ВПЛИВ ІНТУМЕСЦЕНТНИХ КОМПОНЕНТІВ НА СТРУКТУРНО- МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПІНОКОКСУ ВОГНЕЗАХИСНИХ ПОКРИВІВ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ НА ОСНОВІ АКРИЛОВОЇ ДИСПЕРСІЇ
Ключові слова:
інтумесцентні компоненти, коефіцієнт спучення, термостійкість, міцність пінококсу
Анотація
Мета. Одним із найактуальніших завдань сучасної пожежної безпеки є підвищення ефективності інтумесцентних вогнезахисних покривів для металевих конструкцій. Проте більшість відомих систем характеризуються високим коефіцієнтом спучення за недостатньої механічної міцності сформованого пінококсу, що знижує їхню стабільність під дією полум’я та потоків гарячих газів. Встановити вплив співвідношення основних інтумесцентних компонентів – поліфосфату амонію (ПФА), пентаеритриту (ПЕ) та гідроксиду алюмінію (Al(OH)3) – на коефіцієнт спучення, механічну міцність і термостійкість пінококсу з метою оптимізації складу покривів для підвищення вогнезахисної ефективності. Експериментальні дослідження проведено з використанням термогравіметричного аналізу (ТГА), статичного навантаження щілинними вантажами та визначення лінійного та об’ємного коефіцієнта спучення. Встановлено, що збільшення вмісту ПЕ сприяє зростанню ступеня спучення, проте знижує міцність пінококсу через надмірну пористість. Оптимальний склад покриття визначено як: ПФА – 25 мас.%, ПЕ – 15 мас.%, Al(OH)3 – 40 мас.%, що забезпечує найкращий баланс між спученням і міцністю. Висновки та пропозиції. Встановлено, що ефективність інтумесцентних систем визначається не лише коефіцієнтом спучення, а й структурною цілісністю пінококсу. Запропоноване співвідношення компонентів може бути рекомендоване для створення вогнезахисних покривів на водній основі з підвищеною вогнестійкістю металевих конструкцій.
Завантаження
Дані завантаження ще не доступні.
Посилання
1. Gordon J. A., Bozeman S. C., Fischer E. C., Isgor O. B., Tucker J. D. Heating duration effects on post-fire structural steel mechanical properties. Fire Safety Journal. 2023. Vol. 140. 103848. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2023.103848.
2. Kumar W., Sharma U. K., Shome M. Mechanical properties of conventional structural steel and fire-resistant steel at elevated temperatures. Journal of Constructional Steel Research. 2021. Vol. 181. 106615. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2021.106615 .
3. Afanasenko K., Klyuchka Y., Lypovyi V., Harbuz S. The Thermal Destruction and Coke Formation Intensity Influence on the Delamination and Destruction of Fiber Reinforced Plastics with a Unidirectional Filler under High Temperature Conditions. In Materials Science Forum. 2021. Vol. 1038. P. 137–143. Trans Tech Publications Ltd. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1038.137 .
4. Lucherini A., Maluk C. Intumescent coatings used for the fire-safe design of steel structures: A review. Journal of Constructional Steel Research. 2019. Vol. 162. 105712. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2019.105712 .
5. Новак С. В., Добростан О. В., Долішній Ю. В., Ратушний О. В. Оцінювання збіжності результатів експериментального визначення тривалості вогневого впливу до досягнення критичної температури сталі. Науковий вісник: Цивільний захист та пожежна безпека. 2017. № 2. С. 67–72. http://nbuv.gov.ua/UJRN/sbcpfs_2017_2_11 .
6. Цапко Ю., Бондаренко О., Цапко О., Горбачова О., Мазурчук С. Механізм структуроутворення спученого шару пінококсу при впливі мінеральних речовин. Технічні науки та технології. 2023. № 2. Вип. 32. С. 379–388. https://doi.org/10.25140/2411-5363-2023-2(32)-379-388 .
7. Березовський А., Копил Б., Іщенко І., Саєнко Н. Вплив співвідношення вогнезахисних компонентів на вогнезахисну ефективність покриттів металевих конструкцій на водній основі. Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація. 2023. №7(2). С. 19–28. https://doi.org/10.31731/2524.2636.2023.7.2.19.28 .
8. Mariappan T. Recent developments of intumescent fire protection coatings for structural steel: A review. Journal of fire sciences. 2016. Vol. 34(2). Р. 120–163. https://doi.org/10.1177/0734904115626720 .
9. Berezovskyi A., Saienko N., Kopyl B., Sidnei S., Tetiana K. Study of the Influence of Fillers on Swelling and Water Absorption of Reactive Fire-Retardant Coatings of Metal Structures. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2025. Vol. 1499 (1). P. 012031. IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1499/1/012031 .
