Indledning
Brandprøvninger spiller en afgørende rolle for at sikre personsikkerheden, opfylde lovmæssige krav og minimere potentielle materielle skader ved at vurdere, hvordan materialer og systemer opfører sig under brandforhold. Kontrollerede prøvninger verificerer, om produkter kan modstå varme, begrænse brandspredning og garantere pålidelig drift af kritiske bygningssystemer, såsom brandalarmer og brandslukningssystemer, i en nødsituation.
Brandprøvninger bekræfter desuden overholdelsen af nationale og internationale brandsikkerhedsstandarder, som er væsentlige forudsætninger for byggetilladelser og produktcertificeringer. Samtidig vurderes materialers og beskyttelsessystemers faktiske ydeevne for at sikre, at de giver tilstrækkelig tid til sikker evakuering og begrænser brandens konsekvenser.
TCC-metoden
Et polymerbaseret referencemateriale blev undersøgt. Som led i et udviklingsprojekt blev der fremstillet flere varianter med målrettede materialemodifikationer for systematisk at analysere deres indflydelse på centrale parametre for brandadfærd.
Fokus var på at fastslå, i hvilket omfang brandrelaterede parametre ændrer sig i forhold til referencematerialet, samt at identificere sammenhænge mellem disse parametre.
Til den eksperimentelle undersøgelse blev der anvendt den såkaldte " TCC 918 " (figur 1). Denne metode muliggør samtidig bestemmelse af flere brandrelevante parametre, herunder:
- Tid til antændelse (TOI)
- Maksimal varmeafgivelseshastighed (HHRmax)
- Samlet røgudledning (TSR)
- Massetab under forbrænding
Keglekalorimetri muliggør således en omfattende karakterisering af brandadfærden hos polymerbaserede materialer under definerede og reproducerbare brandforhold.
Bestemmelsen af varmeafgivelseshastigheden er baseret på iltforbrugsprincippet, hvor den frigivne varme beregnes ud fra det målte iltforbrug i forbrændingsgasserne.
Målebetingelser
Målingerne blev udført med et keglekalorimeter fra NETZSCH TCC 918 i overensstemmelse med ISO 5660-1. Måleparametrene er angivet i tabel 1.
Tabel 1: Målebetingelser
| Prøveholder | Vandret |
| Varmestrøm | 50kW/m² |
| Nominel varmestrøm | 24,0 l/s |
| Afstand til keglevarmeren | 25 mm |
Prøverne blev anbragt vandret i prøveholderen og udsat for en konstant varmestrømstæthed på 50 kW/m². Denne termiske StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning svarer til et typisk brandscenarie, hvilket muliggør en realistisk vurdering af brandadfærd.
Under målingen blev varmeafgivelseshastigheden, røgudviklingen og massetabet løbende registreret.
Testserien omfattede følgende materialer:
- Standardmateriale
- Udviklingsvarianter A, B, C og D
Alle prøver var polymerbaserede materialer med følgende geometriske egenskaber:
- Areal: 100 x 100 mm
- Tykkelse: 3,3 – 3,9 mm
- Masse: 53–62 g
Selvom materialegrundlaget er sammenligneligt i alle tilfælde, er varianterne blevet specifikt modificeret. Figur 2 viser prøverne i prøveholderen før målingen.
Måleresultater
Tændingsadfærd – forsinkelse som udviklingsmål
De målte tider til antændelse (TOI1) varierede fra 69 s til 86 s.
Med 86 s udviste variant A den længste tid til antændelse, mens standardmaterialet lå i det midterste interval blandt de testede materialer.
Resultaterne viser, at målrettede ændringer kan forbedre antændelsesmodstanden. En længere antændelsestid betyder, at materialet først overgår til selvopretholdende forbrænding på et senere tidspunkt under identisk termisk StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning.
1TOI(Time to Ignition): Tidsrummet fra starten af varmeafgivelsen, indtil prøven antændes.
Varmeafgivelse – standarden er fortsat målestokken
De maksimale varmeafgivelseshastigheder (HRRmax2) lå mellem 102 og 128kW/m² (se figur 3).
