Úvod
Požární zkoušky hrají klíčovou roli při zajišťování osobní bezpečnosti, plnění zákonných požadavků a minimalizaci potenciálních škod na majetku, a to prostřednictvím hodnocení chování materiálů a systémů v podmínkách požáru. Řízené zkoušky ověřují, zda výrobky odolávají teplu, omezují šíření požáru a zaručují spolehlivou funkci kritických stavebních systémů, jako jsou požární poplachy a hasicí systémy, v případě nouze.
Požární zkoušky rovněž potvrzují soulad s národními a mezinárodními normami požární bezpečnosti, které jsou nezbytným předpokladem pro vydání stavebního povolení a certifikaci výrobků. Současně se hodnotí skutečná účinnost materiálů a ochranných systémů, aby bylo zajištěno, že poskytují dostatek času pro bezpečnou evakuaci a omezují dopady požáru.
Metoda TCC
Byl zkoumán referenční materiál na bázi polymeru. V rámci vývojového projektu bylo vyrobeno několik variant s cílenými úpravami materiálu za účelem systematické analýzy jejich vlivu na klíčové parametry požární odolnosti.
Důraz byl kladen na zjištění, do jaké míry se parametry související s požárem mění ve srovnání s referenčním materiálem, a na identifikaci korelací mezi těmito parametry.
Pro experimentální zkoumání byla použita metoda „ TCC 918 “ (obrázek 1). Tato metoda umožňuje současné stanovení několika parametrů relevantních pro požární chování, včetně:
- Doba do vznícení (TOI)
- Maximální rychlost uvolňování tepla (HHRmax)
- Celkové uvolnění kouře (TSR)
- Úbytek hmotnosti během hoření
Kónická kalorimetrie tak umožňuje komplexní charakterizaci chování materiálů na bázi polymerů při hoření za definovaných a reprodukovatelných podmínek.
Stanovení rychlosti uvolňování tepla je založeno na principu spotřeby kyslíku, přičemž uvolněné teplo se vypočítává z naměřené spotřeby kyslíku ve spalovacích plynech.
Měřicí podmínky
Měření byla provedena pomocí kuželového kalorimetru společnosti NETZSCH TCC 918 v souladu s normou ISO 5660-1. Parametry měření jsou uvedeny v tabulce 1.
Tabulka 1: Podmínky měření
| Držák vzorku | Vodorovně |
| Teplotní tok | 50kW/m² |
| Jmenovitý tepelný tok | 24,0 l/s |
| Vzdálenost od kuželového ohřívače | 25 mm |
Vzorky byly umístěny vodorovně do držáku vzorků a vystaveny konstantní hustotě tepelného toku 50 kW/m². Toto tepelné zatížení odpovídá typickému požárnímu scénáři, což umožňuje realistické posouzení chování materiálu při požáru.
Během měření byly průběžně zaznamenávány rychlost uvolňování tepla, tvorba kouře a úbytek hmotnosti.
Série zkoušek zahrnovala následující materiály:
- Standardní materiál
- Vývojové varianty A, B, C a D
Všechny vzorky byly materiály na bázi polymerů s následujícími geometrickými vlastnostmi:
- Plocha: 100 x 100 mm
- Tloušťka: 3,3–3,9 mm
- Hmotnost: 53–62 g
Zatímco základní materiál je ve všech případech srovnatelný, jednotlivé varianty byly specificky upraveny. Obrázek 2 znázorňuje vzorky v držáku vzorků před měřením.
Výsledky měření
Chování při zapalování – zpoždění jako cíl vývoje
Naměřené doby do vznícení (TOI1) se pohybovaly v rozmezí od 69 s do 86 s.
Varianta A vykazovala s hodnotou 86 s nejdelší dobu do vznícení, zatímco standardní materiál se nacházel ve středním rozmezí testovaných materiálů.
Výsledky ukazují, že cílené úpravy mohou zvýšit odolnost proti vznícení. Delší doba vznícení znamená, že materiál přechází k samovolnému hoření v pozdější fázi při stejném tepelném zatížení.
1TOI(Time to Ignition – doba do vznícení): Časový úsek od začátku uvolňování tepla do vznícení vzorku.
Uvolňování tepla – norma zůstává měřítkem
Maximální hodnoty tepelného výdeje (HRRmax2) se pohybovaly v rozmezí 102 až 128kW/m² (viz obrázek 3).
