مقدمة
يعتبر سلوك المواد في حالة الحرائق عاملاً حاسماً في تقييمات السلامة في مجالات مثل البناء والنقل والإلكترونيات. يحدد جهاز المسعر المخروطي NETZSCH TCC 918 (الشكل 1) بارامترات الحريق الرئيسية بناءً على مبدأ استهلاك الأكسجين، بما في ذلك:
- تركيزات O2 وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون
- معدل إطلاق الحرارة (HRR)
- متوسط معدل إطلاق الحرارة (ARHE)
- معدل إنتاج الدخان (SPR)
- معدل فقدان الكتلة (MLR)
- وقت الاشتعال (TOI)
- وقت الاشتعال (TOF)
توفر هذه المعلمات صورة شاملة لسلوك الحريق الحراري للمادة، بدءًا من الاشتعال وحتى انطفاء اللهب، وتُستخدم كأساس لنمذجة أحداث الحريق الحقيقية والتنبؤ بها.
يسمح الاقتران الاختياري مع محلل الغازات بالأشعة تحت الحمراء FT-IR من Bruker OMEGA بتحليل تركيبة غازات الدخان الناتجة بالتفصيل. يتيح الاكتشاف الكمي للعديد من نواتج التحلل والاحتراق إجراء تقييم شامل للانبعاثات السامة ويدعم تطوير مواد آمنة ومستدامة.
مبدأ القياس
في TCC 918 ، يتم تعريض العينة لتدفق حراري محدد باستخدام سخان مخروطي، ويتم إشعالها وحرقها في ظروف خاضعة للرقابة. يتم نقل غازات المداخن الناتجة عبر نظام عادم لإجراء مزيد من التحليل.
وكمعيار قياسي، يتم تحليل غازات المداخن ذات الصلة، ولا سيما O2 وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، باستخدام محلل غازات أوكسيمات/ أولترامات من شركة سيمنز. تُستخدم هذه المتغيرات المقاسة لحساب معدل إطلاق الحرارة (HRR) وفقًا لمبدأ استهلاك الأكسجين.
يعمل اقتران FT-IR الاختياري على توسيع هذا النهج ويتيح أيضًا الكشف الكمي عن المزيد من نواتج التحلل والاحتراق. وهذا يسمح بفحص تركيبة غاز المداخن بمزيد من التفصيل، خاصةً فيما يتعلق بالمكونات السامة.
اقتران أوميغا FT-IR
يتم تحقيق الاقتران (الشكل 2) عبر خط نقل ساخن، على غرار اقتران خط النقل بالأشعة تحت الحمراء FT-IR لأجهزة التحليل الأخرى NETZSCH (على سبيل المثال، TG-FT-IR). يمنع التحكم في درجة الحرارة التكثيف ويضمن سرعة نقل الغاز ويتيح تحليل غازات المداخن في الوقت الفعلي.
يقيس التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء FT-IR في نفس الوقت الغازات المختلفة بناءً على أطياف الامتصاص المميزة لها. وهذا يسمح باكتشاف العديد من نواتج الاحتراق والتحلل.
بالإضافة إلى غازات الاحتراق النموذجية ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون وأكسيد الكربون وأكسيد الهيدروجين(CH4 والإيثين والإيثين) ومركبات الهالوجين (HCl وHBr وHF) ومركبات النيتروجين (HCN وHN3 وNH3 وNO وNO2وN2O) والمواد العضوية (الأكرولين والفورمالديهايد والبنزين والفينول) ومركبات الكبريت (SO2).
يوفر هذا التحليل الموسع للغازات معلومات قيمة حول المنتجات الثانوية السامة المحتملة، خاصةً في التطبيقات ذات المتطلبات العالية للسلامة من الحرائق، مثل بناء مركبات السكك الحديدية.
ومن الأمثلة النموذجية على ذلك البولي أميدات (PA)، والتي غالبًا ما تُستخدم في الزخارف الداخلية والمقاعد وعزل الكابلات والأجزاء المقولبة نظرًا لقوتها ومقاومتها للحرارة. كما توجد أيضًا في المباني العامة والمنازل، على سبيل المثال، في أغطية الأرضيات والأثاث والمكونات الكهربائية. وباعتبارها بوليمرات عضوية، يمكن أن تطلق كميات كبيرة من الدخان والغازات السامة في حالة نشوب حريق، لذا فإن التحقيق المفصَّل في سلوكها في حالة نشوب حريق أمر بالغ الأهمية للاستخدام الآمن.