Standardmaterialet udviste den laveste maksimale varmeafgivelseshastighed, mens udviklingsvarianterne A til D viste sammenlignelige eller lidt højereHRRmax-værdier.
Der blev ikke observeret nogen yderligere reduktion i den maksimale varmeafgivelseshastighed sammenlignet med referencematerialet. Med hensyn til den maksimale varmeafgivelse forbliver standardmaterialet derfor referencepunktet.
Mens der kun blev observeret moderate forskelle med hensyn til antændelsesadfærd og maksimal varmeafgivelse, forekom der mere markante forskelle mellem materialerne med hensyn til røgudvikling.
2HRRmax: Maksimal varmeafgivelseshastighed; den højeste målte HRR-værdi under testen og parameter for den maksimale brandintensitet.
Røgudvikling – Tydelig forskel
Som det fremgår af figur 4, er de største forskelle mellem materialerne tydelige i røgudviklingen.
Standardmaterialet udviser den laveste samlede røgudledning (TSR3). Variant C viser den højeste røgproduktion, mens varianterne A, B og D ligger i mellemområdet.
3TSR(Total Smoke Release): Den samlede mængde røg, der frigives under testen; en integreret parameter til kvantitativ vurdering af røgudviklingen over hele brandens varighed.
Disse resultater viser, at en forbedring af enkelte parametre, såsom antændelsestid, ikke nødvendigvis mindsker røgudviklingen. Brandadfærden hos polymermaterialer udgør derfor et flerdimensionelt optimeringsproblem, hvor ændringer i materialesammensætningen kan påvirke antændelsesadfærd, varmeafgivelse og røgudvikling på forskellig vis.
Massetab – sammenlignelige nedbrydningsmekanismer
Det relative massetab under målingen varierede fra 14 % til 21 % (se figur 5). Ved at udtrykke resultaterne som relativt massetab er det muligt at foretage en direkte sammenligning af nedbrydningsprofilerne, trods mindre forskelle i prøvernes masse. Der er kun mindre forskelle i det tidsmæssige forløb af materialenedbrydningen blandt de undersøgte varianter. De ensartede kurveprofiler tyder på, at alle materialer gennemgår termisk NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning og forbrænding på en sammenlignelig måde. Standardmaterialet udviser et lidt lavere massetab ved forbrændingens start, og kurverne konvergerer, efterhånden som processen fortsætter.
Beskriv prøven efter målingen
Efter afslutningen af målingerne blev der observeret en betydelig restdannelses for alle materialer (figur 6). Forskellene i resternes struktur, integritet og overfladeegenskaber korrelerer med de variationer, der blev observeret i forbrændingsprofilen.
Resumé
Keglekalorimetri ved hjælp af NETZSCH TCC 918 gør det muligt at måle varmeafgivelse, røgudvikling og massetab samtidigt, hvilket giver et omfattende eksperimentelt grundlag for vurdering og optimering af polymermaterialer med hensyn til deres brandadfærd.
Undersøgelsen af varianter af et polymerbaseret referencemateriale afslører betydelige forskelle i de enkelte brandrelaterede parametre.
Blandt de testede materialer opnår variant A den længste antændelsestid på 86 s og udviser dermed den højeste antændelsesmodstand.
Standardmaterialet er dog fortsat benchmark med hensyn til den maksimale varmeafgivelseshastighed, da det udviser den lavesteHRRmax.
Standardmaterialet udviser også de mest gunstige røgudviklingsegenskaber med den laveste samlede røgudledning, mens variant C viser den højeste røgproduktion.
Det relative massetab for alle materialer ligger inden for et lignende interval på mellem 14 og 11 %, hvilket indikerer sammenlignelige termiske nedbrydningsmekanismer.
Resultaterne viser, at det ikke er let at opnå en samtidig optimering af alle brandrelaterede parametre. Forbedring af individuelle parametre kan ledsages af ændringer i andre brandegenskaber.
Keglekalorimetri muliggør en følsom differentiering selv mellem tæt beslægtede materialesammensætninger.