10. Li H., Chen X., Sun M., Wu H., Tang L. Synergistic fire retardancy of melamine resin modified with pentaerythritol and ammonium polyphosphate in PP. Journal of Vinyl and Additive Technology. 2024. Vol. 30(1). Р. 244–262. https://doi.org/10.1002/vnl.22045 .
11. Wang G., Yang J. Thermal degradation study of fire resistive coating containing melamine polyphosphate and dipentaerythritol. Progress in Organic Coatings. 2011. Vol. 72(4). Р. 605–611. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2011.07.001 .
12. Григоренко О. М., Золкіна Є. С., Попов Ю. В., Саєнко Н. В. Дослідження впливу наповнювачів на властивості спученого коксового шару епоксиамінних композицій. Problems of Emergency Situations: матеріали Міжнародної науково-практичної конференції (м. Харків, 20 травня 2021 р.). Харків: Національний університет цивільного захисту України, 2021. С. 28–30. http://pesconf.nuczu.edu.ua/images/2021/PES_2021.pdf .
13. Wang J., Xue L., Zhao B., Lin G., Jin X., Liu D., Shang K. (2019). Flame retardancy, fire behavior, and flame retardant mechanism of intumescent flame retardant EPDM containing ammonium polyphosphate/pentaerythrotol and expandable graphite. Materials. 2019. Vol. 12(24). 4035. https://doi.org/10.3390/ma12244035 .
14. Guzii S., Kurska T., Otrosh Y., Balduk P., Ivanov Y. Features of the organic-mineral intumescent paints structure formation for wooden constructions fire protection. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1162, No. 1, P. 012003. IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1162/1/012003 .
15. Gusii S., Kurska T., Ivanov Y. Features of the organic-mineral intumescent paints structure formation for wooden constructions fire protection. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1162. 012003. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1162/1/012003 .
16. Hryhorenko O., Zolkina Y., Saienko N., Popov Y. Investigation of the Effect of Fillers on the Properties of the Expanded Coke Layer of Epoxyamine Compositions. In Materials Science Forum. 2021. Vol. 1038. P. 539-546. Trans Tech Publications Ltd. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1038.539 .
17. Kalafat K.,Taran N., Plavan V., Bessarabov V., Zagoriy G., Vakhitova L. Comparison fire resistance of polymers in intumescent coatings for steel structures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2020. Vol. 4(10). Р. 45–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.209841 .
18. Vakhitova L., Kalafat K., Taran N., Bessarabov V. Порівняння амінів як газоутворювачів вогнезахисних композицій інтумесцентного типу. Technologies and Engineering. 2021. № 4.С. 69–80. https://doi.org/10.30857/2786-5371.2021.4.7 .
19. Nazrun T., Hassan M. K., Hasnat M. R., Hossain M. D., Ahmed B., Saha S. A. Сomprehensive review on intumescent coatings: formulation, manufacturing methods, research development, and issues. Fire. 2025. Vol. 8(4). 155. https://doi.org/10.3390/fire8040155 .
20. Саєнко Н. В., Березовський A. І., Копил Б. Я., Григоренко О. М., Джулай О. М. Оцінка термічної стабільності стирол-акрилових покривів інтумесцентного типу. Municipal economy of cities. 2025. №3(191). С. 516–524. https://doi.org/10.33042/2522-1809-2025-3-191-516-524 .
21. Saienko N. V., Demidov D. V., Bikov R. A., Younis B. N. Effect of mineral fillers on the wetting of water-based polymer dispersions. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 708(1). P. 012103. IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1757-899X/708/1/012103 .
22. Hansen–Bruhn I., Craig J. L., Hinge M., Hull T. R. Ammonium polyphosphates: Correlating structure to application. European Polymer Journal. 2024. 113644. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2024.113644 .
23. Zheng P., Zhao H., Li J., Liu Q., Ai H., Yang R., Xing W. Recent advances in constructing new type of epoxy resin flame retardant system using ammonium polyphosphate. Journal of Safety Science and Resilience. 2024. Vol. 5(2), 179–193. https://doi.org/10.1016/j.jnlssr.2024.03.002 .
24. Tomczak M., Łopiński J., Kowalczyk A., Kowalczyk K. Thermoplastic intumescent coatings modified with pentaerythritol-occluded carbon nanotubes. Materials. 2021. Vol. 14(21). 6284. https://doi.org/10.3390/ma14216284 .
25. Yan L., Xu Z., Wang X., Deng N., Chu Z. Synergistic effects of aluminum hydroxide on improving the flame retardancy and smoke suppression properties of transparent intumescent fire-retardant coatings. Journal of Coatings Technology and Research. 2018. Vol. 15. Р. 1357–1369. https://doi.org/10.1007/s11998-018-0069-0 .
