Горючесть пенополиуретана (ППУ) - загорится ли утеплитель при пожаре?

кАКИЕ ЕЩЕ УСЛУГИ
МЫ ПРЕДОСТАВЛЯЕМ?

Если пенополиуретан нанесён в чистом виде, без ддобавок, без защитных покрытий, огонь может распространяться быстрее. Однако в большинстве случаев ППУ используется в составе многослойных систем. Например:

• ППУ + дерево + штукатурка
• Такой "пирог" является практически негорючим. ППУ обеспечивает теплоизоляцию, штукатурка выполняет функцию барьера, препятствующего доступу кислорода к слою утеплителя, а дерево выступает в качестве конструктивного элемента с повышенной устойчивостью к огню благодаря штукатурному слою.

Тепловой расчёт:
Для слоёв штукатурки толщиной 10 мм и дерева 50 мм коэффициент теплопроводности ППУ (0,02-0,03 Вт/м·К) позволяет выдерживать высокие температуры на внешней стороне конструкции, защищая внутренние элементы от перегрева.

Пенополиуретан: горючий или нет?

Пенополиуретан относится к горючим материалам и классифицируется по группам горючести согласно ГОСТ 30244-94. Выделяют четыре группы:

• Г1 (слабогорючие): температура дымовых газов ≤ 135°C, потеря массы ≤ 20%, самостоятельное горение отсутствует.
• Г2 (умеренногорючие): температура ≤ 235°C, потеря массы ≤ 50%, самостоятельное горение до 30 секунд.
• Г3 (нормальногорючие): температура ≤ 450°C, потеря массы > 50%, самостоятельное горение до 300 секунд.
• Г4 (сильногорючие): температура > 450°C, потеря массы > 50%, самостоятельное горение более 300 секунд.

Большинство ППУ относятся к группам Г2 и Г3, что делает их умеренно или нормально горючими материалами.

Источник 1 (испытания) / Источник 2 / Источник 3

Факторы, влияющие на горючесть ППУ

Поддерживает ли пенополиуретан горение?

Структура материала:

• Закрытоячеистый ППУ обладает более высокой плотностью и меньшей горючестью по сравнению с открытоячеистым, так как доступ кислорода к внутренним слоям ограничен. Источник
• Закрытые ячейки также способствуют образованию защитного слоя при горении, что замедляет распространение пламени. Источник
• Наличие антипиренов: Добавление антипиренов (например, гидроксида алюминия, меламина или бромированных соединений) снижает горючесть ППУ, переводя его в группу Г1 или Г2. Источник
• Температура эксплуатации: ППУ начинает разлагаться при температурах выше 370–420°C, выделяя горючие газы. О токсичности можно прочитать ниже.

На рисунке показаны крупные фотографии образцов, которые поджигались горелкой и быстро закаливались в жидком азоте. Это было сделано, чтобы сохранить структуру материалов в момент, когда они потеряли 50% своей массы. Образцы пенополиуретана сохранили свою структуру в зоне, где ещё не начался процесс пиролиза (разложения под действием температуры), и их цвет не изменился.
Между нетронутой частью пены и обугленной зоной видна чёткая граница. Это говорит о том, что пена обладает отличными теплоизоляционными свойствами, засчет этого, т.к процесс пиролиза происходит быстро, из-за низкой теплопроводности материала и высокой скорости потери массы, структура пены не изменяется. Материал сверху покрывается коркой.

Пенополиуретан в чистом виде может гореть при наличии источника пламени. Однако, как показывают испытания, он не поддерживает самостоятельного горения. После удаления источника огня ППУ, особенно с антипиренами, быстро затухает.
Пример:
При испытаниях на горючесть ППУ класса Г1, вспыхивание происходит при температуре около 400 °C, но пламя не распространяется по материалу. В условиях реальной эксплуатации, когда материал используется в составе многослойных конструкций, риск возгорания минимален.

Почему пенополиуретан покрывают кабель-каналы?

Один из частых вопросов — зачем ППУ используется для изоляции кабелей, если он горюч? Дело в том, что в кабель-каналах, благодаря добавкам антипиренов, применяется слабо горючий пенополиуретан. Он обеспечивает:

1. Теплоизоляцию: снижает риск перегрева кабелей.
2. Предотвращение коротких замыканий: предотвращает прямой контакт кабелей с влагой.
3. Ограничение распространения огня: при возгорании кабелей ППУ с антипиренами препятствует распространению огня по всей длине кабель-канала.

Полиуретановая изоляция как продукт выбора - Испытания на горючесть (информация из открытых европейских источников)

Токсичность при горении. Выделяет ли пенополиуретан пары и газы при горении и насколько они опасны?

Рисунок 1: Наружная облицовка этого общественного здания выполнена из стальных сэндвич-панелей с полиуретановой изоляцией и стекла.
Рисунок 2: Плиты из полиуретановой изоляции на профилированной стальной кровле промышленного здания.

