Introduktion
Materialers brandadfærd er en afgørende faktor i sikkerhedsvurderinger inden for områder som byggeri, transport og elektronik. NETZSCH TCC 918 Cone Calorimeter (figur 1) bestemmer vigtige brandparametre baseret på iltforbrugsprincippet, herunder:
- O2-,CO2- og CO-koncentrationer
- Varmeafgivelseshastighed (HRR)
- Gennemsnitlig varmeafgivelseshastighed (ARHE)
- Røgproduktionshastighed (SPR)
- Massetabshastighed (MLR)
- Tid til antændelse (TOI)
- Tid til udflamning (TOF)
Disse parametre giver et omfattende billede af et materiales termiske brandadfærd, fra antændelse til slukning af flammen, og tjener som grundlag for modellering og forudsigelse af virkelige brandhændelser.
Valgfri kobling med Bruker OMEGA FT-IR-gasanalysatoren gør det muligt at analysere sammensætningen af de resulterende røggasser i detaljer. Den kvantitative påvisning af talrige nedbrydnings- og forbrændingsprodukter muliggør en omfattende vurdering af giftige emissioner og understøtter udviklingen af sikre, bæredygtige materialer.
Princip for måling
I TCC 918 udsættes prøven for en defineret varmestrøm ved hjælp af en keglevarmer, antændes og forbrændes under kontrollerede forhold. De resulterende røggasser overføres via et udstødningssystem til yderligere analyse.
Som standard analyseres de relevante røggasser, isærO2, CO ogCO2, ved hjælp af en Siemens Oxymat/Ultramat-gasanalysator. Disse målte variabler bruges til at beregne varmeafgivelseshastigheden (HRR) i henhold til iltforbrugsprincippet.
Den valgfrie FT-IR-kobling udvider denne tilgang og muliggør også kvantitativ påvisning af yderligere nedbrydnings- og forbrændingsprodukter. Dette gør det muligt at undersøge røggassammensætningen meget mere detaljeret, især med hensyn til giftige komponenter.
OMEGA FT-IR-kobling
Koblingen (figur 2) opnås via en opvarmet overførselslinje, der ligner FT-IR-overførselslinjekoblingen i andre NETZSCH -analysatorer (f.eks. TG-FT-IR). Temperaturkontrol forhindrer kondensering, sikrer hurtig gastransport og muliggør realtidsanalyse af røggasserne.
FT-IR-spektroskopi kvantificerer samtidig forskellige gasser baseret på deres karakteristiske absorptionsspektre. Dette gør det muligt at detektere mange forbrændings- og nedbrydningsprodukter.
Ud over de typiske forbrændingsgasserCO2, CO ogH2Oomfatter disse kulbrinter (CH4, ethen, ethyne), halogenforbindelser (HCl, HBr, HF), nitrogenforbindelser (HCN, NH3, NO, NO2, N2O), organiske stoffer (acrolein, formaldehyd, benzen, phenol) og svovlforbindelser (SO2).
Denne udvidede gasanalyse giver værdifuld information om potentielt giftige biprodukter, især i applikationer med høje brandsikkerhedskrav, som f.eks. i konstruktion af jernbanekøretøjer.
Typiske eksempler er polyamider (PA), som ofte bruges i interiør, sæder, kabelisolering og støbte dele på grund af deres styrke og varmebestandighed. De findes også i offentlige bygninger og husholdninger, f.eks. i gulvbelægninger, møbler og elektriske komponenter. Som organiske polymerer kan de frigive betydelige mængder røg og giftige gasser i tilfælde af brand, så detaljeret undersøgelse af deres brandadfærd er afgørende for sikker brug.
Målebetingelser
Et PA6-tekstil, der måler 50 x 50 x 7 mm3 (8 lag) og vejer 10,58 g, blev undersøgt. Testparametrene er opsummeret i tabel 1.
Tabel 1: Målebetingelser
| Prøveholder | Vandret |
|---|---|
| Varmestrøm | 50 kW/m2 |
| Nominel strømningshastighed | 24.0 l/s |
| Afstand til keglevarmeren | 25 mm |
| Temperatur på FT-IR-grænseflade | 180°C |
| FT-IR-måleparametre | Transmissionstilstand; opløsning: 1 cm-1; gennemsnitlige scanninger pr. spektrum: 10 dele |
Classic Måleværdier for keglekalorimeter
De følgende figurer viser de vigtigste classic brandparametre, der danner grundlag for at vurdere brandadfærd:
Varmeafgivelseshastigheden (HRR, figur 3) er et mål for brandens intensitet og dermed en nøgleindikator for potentiel fare.
Røgproduktionshastigheden (SPR, figur 4) giver oplysninger om nedsat sigtbarhed og mulig toksisk eksponering.
Massetabet (ML, figur 5) korrelerer direkte med materialets forbrænding og giver oplysninger om stabilitet og restdannelse.
Avanceret FT-IR-gasanalyse
Ud over disse etablerede parametre giver supplerende FT-IR-analyse nu ny indsigt i den kemiske sammensætning af de producerede røggasser.
Med OMEGA FT-IR-koblingen kunne røggassammensætningen under forbrændingen bestemmes præcist (figur 6).
Følgende komponenter blev især registreret (se også figur 6):
- CO2 - Hovedprodukt fra forbrænding, korrelerer med iltforbrug
- H2O- Vanddamp fra NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning af materialer og tilsætningsstoffer
- CO - Indikator for ufuldstændig forbrænding (farveløs og lugtfri kvælstof)
- NO - dannes af kvælstofforbindelser i polyamid
- N2O- Biprodukt af nitroxenoxidation (stærkt irriterende for luftvejene)
- HCN - Meget giftig, hæmmer cellulær respiration
Den samtidige påvisning af disse gasser muliggør en omfattende evaluering af materialerne, både hvad angår deres termiske brandadfærd (HRR, SPR, MLR) og deres toksikologiske relevans.
Sammenfatning
Koblingen af TCC 918 Cone Calorimeter med Bruker OMEGA FT-IR gasanalysator udvider classic brandgasanalyse til at omfatte samtidig påvisning af adskillige giftige og brandrelevante gasser. Ud over standardparametrene på TCC 918 kan der således opnås detaljerede oplysninger om røggassens sammensætning.
Dette giver mulighed for en holistisk evaluering af materialer med hensyn til brandadfærd, giftige emissioner og sikkerhedskrav - en betydelig merværdi for forskning, produktudvikling og sikkerhedsvurdering.
Med denne kombination af præcis kalorimetri og moderne FT-IR-spektroskopi tilbyder NETZSCH et stærkt værktøj til innovativ materialeanalyse og sikkerhedsvurdering i forbindelse med brandtest.