26. Khalili P., Tshai K. Y., Hui D., Kong I. J. C. P. B. E. Synergistic of ammonium polyphosphate and alumina trihydrate as fire retardants for natural fiber reinforced epoxy composite. Composites Part B: Engineering. 2017. Vol. 114. Р. 101–110. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.01.049 .
27. Lee J. S. Investigation of Water-based and Solvent-based Polymer Binders on the Fire Protection Performance and Mechanical Properties of Intumescent Coating: doctor’s thesis. Universiti Tunku Abdul Rahman, 2019. 118 р. http://eprints.utar.edu.my/id/eprint/3454 .
2. Kumar W., Sharma U. K., Shome M. Mechanical properties of conventional structural steel and fire-resistant steel at elevated temperatures. Journal of Constructional Steel Research. 2021. Vol. 181. 106615. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2021.106615 .
3. Afanasenko K., Klyuchka Y., Lypovyi V., Harbuz S. The Thermal Destruction and Coke Formation Intensity Influence on the Delamination and Destruction of Fiber Reinforced Plastics with a Unidirectional Filler under High Temperature Conditions. In Materials Science Forum. 2021. Vol. 1038. P. 137–143. Trans Tech Publications Ltd. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1038.137 .
4. Lucherini A., Maluk C. Intumescent coatings used for the fire-safe design of steel structures: A review. Journal of Constructional Steel Research. 2019. Vol. 162. 105712. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2019.105712 .
5. Новак С. В., Добростан О. В., Долішній Ю. В., Ратушний О. В. Оцінювання збіжності результатів експериментального визначення тривалості вогневого впливу до досягнення критичної температури сталі. Науковий вісник: Цивільний захист та пожежна безпека. 2017. № 2. С. 67–72. http://nbuv.gov.ua/UJRN/sbcpfs_2017_2_11 .
6. Цапко Ю., Бондаренко О., Цапко О., Горбачова О., Мазурчук С. Механізм структуроутворення спученого шару пінококсу при впливі мінеральних речовин. Технічні науки та технології. 2023. № 2. Вип. 32. С. 379–388. https://doi.org/10.25140/2411-5363-2023-2(32)-379-388 .
7. Березовський А., Копил Б., Іщенко І., Саєнко Н. Вплив співвідношення вогнезахисних компонентів на вогнезахисну ефективність покриттів металевих конструкцій на водній основі. Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація. 2023. №7(2). С. 19–28. https://doi.org/10.31731/2524.2636.2023.7.2.19.28 .
8. Mariappan T. Recent developments of intumescent fire protection coatings for structural steel: A review. Journal of fire sciences. 2016. Vol. 34(2). Р. 120–163. https://doi.org/10.1177/0734904115626720 .
9. Berezovskyi A., Saienko N., Kopyl B., Sidnei S., Tetiana K. Study of the Influence of Fillers on Swelling and Water Absorption of Reactive Fire-Retardant Coatings of Metal Structures. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2025. Vol. 1499 (1). P. 012031. IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1499/1/012031 .
10. Li H., Chen X., Sun M., Wu H., Tang L. Synergistic fire retardancy of melamine resin modified with pentaerythritol and ammonium polyphosphate in PP. Journal of Vinyl and Additive Technology. 2024. Vol. 30(1). Р. 244–262. https://doi.org/10.1002/vnl.22045 .
11. Wang G., Yang J. Thermal degradation study of fire resistive coating containing melamine polyphosphate and dipentaerythritol. Progress in Organic Coatings. 2011. Vol. 72(4). Р. 605–611. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2011.07.001 .
12. Григоренко О. М., Золкіна Є. С., Попов Ю. В., Саєнко Н. В. Дослідження впливу наповнювачів на властивості спученого коксового шару епоксиамінних композицій. Problems of Emergency Situations: матеріали Міжнародної науково-практичної конференції (м. Харків, 20 травня 2021 р.). Харків: Національний університет цивільного захисту України, 2021. С. 28–30. http://pesconf.nuczu.edu.ua/images/2021/PES_2021.pdf .
13. Wang J., Xue L., Zhao B., Lin G., Jin X., Liu D., Shang K. (2019). Flame retardancy, fire behavior, and flame retardant mechanism of intumescent flame retardant EPDM containing ammonium polyphosphate/pentaerythrotol and expandable graphite. Materials. 2019. Vol. 12(24). 4035. https://doi.org/10.3390/ma12244035 .
