O. N. Buraya [et al.] // Magazine of Civil Engineering. – 2022. – № 8. – Art. 11607. https://doi.org/10.34910/MCE.116.7

6. Novak, S. Thermal state of steel structures with a combined fire protection system under conditions of fire exposure / S. Novak, V. Drizhd, O. Dobrostan // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2020. – Vol. 3, № 10. – P. 17–25. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.206373

7. Waterborne Intumescent Fire Retardant Polymer Composite Coatings: A Review / Y. Li, C. F. Cao, Z. Y. Chen [et al.] // Polymers. – 2024. – Vol. 16, № 16. – Art. 2353. https://doi.org/10.3390/polym16162353

8. Zubielewicz, M. Trends in the development of intumescent paints for the protection of steel structures and new related with them expectations / M. Zubielewicz, E. Langer, A. Królikowska // Ochrona przed Korozją. – 2021. – № 7. – P. 212–220. https://doi.org/10.15199/40.2021.7.1

9. Effect of binder on performance of intumescent coatings / J. T. Pimenta, C. Goncalves, L. Hiliou [et al.] // Journal of Coatings Technology and Research. – 2015. – Vol. 13. – P. 227–238. https://doi.org/10.1007/s11998-015-9737-5

10. Definition of the thermal and fire-protective properties of ethylene-vinyl acetate copolymer nanocomposites / V. Bessarabov, N. Taran, G. Zagoriy, L. Vakhitova // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2019. – Vol. 1, № 6. – P. 13–20. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.154676

11. Flame Retardant Coatings: Additives, Binders, and Fillers / M. M. S. М. Sabee, Z. Itam, S. Beddu [et al.] // Polymers. – 2022. – Vol. 14, № 14. – P. 2911–2944. https://doi.org/10.3390/polym14142911

12. Dong, F. Smoke Suppression Properties of Fe2O3 on Intumescent Fire-Retardant Coatings of Styrene–Acrylic Emulsion / F. Dong, Q. Song, L. Ma // Coatings. – 2024. – Vol. 14, № 7. – P. 850–863. https://doi.org/10.3390/coatings14070850

13. Влияние природы пленкообразующих агентов на термозащитные свойства вспениваемых композиций / В. В. Богданова, О. И. Кобец, О. Н. Бурая, А. Б. Перевозникова // Горение и взрыв. – 2022. – Т. 15, № 1. – С. 37–46. https://doi.org/10.30826/CE22150105

14. Diaconu, B. Fire Retardance Methods and Materials for Phase Change Materials: Performance, Integration Methods and Applications – A Literature Review / B. Diaconu, M. Cruceru, L. Anghelescu // Fire. – 2023. – Vol. 6, № 5. – Art. 175. https://doi.org/10.3390/fire6050175

15. Богданова, В. В. Влияние каркасообразующих добавок на горючесть, термические свойства и механическую прочность продуктов прогрева термовспениваемых композитов / В. В. Богданова, О. И. Кобец, А. Б. Перевозникова // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология: Композит-2022 : сб. матер. – Энгельс, 2022. – С. 161–165.

16. Mastalska-Popławska, J. Effect of Modified Halloysite/Expandable Graphite Addition on Thermal and Intumescent Properties of the Fire-Resistant Paints for Steel / J. Mastalska-Popławska // Arabian Journal for Science and Engineering. – 2023. – Vol. 48. – P. 16087–16095. https://doi.org/10.1007/s13369-023-07998-0

17. Effect of Dolomite Clay on Thermal Performance and Char Morphology of Expandable Graphite Based Intumescent Fire Retardant Coatings / Q. F. Gillani, F. Ahmad, M. I. A. Mutalib [et al.] // Procedia Engineering. – 2016. – Vol. 148. – P. 146–150. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.505

18. Improved pyrolysis behavior of ammonium polyphosphate-melamine-expandable (APP-MEL-EG) intumescent fire retardant coating system using ceria and dolomite as additives for I-beam steel application / J. B. Zoleta, G. B. Itao, V. J. T. Resabal [et al.] // Heliyon. – 2019. – Vol. 6, № 1. – Art. e03119. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e03119

19. Research progress of carbon-based materials in intumescent fire-retardant coatings: A review. / W. Zhan, Z. Xu, L. Chen [et al.] // European Polymer Journal. – 2024. – Vol. 220. – Art. 113486. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2024.113486

20. Effect of the B : Zn : H2O Molar Ratio on the Properties of Poly(Vinyl Acetate) and Zinc Borate-Based Intumescent Coating Materials Exposed to a Quasi-Real Cellulosic Fire / J. Łopinski, B. Schmidt, Y. Bai [et al.] // Polymers. – 2020. – Vol. 12, № 11. – P. 2542–2556. https://doi.org/10.3390/polym12112542

21. Lucherini, A. Modelling intumescent coatings for the fire protection of structural systems: a review / A. Lucherini, D. de Silva // Journal of Structural Fire Engineering. – 2024. – Vol. 15, № 4. – P. 483–507. https://doi.org/10.1108/JSFE-102023-0038

22. Кузнецова, Д. А. Многофакторная количественная оптимизация огнезащитной эффективности интумесцентных огнезащитных материалов / Д. А. Кузнецова, Н. В. Яшин, В. В. Авдеев // Пожаровзрывобезопасность. – 2024. – Т. 33, № 3. – С. 11–21. https://doi.org/10.22227/0869-7493.2024.33.03.11-21

23. Оптимизация огнестойких и термоизолирующих свойств вспениваемых композитов с привлечением математического планирования эксперимента / В. В. Богданова, О. И. Кобец, А. С. Платонов, А. Б. Перевозникова // Горение и взрыв. – 2023. – Т. 16, № 3. – С. 62–72. https://doi.org/10.30826/CE23160306

24. Зверев, В. Г. Исследование свойств и огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий / В. Г. Зверев, А. В. Теплоухов, А. Ф. Цимбалюк // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2014. – Т. 57, № 8-2. – С. 148–153.

25. Володарский, Е. Т. Планирование и организация измерительного эксперимента / Е. Т. Володарский, Б. Н. Малиновский, Ю. М. Туз. – Киев : Вища школа, 1987. – 280 с.

26. Кононюк, А. Е. Основы научных исследований (Общая теория эксперимента) : в 4 кн. / А. Е. Кононюк. – Киев, 2011. – Кн. 2. – 452 с.