Пожарные характеристики продукта на основе пенополиуретана могут быть изменены для различных применений в строительстве путем оптимизации пены, а также выбором материала покрытия над сердечником. Способ интеграции полиуретанового продукта в строительство также важен для его характеристик при пожаре. На основании этих параметров строительные изделия на основе PUR соответствуют существующим сегодня требованиям пожарной безопасности для зданий. Источник: ISOPA, «Risk Assessment of Smoke in Buildings: Fire Safety Engineering & PU Insulation Products»

Рисунок 1: Наружная облицовка этого общественного здания выполнена из стальных сэндвич-панелей с полиуретановой изоляцией и стекла.
Рисунок 2: Плиты из полиуретановой изоляции на профилированной стальной кровле промышленного здания.

Пожарные характеристики продукта на основе пенополиуретана могут быть изменены для различных применений в строительстве путем оптимизации пены, а также выбором материала покрытия над сердечником. Способ интеграции полиуретанового продукта в строительство также важен для его характеристик при пожаре. На основании этих параметров строительные изделия на основе PUR соответствуют существующим сегодня требованиям пожарной безопасности для зданий. Источник: ISOPA, «Risk Assessment of Smoke in Buildings: Fire Safety Engineering & PU Insulation Products»

Строительные элементы на основе полиуретановой изоляции часто выбираются благодаря значительным преимуществам, таким как теплоизоляционные свойства, универсальность, малый вес и др. Улучшенная тепловая изоляция зданий приводит к значительной экономии энергии и, следовательно, к снижению выбросов CO2 при отоплении или охлаждении, уменьшению счетов за электроэнергию и меньшему потреблению энергетических ресурсов. Лучшая изоляция является важным фактором для создания более устойчивых зданий и может внести наибольший вклад в выполнение требований энергоэффективности.

При воздействии высокой температуры или при горении пенополиуретан (ППУ), как и любой органический материал, разлагается с выделением газов. Этот процесс связан с разрушением химических связей полимерной структуры.

Однако благодаря структуре масса ППУ намного меньше массы строительных и отдельных материалов. Соответственно, и токсинов будет выделяться значительно меньше.

Основные выделяемые вещества зависят от состава ППУ, его плотности, наличия антипиренов и внешних условий горения.

При лабораторных исследованиях горения пенополиуретана (ППУ) выделяются следующие вещества:

• углекислый газ;
• небольшое количество угарного газа;
• вода;
• оксиды азота;
• следовые количества синильной кислоты.

Возникает закономерный вопрос: как можно считать ППУ нетоксичным, если при его горении образуется ядовитая синильная кислота? Ответ прост. В лабораторных условиях горение изучается в закрытых камерах, где доступ воздуха ограничен. Фактически, исследуется не столько процесс горения, сколько способность материала выделять горючие соединения при нагревании до определённых температур. В реальных условиях образование синильной кислоты практически исключено, так как азот и кислород из воздуха вступают в реакцию, предотвращая её появление.

А как насчёт угарного газа? Действительно, даже при наличии воздуха горение ППУ сопровождается выделением оксида углерода (СО), который опасен для здоровья. Однако концентрация угарного газа настолько низка, что её нельзя сравнить с количеством, выделяемым при горении таких материалов, как древесина, кожа, шерсть или синтетика (винил, нейлон и др.).
Эксперименты на лабораторных животных (крысах) показали, что токсичность продуктов горения шерсти, дерева и синтетических материалов значительно выше, чем при горении ППУ. Это связано не только с химическим составом, но и с тем, что 80–90% продуктов горения ППУ составляет углекислый газ, который менее опасен.
Таким образом, использование пенополиуретана для утепления домов не только эффективно снижает теплопотери, но и повышает пожарную безопасность здания.

Как снизить опасность?

• Добавление антипиренов: Введение в состав ППУ антипиренов (например, гидроксида алюминия или бромированных соединений) снижает его горючесть и повышает пожаробезопасность.
• Нанесение огнезащитных покрытий: Использование огнезащитных красок или покрытий, которые образуют защитный слой при нагревании, также эффективно снижает горючесть.
• Защита негорючими материалами: Облицовка ППУ негорючими материалами (например, гипсокартоном или металлическими панелями) предотвращает прямое воздействие огня.

Антипирены в составе ППУ

Для снижения горючести в состав пенополиуретана добавляются антипирены — химические вещества, которые придают материалу огнестойкость. В результате таких модификаций пенополиуретан:

• Образует защитный слой (угольная корка) при нагреве.
• Замедляет распространение пламени.
• Уменьшает образование газов.

Благодаря антипиренам ППУ может достичь класса Г1, что делает его безопасным для использования в жилых и промышленных помещениях.

правила пожароопасности при использовании ППУ

Чтобы минимизировать риски, при применении пенополиуретана необходимо соблюдать следующие рекомендации:

• Правильный выбор материала: Использовать ППУ с антипиренами и убедиться в его соответствии классу горючести Г1 или Г2.
• Использование защитных покрытий: Для повышения огнестойкости наносить огнезащитные краски поверх ППУ.
• Комплексный подход: Включать ППУ в состав многослойных конструкций, которые обеспечивают дополнительную защиту от огня.
• Контроль за выполнением работ: Доверять утепление профессионалам, которые гарантируют соответствие технологии нанесения требованиям пожарной безопасности.