Standardní materiál vykazoval nejnižší maximální rychlost uvolňování tepla, zatímco vývojové varianty A až D vykazovaly srovnatelné nebo mírně vyšší hodnotyHRRmax.
Ve srovnání s referenčním materiálem nebylo zaznamenáno žádné další snížení maximální rychlosti uvolňování tepla. Pokud jde o maximální uvolňování tepla, zůstává tedy standardní materiál referenčním měřítkem.
Zatímco v chování při vznícení a maximálním uvolňování tepla byly zaznamenány pouze mírné rozdíly, mezi materiály se objevily výraznější rozdíly, pokud jde o tvorbu kouře.
2HRRmax: Maximální rychlost uvolňování tepla; nejvyšší naměřená hodnota HRR během zkoušky a parametr pro maximální intenzitu hoření.
Tvorba kouře – zřetelný rozdíl
Jak je patrné z obrázku 4, největší rozdíly mezi materiály jsou patrné ve vývoji kouře.
Standardní materiál vykazuje nejnižší celkové uvolňování kouře (TSR3). Varianta C vykazuje nejvyšší tvorbu kouře, zatímco varianty A, B a D se nacházejí ve středním rozmezí.
3TSR(Total Smoke Release – celkové uvolnění kouře): Celkové množství kouře uvolněného během zkoušky; integrální parametr pro kvantitativní hodnocení tvorby kouře po celou dobu trvání požáru.
Tyto výsledky ukazují, že zlepšení jednotlivých parametrů, jako je například doba vznícení, nemusí nutně vést ke snížení uvolňování kouře. Chování polymerních materiálů při hoření proto představuje vícerozměrný optimalizační problém, při kterém změny ve složení materiálu mohou různě ovlivňovat chování při vznícení, uvolňování tepla a tvorbu kouře.
Úbytek hmotnosti – srovnatelné mechanismy degradace
Relativní úbytek hmotnosti během měření se pohyboval v rozmezí 14 % až 21 % (viz obrázek 5). Vyjádření výsledků jako relativního úbytku hmotnosti umožňuje přímé srovnání profilů degradace, a to i přes drobné rozdíly v hmotnosti vzorků. V časovém průběhu degradace materiálu mezi zkoumanými variantami existují pouze nepatrné rozdíly. Podobné profily křivek naznačují, že všechny materiály procházejí tepelným rozkladem a hořením srovnatelným způsobem. Standardní materiál vykazuje na začátku hoření mírně nižší úbytek hmotnosti a křivky se v průběhu procesu sbližují.
Stav vzorku po měření
Po dokončení měření byla u všech materiálů pozorována významná tvorba zbytků (obrázek 6). Rozdíly ve struktuře, integritě a povrchových vlastnostech zbytků korelují s pozorovanými odchylkami v profilu spalování.
Shrnutí
Kónická kalorimetrie s využitím systému NETZSCH TCC 918 umožňuje souběžné měření uvolňování tepla, tvorby kouře a úbytku hmotnosti, čímž poskytuje komplexní experimentální základ pro hodnocení a optimalizaci polymerních materiálů z hlediska jejich požárního chování.
Zkoumání variant referenčního materiálu na bázi polymeru odhaluje významné rozdíly v jednotlivých parametrech souvisejících s hořením.
Z testovaných materiálů dosahuje varianta A nejdelší doby vznícení, a to 86 s, čímž vykazuje nejvyšší odolnost proti vznícení.
Standardní materiál však zůstává měřítkem, pokud jde o maximální rychlost uvolňování tepla, protože vykazuje nejnižší hodnotuHRRmax.
Standardní materiál také vykazuje nejpříznivější vlastnosti z hlediska vývoje kouře s nejnižším celkovým uvolněním kouře, zatímco varianta C vykazuje nejvyšší tvorbu kouře.
Relativní úbytek hmotnosti u všech materiálů se pohybuje v podobném rozmezí mezi 14 a 11 %, což naznačuje srovnatelné mechanismy tepelného rozkladu.
Výsledky ukazují, že současná optimalizace všech parametrů souvisejících s požárem není snadno dosažitelná. Zlepšení jednotlivých parametrů může být doprovázeno změnami v jiných charakteristikách požární odolnosti.
Kónická kalorimetrie umožňuje citlivé rozlišení i mezi velmi podobnými složeními materiálů.