شروط القياس
تم فحص نسيج PA6 بقياس 50 × 50 × 7 مم3 (8 طبقات) ووزن 10.58 جم. يلخص الجدول 1 بارامترات الاختبار.
الجدول 1: شروط القياس
| حامل العينة | أفقي |
|---|---|
| التدفق الحراري | 50 كيلوواط/م2 |
| معدل التدفق الاسمي | 24.0 لتر/ثانية |
| المسافة إلى السخان المخروطي | 25 مم |
| درجة حرارة واجهة FT-IR | 180°C |
| معلمات قياس FT-IR | وضع الإرسال؛ الدقة 1 سم-1; متوسط المسح لكل طيف: 10 أجزاء |
Classic قيم قياس المسعر المخروطي
توضح الأشكال التالية أهم بارامترات الحريق classic التي تشكل الأساس لتقييم سلوك الحريق:
معدل إطلاق الحرارة (HRR، الشكل 3) هو مقياس لشدة الحريق، وبالتالي فهو مؤشر رئيسي للخطر المحتمل.
يوفر معدل إنتاج الدخان (SPR، الشكل 4) معلومات عن ضعف الرؤية والتعرض المحتمل للسموم.
ويرتبط فقدان الكتلة (ML، الشكل 5) ارتباطًا مباشرًا باحتراق المواد ويوفر معلومات عن الثبات وتكوين المخلفات.
التحليل المتقدم للغازات بالأشعة تحت الحمراء المدمجة FT-IR
وبالإضافة إلى هذه البارامترات المحددة، يوفر التحليل التكميلي للأشعة تحت الحمراء بالأشعة تحت الحمراء FT-IR الآن رؤى جديدة في التركيب الكيميائي لغازات المداخن الناتجة.
مع اقتران OMEGA FT-IR، يمكن تحديد تركيبة غاز المداخن أثناء الاحتراق بدقة (الشكل 6).
تم تسجيل المكونات التالية على وجه الخصوص (انظر أيضًا الشكل 6):
- CO2 - المنتج الرئيسي للاحتراق، يرتبط باستهلاك الأكسجين
- H2O- بخار الماء الناتج عن تحلل المواد والمواد المضافة
- CO - مؤشر على الاحتراق غير الكامل (أسفكسنت عديم اللون والرائحة)
- NO - يتشكل من مركبات النيتروجين في البولي أميد
- N2O- منتج ثانوي لأكسدة النيتروكسين (مهيج للغاية للجهاز التنفسي)
- HCN - شديد السمية، ويثبط التنفس الخلوي
يتيح الاكتشاف المتزامن لهذه الغازات إجراء تقييم شامل للمواد، سواء من حيث سلوكها الحراري في الحريق (HRR، SPR، MLR) أو من حيث صلتها السمية.
الملخص
يوسع اقتران جهاز المسعر المخروطي TCC 918 مع جهاز تحليل الغازات المخروطية من بروكر أوميغا FT-IR من خلال اقتران جهاز تحليل الغازات المخروطية classic ليشمل الكشف المتزامن للعديد من الغازات السامة والغازات ذات الصلة بالحريق. وبالإضافة إلى المعلمات القياسية TCC 918 ، يمكن بالتالي الحصول على معلومات مفصلة عن تكوين غاز الدخان.
وهذا يسمح بإجراء تقييم شامل للمواد من حيث سلوك الحريق والانبعاثات السامة ومتطلبات السلامة - وهي قيمة مضافة كبيرة للبحث وتطوير المنتجات وتقييم السلامة.
وبفضل هذا المزيج من القياس الدقيق للسعرات الحرارية والتحليل الطيفي الحديث للأشعة تحت الحمراء FT-IR، يقدم NETZSCH أداة قوية لتحليل المواد المبتكرة وتقييم السلامة في اختبار الحرائق.