Рисунок 1: Наружная облицовка этого общественного здания выполнена из стальных сэндвич-панелей с полиуретановой изоляцией и стекла.
Рисунок 2: Плиты из полиуретановой изоляции на профилированной стальной кровле промышленного здания.

Пожарные характеристики продукта на основе пенополиуретана могут быть изменены для различных применений в строительстве путем оптимизации пены, а также выбором материала покрытия над сердечником. Способ интеграции полиуретанового продукта в строительство также важен для его характеристик при пожаре. На основании этих параметров строительные изделия на основе PUR соответствуют существующим сегодня требованиям пожарной безопасности для зданий. Источник: ISOPA, «Risk Assessment of Smoke in Buildings: Fire Safety Engineering & PU Insulation Products»

Строительные элементы на основе полиуретановой изоляции часто выбираются благодаря значительным преимуществам, таким как теплоизоляционные свойства, универсальность, малый вес и др. Улучшенная тепловая изоляция зданий приводит к значительной экономии энергии и, следовательно, к снижению выбросов CO2 при отоплении или охлаждении, уменьшению счетов за электроэнергию и меньшему потреблению энергетических ресурсов. Лучшая изоляция является важным фактором для создания более устойчивых зданий и может внести наибольший вклад в выполнение требований энергоэффективности.

Пожарные испытания фасадных систем с утеплителем из жесткой полиуретановой пены

Заключение
Результаты испытаний показали, что фасадная система с утеплителем из жесткой полиуретановой пены толщиной 300 мм обладает высокой устойчивостью к огню, даже при увеличенной огневой нагрузке за счет горящих деревянных конструкций в окне. Материал не способствовал распространению огня, и все пламя было остановлено благодаря самопогашению. Эти испытания подтверждают эффективность использования полиуретановых утеплителей в фасадных системах, и в дальнейшем результаты могут быть использованы для разработки стандартов для фасадных испытаний в Европе.
Такие испытания играют ключевую роль в обеспечении безопасности жилых и коммерческих зданий, особенно в условиях применения современных высокоэффективных теплоизоляционных материалов.

Одним из актуальных вопросов является оценка пожарной устойчивости фасадных систем, особенно тех, которые используют в качестве утеплителя жесткую полиуретановую пену (PUR). В Европе активно разрабатываются новые гармонизированные системы классификации материалов по их реакции на огонь. Одним из таких подходов является использование теста SBI (EN 13823), предназначенного для оценки сгораемых строительных материалов. Однако для фасадных систем этого теста недостаточно, так как требуется разработка специализированного метода испытания для фасадов, который бы соответствовал реальным условиям эксплуатации.

Цели и задачи испытаний
Целью проведенных испытаний стало исследование поведения фасадной системы с утеплителем из жесткой полиуретановой пены (PUR) толщиной 300 мм в условиях интенсивного огня, с учетом использования более толстых утеплителей в фасадных системах. Эти материалы вызывают опасения с точки зрения пожарной безопасности, так как могут вести себя иначе, чем менее толстые утеплители.
В рамках проекта, инициированного ISOPA, были проведены испытания фасадной системы с PUR-утеплителем, используя методику, уже разработанную в Германии, и направленную на создание единого стандарта для фасадных испытаний в Европе. Испытания проводились в 2002 году в исследовательском институте MFPA в Лейпциге.

Описание системы и условий испытаний
Фасадная система, использованная в тестах, включала утеплитель из жесткой полиуретановой пены (PUR) толщиной 300 мм, установленный на стене с оконным проемом, в который был встроен деревянный оконный каркас и роликовая коробка для жалюзи. Эти элементы были добавлены для более точного имитирования реальных условий эксплуатации. В тестах использовался 25-килограммовый деревянный костер как источник огня.
Тестирование проводилось с использованием установленных температурных датчиков, которые измеряли температуру на поверхности фасада, а также в слоях утеплителя на различных высотах. Продолжительность теста составила 60 минут, в ходе которых исследовались различные реакции фасадной системы на огонь.

Результаты испытаний
После начала огня деревянный костер почти полностью сгорел в первые 14 минут, но огонь продолжал воздействовать на фасад за счет горящего деревянного оконного каркаса и роликового коробка для жалюзи. Температура в очаге возгорания достигала 1000°C, а на высотах 1-3 м от уровня земли температура оставалась в пределах 600-800°C. Однако на уровне 4-5 м температура падала до 200°C.
Несмотря на высокие температуры на поверхности фасада, температура внутри утеплителя из PUR оставалась значительно ниже — не превышала 60°C, в то время как температура на наружной поверхности была в два раза выше (600°C-800°C). В результате огонь не распространился вглубь утеплителя, и огонь самопогасился через 50 минут.
По завершении испытаний было обнаружено, что утеплитель PUR не подвергся значительному разрушению. Повреждения были минимальны, и заключались только в частичной деградации верхнего слоя материала в месте, где температура превышала 200°C. Однако распространение огня на более глубокие слои не наблюдалось, что указывает на высокую огнестойкость материала.

ИСТОЧНИК