Въведение
Изпитванията за пожарна безопасност играят решаваща роля за осигуряването на личната безопасност, спазването на законовите изисквания и минимизирането на потенциалните имуществени щети, като оценяват поведението на материалите и системите при пожар. Контролираните изпитвания проверяват дали продуктите могат да издържат на топлина, да ограничат разпространението на огъня и да гарантират надеждното функциониране на критични сградни системи, като пожароизвестителни и пожарогасителни системи, в случай на авария.
Пожарните изпитвания потвърждават също така съответствието с националните и международните стандарти за пожарна безопасност, които са съществени предпоставки за издаването на разрешения за строеж и сертифицирането на продукти. Същевременно се оценява реалното представяне на материалите и защитните системи, за да се гарантира, че те осигуряват достатъчно време за безопасна евакуация и ограничават последствията от пожар.
Методът TCC
Беше изследван еталонен материал на полимерна основа. В рамките на проект за разработка бяха произведени няколко варианта с целенасочени модификации на материала, с цел систематичен анализ на тяхното влияние върху ключовите параметри на пожароустойчивостта.
Акцентът беше поставен върху определянето на степента, в която параметрите, свързани с пожарната безопасност, се променят в сравнение с референтния материал, както и върху установяването на взаимовръзки между тези параметри.
За експерименталното изследване беше използван методът „ TCC 918 “ (фигура 1). Този метод позволява едновременното определяне на няколко параметъра, свързани с пожарната безопасност, включително:
- Време до възпламеняване (TOI)
- Максимална скорост на отделяне на топлина (HHRmax)
- Общо количество отделен дим (TSR)
- Загуба на маса по време на горенето
По този начин конусната калориметрия позволява цялостно охарактеризиране на пожарното поведение на материали на полимерна основа при определени и възпроизводими пожарни условия.
Определянето на скоростта на отделяне на топлина се основава на принципа на консумацията на кислород, при който отделената топлина се изчислява въз основа на измерената консумация на кислород от горивните газове.
Условия за измерване
Измерванията бяха проведени с конусния калориметър „ NETZSCH “ TCC 918 в съответствие с ISO 5660-1. Параметрите на измерването са посочени в таблица 1.
Таблица 1: Условия за измерване
| Държач за проби | Хоризонтален |
| Топлинен поток | 50kW/m² |
| Номинален топлинен поток | 24,0 л/с |
| Разстояние до конусния нагревател | 25 мм |
Пробите бяха разположени хоризонтално в държача за проби и бяха подложени на постоянна плътност на топлинния поток от 50 kW/m². Това термично натоварване съответства на типичен пожарен сценарий, което позволява реалистична оценка на поведението при пожар.
По време на измерването непрекъснато се регистрираха скоростта на отделяне на топлина, образуването на дим и загубата на маса.
Серията от изпитвания включваше следните материали:
- Стандартен материал
- Варианти за разработка А, Б, В и Г
Всички проби бяха материали на полимерна основа със следните геометрични свойства:
- Площ: 100 x 100 mm
- Дебелина: 3,3 – 3,9 мм
- Маса: 53 – 62 g
Макар че основният материал е сходна във всички случаи, вариантите са специално модифицирани. Фигура 2 показва пробите в държача за проби преди измерването.
Резултати от измерванията
Поведение при запалване – закъснението като цел на разработката
Измерените времена до възпламеняване (TOI1) варираха от 69 s до 86 s.
С 86 s вариант А показа най-дългото време до възпламеняване, докато стандартният материал се намираше в средния диапазон на тестваните материали.
Резултатите показват, че целенасочените модификации могат да подобрят устойчивостта на възпламеняване. По-дългото време до възпламеняване означава, че материалът преминава към самоподдържащо се горене на по-късен етап при идентично термично натоварване.
1TOI(време до възпламеняване): Времеви интервал от началото на отделянето на топлина до възпламеняването на пробата.
