Въведение
Поведението на материалите при пожар е решаващ фактор при оценката на безопасността в области като строителството, транспорта и електрониката. Конусовият калориметър NETZSCH TCC 918 (фигура 1) определя ключови параметри на пожара на принципа на консумацията на кислород, включително:
- Концентрации на O2,CO2 и CO
- Скорост на отделяне на топлина (HRR)
- Средна скорост на отделяне на топлина (ARHE)
- Скорост на образуване на дим (SPR)
- Степен на загуба на маса (MLR)
- Време за запалване (TOI)
- Време за изгасване на пламъка (TOF)
Тези параметри осигуряват цялостна картина на термичното поведение на даден материал при пожар - от запалването до загасването на пламъка - и служат като основа за моделиране и прогнозиране на реални пожарни събития.
Допълнителното свързване с FT-IR газовия анализатор Bruker OMEGA позволява да се анализира подробно съставът на получените димни газове. Количественото откриване на многобройни продукти на разпадане и горене дава възможност за обширна оценка на токсичните емисии и подпомага разработването на безопасни и устойчиви материали.
Принцип на измерване
В TCC 918, пробата се излага на определен топлинен поток с помощта на конусен нагревател, запалва се и изгаря при контролирани условия. Получените димни газове се прехвърлят чрез изпускателна система за по-нататъшен анализ.
Стандартно съответните димни газове, по-специално O2, CO иCO2, се анализират с помощта на газов анализатор Siemens Oxymat/Ultramat. Тези измерени променливи се използват за изчисляване на скоростта на отделяне на топлина (HRR) съгласно принципа на потребление на кислород.
Опционалната FT-IR връзка разширява този подход и също така дава възможност за количествено откриване на допълнителни продукти на разлагане и горене. Това позволява съставът на димните газове да се изследва много по-подробно, особено по отношение на токсичните компоненти.
FT-IR съединение OMEGA
Свързването (фигура 2) се постига чрез нагрята трансферна линия, подобно на свързването на FT-IR трансферната линия на други анализатори NETZSCH (напр. TG-FT-IR). Контролът на температурата предотвратява кондензацията, осигурява бърз пренос на газовете и позволява анализ на димните газове в реално време.
FT-IR спектроскопията определя едновременно количеството на различни газове въз основа на техните характерни абсорбционни спектри. Това позволява да се открият множество продукти на горене и разлагане.
В допълнение към типичните горивни газовеCO2, CO иH2O, те включват въглеводороди (CH4, етен, етилен), халогенни съединения (HCl, HBr, HF), азотни съединения (HCN, NH3, NO, NO2, N2O), органични вещества (акролеин, формалдехид, бензен, фенол) и серни съединения (SO2).
Този разширен анализ на газовете предоставя ценна информация за потенциално токсични странични продукти, особено при приложения с високи изисквания за пожарна безопасност, като например при производството на железопътни превозни средства.
Типични примери са полиамидите (PA), които често се използват в интериорни тапицерии, седалки, кабелна изолация и формовани части поради тяхната здравина и устойчивост на топлина. Те се срещат и в обществени сгради и домакинства, например в подови настилки, мебели и електрически компоненти. Като органични полимери те могат да отделят значителни количества дим и токсични газове в случай на пожар, така че подробното изследване на поведението им при пожар е от решаващо значение за безопасната им употреба.
Условия за измерване
Изследван е текстил от PA6 с размери 50 x 50 x 7 mm3 (8 слоя) и тегло 10,58 g. Параметрите на изпитването са обобщени в таблица 1.
Таблица 1: Условия за измерване
| Държач на пробата | Хоризонтално |
|---|---|
| Топлинен поток | 50 kW/m2 |
| Номинален дебит | 24.0 l/s |
| Разстояние до конусния нагревател | 25 mm |
| Температура на FT-IR интерфейса | 180°C |
| Параметри на FT-IR измерването | Режим на предаване; разделителна способност: 1 cm-1; осреднено сканиране на спектър: 10 части |
Classic Стойности на измерванията с конусен калориметър
На следващите фигури са показани най-важните параметри на пожара classic, които са в основата на оценката на поведението на пожара:
Скоростта на отделяне на топлина (HRR, фиг. 3) е мярка за интензивността на пожара и по този начин е ключов показател за потенциалната опасност.
Степента на производство на дим (СПР, фигура 4) предоставя информация за влошаване на видимостта и възможна токсична експозиция.
Загубата на маса (ЗМ, фигура 5) е пряко свързана с изгарянето на материала и дава информация за стабилността и образуването на остатъци.
Усъвършенстван FT-IR анализ на газове
В допълнение към тези установени параметри допълнителният FT-IR анализ сега дава нова представа за химическия състав на произвежданите димни газове.
С помощта на FT-IR съединението OMEGA може да се определи точно съставът на димните газове по време на горенето (фигура 6).
Бяха регистрирани по-специално следните компоненти (вж. също фигура 6):
- CO2 - основен продукт на горенето, корелира с консумацията на кислород
- H2O- Водни пари от разлагането на материала и добавките
- СО - Индикатор за непълно изгаряне (безцветен и без мирис асфант)
- NO - Образува се от азотните съединения в полиамида
- N2O- Страничен продукт от окислението на нитроксена (силно дразнещ дихателните пътища)
- HCN - Силно токсичен, потиска клетъчното дишане
Едновременното откриване на тези газове дава възможност за цялостна оценка на материалите, както по отношение на термичното им поведение при пожар (HRR, SPR, MLR), така и по отношение на тяхната токсикологична значимост.
Резюме
Свързването на конусния калориметър TCC 918 с анализатора на газове Bruker OMEGA FT-IR разширява анализа на пожарни газове classic, като включва едновременно откриване на множество токсични и пожароопасни газове. В допълнение към стандартните параметри на TCC 918, по този начин може да се получи подробна информация за състава на димните газове.
Това дава възможност за цялостна оценка на материалите по отношение на поведението при пожар, токсичните емисии и изискванията за безопасност - значителна добавена стойност за научни изследвания, разработване на продукти и оценка на безопасността.
С тази комбинация от прецизна калориметрия и модерна FT-IR спектроскопия NETZSCH предлага мощен инструмент за иновативен анализ на материалите и оценка на безопасността при изпитване на пожар.