Разработка методики испытаний на определение показателей пожарной опасности лакокрасочных материалов с использованием численного моделирования

Действующая система огневых испытаний лакокрасочных материалов (ЛКМ) ресурсоемка при итерационной разработке и модификации рецептур. Численное моделирование пиролиза и тепловыделения, подкрепленное метрологически прослеживаемыми экспериментальными данными, предлагается как научно обоснованный инструмент предварительного скрининга.

Предлагается двухэтапная методика тестирования для определения показателей пожарной опасности красок и покрытий, ориентированная на специалистов по исследованиям и разработкам и технологов производителей красок. Методология включает в себя предварительный расчетно-экспериментальный анализ I — TGA/DSC с метрологической прослеживаемостью, кинетику изоконверсионного пиролиза, оптимизацию обратной модели с помощью PROPTI+FDS и CFD-mo- делирование «виртуального конусного калориметра» в FDS v.6 с использованием тестов V&V, соответствующих стандартам NIST SP 1018 и MaCFP, в качестве предшественника к обязательному физическому обследованию (II этап).

Представлены классификация красок по четырем классам сложности пиролиза, показатель NAE с пороговыми значениями для MaCFP Workshop 3, система LoC, индекс чувствительности Si и формализованный баланс неопределенности (разделяющий входные кинетические данные, данные модели и данные численного решения). Данная методика учитывает неприменимость ГОСТ 30244-94 к жидким лакокрасочным составам и может сократить физические испытания на 40-60% при итеративной разработке рецептуры.

1. Lautenberger С., Fernandez-Pello А.С. Generalized pyrolysis model for combustible solids // Fire Safety Journal. 2009. Vol. 44, No. 6. P. 819-839. DOI: 10.1016/j.FiresaF.2009.03.011

2. McGrattan K., Hostikka S., McDermott R. et al. Fire Dynamics Simulator User's Guide. NIST Special Publication 1019, 7th ed. Gaithersburg: NIST, 2023. URL: https://pages.nist.gov/fds-smv/ (дата обращения: 05.07.2026).

3. McGrattan К., Hostikka S., McDermott R. et al. Fire Dynamics Simulator Technical Reference Guide. NIST Special

4. Vyazovkin S., Burnham A.K., Favergeon L., Кода N., Moukhina E., Pérez-Maqueda L.A., Sbirrazzuoli N. IC- TAC Kinetics Committee recommendations for analysis of multi-step kinetics // Thermochimica Acta. 2020. Vol. 689. Art. 178597. DOI: 10.1016/j.tca.2020.178597

5. Arnold L., Hehnen T., Lauer P., Trettin C., Vinayak A. PROPTI —A Generalised Inverse Modelling Framework//Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1107. Art. 032016. DOI: 10.1088/1742-6596/1107/3/032016

6. MaCFP Subgroup on Solid Fuels. Third MaCFP Workshop: Proceedings and Data Repository. IAFSS, October 22, 2023, Tsukuba, Japan. URL: https://iafss.org/third-macfp-workshop-3/ (дата обращения: 05.07.2026).

7. Richter F., Rein G. Pyrolysis kinetics and multi-objective inverse modelling of cellulose at the microscale // Fire Safety Journal. 2017. Vol. 91. P. 191-199. DOI: 10.1016/j.firesaf.2017.03.082

8. Zhang Y., Wang Y.C., Bailey C.G., Taylor A.P. Global modelling of fire protection performance of intumescent coating under different cone calorimeter heating conditions H Fire Safety Journal. 2012. Vol. 50. P. 51-62. DOI: 10.1016/j.firesaf.2012.02.004

9. Richter F., Rein G. Reduced chemical kinetics for microscale pyrolysis of softwood and hardwood // Bioresource Technology. 2020. Vol. 301. Art. 122619. DOI: 10.1016/j.biortech.2019.122619

10. Lucherini A., de Silva D. Modelling intumescent coatings for the fire protection of structural systems: a review Journal of Structural Fire Engineering. 2024. Vol. 15, No. 4. P. 483-507. DOI: 10.1108/jsfe-10-2023-0038

11. Matala A. Methods and Applications of Pyrolysis Modelling for Polymeric Materials. VTT Science 44. Espoo: VTT, 2013. ISBN 978-951-38-8047-1.

12. Nyazika T., Jimenez M., Samyn F., Bourbigot S. Pyrolysis modeling, sensitivity analysis, and optimization techniques for combustible materials: A review H Journal of Fire Sciences. 2019. Vol. 37, No. 4-6. P. 377-433. DOI: 10.1177/0734904119852740

13. NFPA. Fire Protection Handbook, 20th ed. / Ed. by Cote A.E. Quincy, MA: NFPA, 2008. ISBN 978-0-87765-758-3.

14. EOTATR035. Extended application of results from reaction to fire tests according to EN13501 -1. Brussels: EOTA, 2021.

15. Troitzsch J. Fire performance durability of flame retardants in polymers and coatings //Advanced Industrial and Engineering Polymer Research. 2024. Vol. 7, No. 3. P. 263-272. DOI: 10.1016/j.aiepr.2023.05.002