Úvod
Chování materiálů při požáru je klíčovým faktorem při posuzování bezpečnosti v oblastech, jako je stavebnictví, doprava a elektronika. Kuželový kalorimetr NETZSCH TCC 918 (obr. 1) určuje klíčové parametry požáru na principu spotřeby kyslíku, včetně:
- Koncentrace O2,CO2 a CO
- Rychlost uvolňování tepla (HRR)
- Průměrná rychlost uvolňování tepla (ARHE)
- Rychlost produkce kouře (SPR)
- Rychlost úbytku hmotnosti (MLR)
- Doba do zapálení (TOI)
- Doba do zhasnutí plamene (TOF)
Tyto parametry poskytují komplexní obraz tepelného chování materiálu při požáru od zapálení až po zhasnutí plamene a slouží jako základ pro modelování a předpovídání skutečných požárů.
Volitelné propojení s analyzátorem plynů Bruker OMEGA FT-IR umožňuje podrobně analyzovat složení výsledných kouřových plynů. Kvantitativní detekce četných produktů rozkladu a hoření umožňuje rozsáhlé hodnocení toxických emisí a podporuje vývoj bezpečných a udržitelných materiálů.
Princip měření
Na adrese TCC 918 je vzorek vystaven definovanému tepelnému toku pomocí kuželového ohřívače, zapálen a spálen za kontrolovaných podmínek. Vzniklé spaliny se odvádějí výfukovým systémem k další analýze.
Standardně se příslušné spaliny, zejména O2, CO aCO2, analyzují pomocí analyzátoru plynů Siemens Oxymat/Ultramat. Tyto naměřené veličiny se používají k výpočtu rychlosti uvolňování tepla (HRR) podle principu spotřeby kyslíku.
Volitelná FT-IR spojka rozšiřuje tento přístup a umožňuje také kvantitativní detekci dalších produktů rozkladu a spalování. To umožňuje mnohem podrobnější zkoumání složení spalin, zejména s ohledem na toxické složky.
FT-IR spojka OMEGA
Spojení (obr. 2) je dosaženo prostřednictvím vyhřívaného přenosového vedení, podobně jako u FT-IR přenosového vedení jiných analyzátorů NETZSCH (např. TG-FT-IR). Řízení teploty zabraňuje kondenzaci, zajišťuje rychlý transport plynu a umožňuje analýzu spalin v reálném čase.
FT-IR spektroskopie současně kvantifikuje různé plyny na základě jejich charakteristických absorpčních spekter. To umožňuje detekci mnoha produktů spalování a rozkladu.
Kromě typických spalovacích plynůCO2, CO aH2Ok nim patří uhlovodíky (CH4, ethen, ethen), sloučeniny halogenů (HCl, HBr, HF), sloučeniny dusíku (HCN, NH3, NO, NO2, N2O), organické látky (akrolein, formaldehyd, benzen, fenol) a sloučeniny síry (SO2).
Tato rozšířená analýza plynů poskytuje cenné informace o potenciálně toxických vedlejších produktech, zejména v aplikacích s vysokými požadavky na požární bezpečnost, například při konstrukci kolejových vozidel.
Typickým příkladem jsou polyamidy (PA), které se díky své pevnosti a tepelné odolnosti často používají v obložení interiérů, sedadlech, izolaci kabelů a výliscích. Vyskytují se také ve veřejných budovách a domácnostech, například v podlahových krytinách, nábytku a elektrických součástkách. Jako organické polymery mohou v případě požáru uvolňovat značné množství kouře a toxických plynů, proto je pro jejich bezpečné používání zásadní podrobné zkoumání jejich chování při požáru.
Podmínky měření
Byla zkoumána textilie PA6 o rozměrech 50 x 50 x 7 mm3 (8 vrstev) a hmotnosti 10,58 g. Parametry zkoušky jsou shrnuty v tabulce 1.
Tabulka 1: Podmínky měření
| Držák vzorku | Horizontální |
|---|---|
| Tepelný tok | 50 kW/m2 |
| Jmenovitý průtok | 24.0 l/s |
| Vzdálenost ke kuželovému ohřívači | 25 mm |
| Teplota rozhraní FT-IR | 180°C |
| Parametry měření FT-IR | Transmisní režim; rozlišení: 1 cm-1; průměrné skenování na spektrum: 10dílů |
Classic Hodnoty měření kuželovým kalorimetrem
Na následujících obrázcích jsou uvedeny nejdůležitější parametry požáru classic, které tvoří základ pro posouzení chování požáru:
Rychlost uvolňování tepla (HRR, obrázek 3) je měřítkem intenzity požáru, a tedy klíčovým ukazatelem potenciálního nebezpečí.
Míra produkce kouře (SPR, obrázek 4) poskytuje informace o zhoršení viditelnosti a možné toxické expozici.
Hmotnostní ztráta (ML, obrázek 5) přímo souvisí se spalováním materiálu a poskytuje informace o stabilitě a tvorbě reziduí.
Pokročilá FT-IR analýza plynů
Kromě těchto stanovených parametrů nyní poskytuje doplňková FT-IR analýza nové poznatky o chemickém složení produkovaných spalin.
Pomocí FT-IR spojky OMEGA bylo možné přesně určit složení spalin během spalování (obr. 6).
Byly zaznamenány zejména tyto složky (viz také obrázek 6):
- CO2 - hlavní produkt spalování, koreluje se spotřebou kyslíku
- H2O- vodní pára z rozkladu materiálu a příměsí
- CO - indikátor nedokončeného spalování (bezbarvý a bezzápachový asfalt)
- NO - Vzniká ze sloučenin dusíku v polyamidu
- N2O- Vedlejší produkt OxidaceOxidace může v rámci termické analýzy popisovat různé procesy.oxidace nitroxenu (silně dráždí dýchací cesty)
- HCN - Vysoce toxický, inhibuje buněčné dýchání
Současná detekce těchto plynů umožňuje komplexní vyhodnocení materiálů, a to jak z hlediska jejich tepelného chování při požáru (HRR, SPR, MLR), tak z hlediska jejich toxikologického významu.
Souhrn
Spojení kuželového kalorimetru TCC 918 s analyzátorem plynů Bruker OMEGA FT-IR rozšiřuje analýzu požárních plynů classic o současnou detekci mnoha toxických a požárně významných plynů. Kromě standardních parametrů TCC 918, tak lze získat podrobné informace o složení kouřového plynu.
To umožňuje komplexní hodnocení materiálů z hlediska chování při požáru, toxických emisí a bezpečnostních požadavků - což představuje značnou přidanou hodnotu pro výzkum, vývoj výrobků a posuzování bezpečnosti.
Díky této kombinaci přesné kalorimetrie a moderní FT-IR spektroskopie nabízí NETZSCH výkonný nástroj pro inovativní analýzu materiálů a hodnocení bezpečnosti při požárních zkouškách.