14. Guzii S., Kurska T., Otrosh Y., Balduk P., Ivanov Y. Features of the organic-mineral intumescent paints structure formation for wooden constructions fire protection. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1162, No. 1, P. 012003. IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1162/1/012003 .
15. Gusii S., Kurska T., Ivanov Y. Features of the organic-mineral intumescent paints structure formation for wooden constructions fire protection. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1162. 012003. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1162/1/012003 .
16. Hryhorenko O., Zolkina Y., Saienko N., Popov Y. Investigation of the Effect of Fillers on the Properties of the Expanded Coke Layer of Epoxyamine Compositions. In Materials Science Forum. 2021. Vol. 1038. P. 539-546. Trans Tech Publications Ltd. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1038.539 .
17. Kalafat K.,Taran N., Plavan V., Bessarabov V., Zagoriy G., Vakhitova L. Comparison fire resistance of polymers in intumescent coatings for steel structures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2020. Vol. 4(10). Р. 45–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.209841 .
18. Vakhitova L., Kalafat K., Taran N., Bessarabov V. Порівняння амінів як газоутворювачів вогнезахисних композицій інтумесцентного типу. Technologies and Engineering. 2021. № 4.С. 69–80. https://doi.org/10.30857/2786-5371.2021.4.7 .
19. Nazrun T., Hassan M. K., Hasnat M. R., Hossain M. D., Ahmed B., Saha S. A. Сomprehensive review on intumescent coatings: formulation, manufacturing methods, research development, and issues. Fire. 2025. Vol. 8(4). 155. https://doi.org/10.3390/fire8040155 .
20. Саєнко Н. В., Березовський A. І., Копил Б. Я., Григоренко О. М., Джулай О. М. Оцінка термічної стабільності стирол-акрилових покривів інтумесцентного типу. Municipal economy of cities. 2025. №3(191). С. 516–524. https://doi.org/10.33042/2522-1809-2025-3-191-516-524 .
21. Saienko N. V., Demidov D. V., Bikov R. A., Younis B. N. Effect of mineral fillers on the wetting of water-based polymer dispersions. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 708(1). P. 012103. IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1757-899X/708/1/012103 .
22. Hansen–Bruhn I., Craig J. L., Hinge M., Hull T. R. Ammonium polyphosphates: Correlating structure to application. European Polymer Journal. 2024. 113644. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2024.113644 .
23. Zheng P., Zhao H., Li J., Liu Q., Ai H., Yang R., Xing W. Recent advances in constructing new type of epoxy resin flame retardant system using ammonium polyphosphate. Journal of Safety Science and Resilience. 2024. Vol. 5(2), 179–193. https://doi.org/10.1016/j.jnlssr.2024.03.002 .
24. Tomczak M., Łopiński J., Kowalczyk A., Kowalczyk K. Thermoplastic intumescent coatings modified with pentaerythritol-occluded carbon nanotubes. Materials. 2021. Vol. 14(21). 6284. https://doi.org/10.3390/ma14216284 .
25. Yan L., Xu Z., Wang X., Deng N., Chu Z. Synergistic effects of aluminum hydroxide on improving the flame retardancy and smoke suppression properties of transparent intumescent fire-retardant coatings. Journal of Coatings Technology and Research. 2018. Vol. 15. Р. 1357–1369. https://doi.org/10.1007/s11998-018-0069-0 .
26. Khalili P., Tshai K. Y., Hui D., Kong I. J. C. P. B. E. Synergistic of ammonium polyphosphate and alumina trihydrate as fire retardants for natural fiber reinforced epoxy composite. Composites Part B: Engineering. 2017. Vol. 114. Р. 101–110. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.01.049 .
27. Lee J. S. Investigation of Water-based and Solvent-based Polymer Binders on the Fire Protection Performance and Mechanical Properties of Intumescent Coating: doctor’s thesis. Universiti Tunku Abdul Rahman, 2019. 118 р. http://eprints.utar.edu.my/id/eprint/3454 .
Опубліковано
2025-12-23
Як цитувати
BerezovskyiA. І., Saienko, N. V., Kopyl, B. Y., & Hryhorenko, O. M. (2025). ВПЛИВ ІНТУМЕСЦЕНТНИХ КОМПОНЕНТІВ НА СТРУКТУРНО- МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ПІНОКОКСУ ВОГНЕЗАХИСНИХ ПОКРИВІВ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ НА ОСНОВІ АКРИЛОВОЇ ДИСПЕРСІЇ. Пожежна безпека, 47, 14-25. https://doi.org/https://doi.org/10.32447/20786662.47.2025.02
Розділ
Статті
Ця робота ліцензована відповідно доCreative Commons Attribution 4.0 Міжнародної ліцензії.
Авторські права CC-BY