Отделяне на топлина – стандартът остава еталон
Максималните стойности на отделяната топлина (HRRmax2) варираха между 102 и 128kW/m2 (виж фигура 3).
Стандартният материал показа най-ниската максимална скорост на отделяне на топлина, докато вариантите за разработка от А до Г показаха сравними или малко по-високи стойностина HRRmax.
Не беше наблюдавано допълнително намаляване на максималната скорост на отделяне на топлина в сравнение с референтния материал. По отношение на максималното отделяне на топлина стандартният материал следователно остава еталонът.
Макар че бяха наблюдавани само умерени разлики по отношение на запалителното поведение и максималното отделяне на топлина, между материалите се наблюдаваха по-изразени разлики по отношение на образуването на дим.
2HRRmax: Максимална скорост на отделяне на топлина; най-високата измерена стойност на HRR по време на изпитването и параметър за максималната интензивност на пожара.
Образуване на дим – ясно разграничение
Както е показано на фигура 4, най-големите разлики между материалите са очевидни при образуването на дим.
Стандартният материал показва най-ниското общо отделяне на дим (TSR3). Вариант C показва най-високото отделяне на дим, докато варианти A, B и D са в средния диапазон.
3TSR(Total Smoke Release – Общо отделяне на дим): Общото количество дим, отделено по време на изпитването; интегрален параметър за количествена оценка на отделянето на дим през цялата продължителност на пожара.
Тези резултати показват, че подобряването на отделни параметри, като например времето за възпламеняване, не води непременно до намаляване на отделянето на дим. Следователно пожарното поведение на полимерните материали представлява многоизмерна оптимизационна задача, при която промените в състава на материала могат да окажат различно влияние върху поведението при възпламеняване, отделянето на топлина и образуването на дим.
Загуба на маса – сравними механизми на разграждане
Относителната загуба на маса по време на измерването варираше от 14% до 21% (виж фигура 5). Изразяването на резултатите като относителна загуба на маса позволява директно сравнение на профилите на разграждане, въпреки незначителните разлики в масата на пробите. Има само незначителни разлики във времевото протичане на разграждането на материала сред изследваните варианти. Подобните профили на кривите сочат, че всички материали претърпяват термично разлагане и изгаряне по сравним начин. Стандартният материал показва малко по-ниска загуба на маса в началото на изгарянето, а кривите се сближават с продължаването на процеса.
Описание на пробата след измерването
След приключване на измерванията при всички материали беше наблюдавано образуване на значителни остатъци (фигура 6). Разликите в структурата, целостта и повърхностните характеристики на остатъците корелират с наблюдаваните вариации в профила на изгарянето.
Резюме
Конусната калориметрия с използване на системата „ NETZSCH “ ( TCC 918 ) позволява едновременното измерване на отделянето на топлина, образуването на дим и загубата на маса, като осигурява изчерпателна експериментална основа за оценка и оптимизиране на полимерните материали по отношение на тяхното пожарно поведение.
Изследването на варианти на еталонен материал на полимерна основа разкрива значителни разлики в отделните параметри, свързани с пожарната безопасност.
Сред тестваните материали вариант А постига най-дългото време за възпламеняване – 86 s, като по този начин показва най-високата устойчивост на възпламеняване.
Стандартният материал обаче остава еталонът по отношение на максималната скорост на отделяне на топлина, тъй като показва най-нискатаHRRmax.
Стандартният материал проявява и най-благоприятните свойства по отношение на образуването на дим, с най-ниското общо отделяне на дим; докато вариант В показва най-високото отделяне на дим.
Относителната загуба на маса за всички материали се намира в сходен диапазон между 14 и 11 %, което показва сравними механизми на термично разлагане.
Резултатите показват, че едновременната оптимизация на всички параметри, свързани с пожарната безопасност, не е лесно постижима. Подобряването на отделните параметри може да бъде съпътствано от промени в други характеристики на пожарната безопасност.
Конусната калориметрия позволява чувствително разграничаване дори между близко свързани състави на материалите.