Терморасширяющиеся герметики и покрытия: принцип действия и применение
Терморасширяющиеся материалы: физика процесса
Терморасширяющиеся (интумесцентные) материалы — класс огнезащитных продуктов, которые при нагреве выше +150…+250°C увеличиваются в объёме в 10–50 раз, формируя пористый коксовый слой с исключительно низкой теплопроводностью (0,01–0,05 Вт/м·К). Этот слой заполняет зазоры, пустоты и полости, оставшиеся после выгорания горючих компонентов (пластиковых труб, изоляции кабелей), восстанавливая целостность и теплоизолирующую способность противопожарной преграды.
Уникальность интумесцентных материалов в том, что они «ждут» пожара в компактном состоянии (толщина ленты — 1–3 мм, герметика — 3–5 мм), не занимая полезного пространства, но при пожаре разворачиваются в полноценный огнезащитный барьер толщиной 20–50 мм. Это делает их незаменимыми в стеснённых условиях: проходки инженерных коммуникаций, деформационные швы, зазоры вокруг воздуховодов.
Рынок терморасширяющихся материалов в России (2025) — 2,5–3,0 млрд рублей, рост 20% в год. Структура: ленты и вставки — 40%, герметики — 35%, покрытия (краски, лаки) — 25%. Ключевые бренды: Огнеза-Про (Россия), Hilti (Лихтенштейн), Promat (Бельгия), Nullifire (Великобритания).
Механизм интумесценции: химия и кинетика
Интумесцентная система состоит из трёх обязательных компонентов, каждый из которых выполняет свою функцию в строгой последовательности. Донор кислоты (полифосфат аммония, APP) — при +200…+250°C разлагается с выделением фосфорной кислоты H₃PO₄. Карбонизирующий агент (пентаэритрит, PER) — под действием кислоты дегидратируется с образованием углеродного каркаса. Вспенивающий агент (меламин, MEL) — при +250…+300°C разлагается с выделением негорючих газов (NH₃, CO₂, H₂O), которые вспенивают углеродный каркас в пенококс.
Реакция протекает в три стадии. Стадия 1 (+200…+250°C): APP → H₃PO₄ + NH₃↑. Кислота катализирует дегидратацию PER с образованием двойных связей C=C и сшивок между цепями. Стадия 2 (+250…+350°C): MEL → NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O↑. Выделяющиеся газы вспенивают размягчённый углеродный каркас, увеличивая его объём в 20–50 раз. Стадия 3 (+350…+1200°C): карбонизация и формирование керамического каркаса. Органические компоненты выгорают, но пространственный углеродный скелет сохраняется. При температурах выше +800°C происходит частичное окисление углерода, однако добавки минеральных наполнителей (вермикулит, графит, оксид цинка) формируют керамический каркас, сохраняющий геометрию после полного выгорания углерода.
Коэффициент вспучивания (отношение конечной толщины коксового слоя к исходной толщине покрытия) варьируется от 10 (для герметиков) до 50 (для красок). Оптимальное значение для большинства применений — 20–30: меньше — недостаточное заполнение зазора, больше — коксовый слой становится хрупким и осыпается под собственным весом.
Типы терморасширяющихся продуктов: герметики, ленты, покрытия
- Терморасширяющиеся герметики. Вязкотекучие составы на основе силикона, акрила или гибридных полимеров с добавлением интумесцентной системы (30–50% по массе). Применяются для герметизации швов, зазоров, примыканий. В нормальных условиях работают как обычный герметик (герметизация, эластичность), при пожаре — вспучиваются. Коэффициент вспучивания 10–20. Цена: 800–2 500 руб./кг
- Терморасширяющиеся ленты. Гибкие полосы на основе графита или полиуретана с интумесцентным наполнителем (60–80% по массе). Толщина 1–3 мм, ширина 20–100 мм. Оборачиваются вокруг трубы или кабеля, фиксируются алюминиевым скотчем. При пожаре увеличиваются в объёме в 20–40 раз, заполняя зазор после выгорания пластиковой трубы или изоляции кабеля. Цена: 300–800 руб./пог. м
- Вспучивающиеся покрытия (краски). Тонкослойные составы для огнезащиты металлоконструкций. Содержат интумесцентную систему в полимерном связующем. При +250°C вспучиваются с образованием коксового слоя толщиной 20–50 мм. Применяются для пределов R15–R90. Цена: 800–1 800 руб./кг
Сравнительная таблица свойств
| Продукт | Исходная толщина | Конечная толщина | Коэфф. вспучивания | Max EI | Цена, руб./ед. |
|---|---|---|---|---|---|
| Герметик Огнеза-Про Герметик С | 5 мм | 50 мм | ×10 | EI 240 | 1 800/кг |
| Лента Огнеза-Про Лента-Т | 2 мм | 60 мм | ×30 | EI 180 | 500/пог. м |
| Краска Огнеза-Про Краска-М | 1 мм | 40 мм | ×40 | R90 | 900/кг |
| Hilti CFS-B (лента) | 2 мм | 70 мм | ×35 | EI 180 | 800/пог. м |
Пример 1: подбор терморасширяющейся ленты для кабельной проходки
Исходные: кабельная проходка ∅ 200 мм, 15 кабелей ∅ 8–25 мм, зазор между кабелями и стеной 15–40 мм. Требуется EI 90 (стена 2-го типа). Площадь зазора: π × (0,2² − суммарная_площадь_кабелей)/4 ≈ 0,02 м². Выбор ленты: лента шириной 50 мм, коэффициент вспучивания ×30, конечная толщина после вспучивания: 2 мм × 30 = 60 мм. Достаточно для заполнения зазора 40 мм с обжатием. Расход ленты: периметр × 1,2 (нахлёст) = 0,2 × π × 1,2 = 0,75 м на 1 слой. Для надёжности — 2 слоя = 1,5 м. Стоимость: 1,5 × 500 = 750 руб. на проходку.
Нормативные документы
- ГОСТ Р 53310-2009 «Проходки кабельные. Требования пожарной безопасности»
- ГОСТ Р 53295-2009 «Средства огнезащиты для стальных конструкций»
- СП 2.13130.2020 «Обеспечение огнестойкости»
- EN 1366-3 «Испытания на огнестойкость инженерных систем. Часть 3: Проходки»