Перспективные пожаробезопасные текстильные материалы для применения в гражданской авиации

Актуальность темы

.

На основании анализа статистики летных происшествий на воздушном транспорте по тяжести последствий можно выделить три основные группы: «не выживаемые», «выживаемые» и «технически выживаемые» (до 90%) происшествия. В «технически выживаемых» происшествиях до 40% людей погибают вследствии отравления токсичными продуктами горения материалов внутренней отделки пассажирского салона, термических травм и проблем при эвакуации.

В настоящее время в конструкции воздушного судна широко применяются различные полимерные материалы. При возникновении пожара они легко воспламеняются и выделяют большое количество тепла и дыма, что является основной причиной гибели людей. Величина пожароопасной нагрузки пассажирской кабины, представляемая полимерными материалами, эквивалентна порядка 3750 кГ авиационного топлива, находящегося среди людей в пассажирском салоне! При прогнозируемом ИКАО ежегодном росте объема авиаперевозок в среднем во всем мире на 4−7%, и сохранении на прежнем уровне безопасности авиаперевозок, то число погибших при пожарах будет возрастать на 4% ежегодно.

Широко распространенным способом снижения горючести материала является его обработка антипиренами. Недостатками такого способа является:

— вымывание антипирена при эксплуатации (химчистка, дезинфекция);

— разрушение образующейся защитной корки в условиях реального пожара (большая продолжительность и мощность теплового воздействия);

— отсутствие заметного влияния на величину полного тепловыделения;

— повышение дымообразования и токсичности продуктов горения.

Применение термически стабильных материалов является приоритетным направлением повышения пожаробезопасности на транспортных системах с ограниченными условиями эвакуации (космические станции, воздушные и морские суда, подземный транспорт). Высокая стоимость современных пожаробезопасных материалов сдерживает их широкое применение в промышленности.

Цель работы состоит в том, что:

— исходя из термо-огнестойких, механических и экономических показателей материалов российского производства: параарамидного (Армос), пара-метаарамидного (Тверлана) и полиимидного (Аримид) полимерных волокон обосновать выбор материала для изготовления основы герметичной оболочки надувного трапа для эвакуации пассажиров самолета;

— разработать проект технических требований к характеристикам герметичного материала оболочки аварийного трапа большого внутреннего обьема для самолета большой пассажировместимости.

Задачи работы состоят в: сопоставлении характеристик тепло-огнестойкости материалов применяющихся в настоящее время для изготовления аварийных надувных трапов российского и зарубежного производствасопоставлении характеристик тепло-огнестойкости параарамидного Армос®-, пара-метаарамидного Тверлана®и полиимидного Аримид®материалов российского производства без покрытия и их экономических показателейсопоставлении и анализе характеристик тепло-огнестойкости материалов Армос®-, Тверлана®-, Аримид®с бутадиеновым покрытием, идентичного покрытию трапов российского производства, а также фторкаучукомоценке влияния материала покрытия на величину тепловыделения герметичного материала на основе термостойкой тканианализе структуры стоимости материалов Армос®-, Тверлана®-, Аримид®-.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые: получены и сопоставлены данные по тепловыделению материалов оболочек аварийных надувных трапов российского и зарубежного производствапроведен сравнительный анализ термических характеристик полимерных волокон Армос®-, Тверлана®-, Аримид®— получены данные по величине тепловыделения термостойких материалов Армос®-, Тверлана®-, Аримид®с бутадиеновым покрытиемвыполнен анализ структуры стоимости термостойких материалов Армос®-, Тверлана®-, Аримид®-.

Практическая значимость работы состоит в следующем: предложен материал основы ткани для изготовления оболочек аварийных трапов большого внутреннего обьема, обладающий оптимальным сочетанием экономических и термо-механических характеристикопределен оптимальный диапазон стоимости пожаробезопасных материалов для широкого примененияразработан проект раздела Квалификационных требований «Характеристики материала оболочки аварийных трапов для эвакуации пассажиров самолета».

На защиту выносятся следующие полученные результаты испытаний: по определению тепловыделения материалов оболочек аварийных трапов российского и зарубежного производствапо определению физико-механических показателей и тепловыделения тканей на основе пара-арамидных, полиимидных и пара-метаарамидных полимерных волокон без покрытияпо определению тепловыделения опытных образцов пара-арамидных, полиимидных и пара-метаарамидных материалов с покрытием, идентичного покрытию оболочек трапов российского производствапо определению тепловыделения полиимидного материала с фторкаучуковым покрытием;

— определения оптимального диапазона стоимости пожаробезопасных материалов для широкого применения;

— проект раздела «Характеристики материала оболочки» общих Квалификационных требований к аварийному трапу.

Апробация работы.

Материалы работы были представлены и обсуждены на:

— Международном симпозиуме по техническому текстилю и нетканным материалам «ТехТекстиль», 24−25 сентября 2003 г., ВВЦ,.

— Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности «Текстиль-2003», 18−19 ноября 2003 г., Ml ТУ им. А. Н. Косыгина,.

— Международной конференции РСХТК «Прорывные, высокие технологии в производстве текстиля: волокна, красители, ТВВ, оборудование», 9−10 декабря 2003 г., Институт химической физики им. Н. Н. Семенова РАН,.

— Направлены тезисы для участия в четвертой международной конференции «Исследования безопасности кабин и пожарной защите самолетов» (Aircraft fire and cabin safety research conference), Лиссабон, Португалия, ноябрь 2004.

1.1 АКТУАЛЬНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЖАРОБЕЗОПАСНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ГРАЖДАНСКОМ САМОЛЕТЕ.

— 1195. ВЫВОДЫ.

5.1 Значительное количество горючих полимерных декоративно-отделочных материалов в конструкции современного воздушного судна определяющих его пожаробезопасность, и тенденция к возрастанию их доли при использовании в качестве конструкционного материала, говорит о необходимости применения термически стабильных материалов.

5.2 Применение антипиренов в условиях реального пожара достаточно большой мощности и продолжительности теплового воздействия, не дает полноценной защиты. При этом, величина тепловыделения сохраняется практически на прежнем уровне, а дымообразование и токсичность продуктов горения как правило возрастает.

5.3 Для повышения пожаробезопасности воздушного транспорта необходимо применять термически стабильные материалы (как материала основы, так и связующего для композитов), имеющих величину тепловыделения близкую к нулевой, как например, у таких материалов как Аримид, Армос, Тверлана.

5.4 Применение пожаробезопасных материалов в интерьере пассажирской кабины воздушного судна позволит увеличить время «безопасной» эвакуации людей с 2−4 минут в настоящее время, до 10 минут.

5.5 Для получения полной характеристики пожаробезопасности материала оценку его свойств необходимо выполнять по современным методикам, позволяющим совместно оценивать комплекс различных параметров по образцу минимального веса. Ожидаемый срок введения в действие таких методов за рубежом — 2010 г.

5.6 Полная величина выделяемого тепла материала оболочек аварийных трапов российского производства имеет более высокие показатели тепловыделения и в 2−4 раза уступает зарубежным аналогам. Достаточно большая разница в показателях тепловыделения отечественных и зарубежных материалов позволяет предположить, что отечественные материалы не удовлетворяют требованиям зарубежного технического стандарта TSO-C69c по теплостойкости (1.7 Вт/см2 (1.5 Btu/ft2-sec)).

5.7 Значительное возрастание величины тепловыделения после нанесения на ткань герметизирующего покрытия говорит о достаточно большом влиянии материала покрытия на термостойкость, и не позволяет в полной мере реализовать преимущества термостойких материалов основы.

5.8 Замена полиэфирной ткани, как материал основы, на термостойкие ткани из волокон Армос, Аримид, Тверлана (и сохранение ранее применявшегося покрытия — СКБ) позволяет лишь несколько улучшить показатели тепловыделения по сравнению с существующими отечественными герметичными материалами. Однако этого явно недостаточно для достижения уровня тепловыделения зарубежных аналогов и тем более его превышения.

5.9 Применение термостойкого полиимидного материала Аримид в комбинации с синтетическим фторкаучуковым покрытием СКФ-26, отличающихся высокой термостойкостью, позволяет получить лучшие результаты с более низкой величиной тепловыделения по сравнению с зарубежными аналогами.

5.10 Стоиморть термостойких материалов на порядок превышает стоимость обычных синтетических волокон, что является неизбежной платой за повышенные показатели термостойкости. Ценовой диапазон термостойких материалов для широкого применения находится в диапазоне от 25 до 30 $/кГ.

5.11 Новый пара-метаарамидный материал Тверлана, обладает оптимальным сочетанием экономических и термо-механических характеристик и наиболее пригоден для изготовления герметичного материала оболочки аварийного трапа для эвакуации пассажиров самолета.

БЛАГОДАРНОСТИ.

Автор выражает искреннюю признательность сотрудникам технического отдела Горбачевой Н. М, Перменовой Л. И., Заббаровой Р. С. ОАО «Уфимского Завода Эластомерных Материалов, Изделий и Конструкций» («УЗЭМИК», Республика Башкортостан) за выполненную работу по нанесению герметизирующего покрытия на образцы. Также отдельная благодарность сотрудникам лабораторий Государственного Научного Центра «ВИАМ» -Воробьеву В.Н. и Барботько СЛ. за проведенные эксперименты по определению тепловыделения, и ООО «ЛИРСОТ» — Дрозд Л. И. за выполненные испытания по определению физико-механические свойств образцов.

Особая благодарность за поддержку и содействие в получении образцов и технических материалов президенту компании «Air Cruisers Company» (США) Jose Redento и сотрудникам ее московского представительства — Шубнякову Д. Е., Шеманаеву М. Ю., а также консультанту Авиационного Регистра МАККостеву Ю.А.

— 121.