21.04.2026 von Aileen Sammler
Mehr Transparenz in der Brandgasanalytik: OMEGA 5 FT-IR-Kopplung am Cone Calorimeter TCC 918
Beyond Peaks and Curves: Application Insights by NETZSCH and Bruker
Die monatliche Blogserie mit Bruker Optics – Teil 4: Cone Calorimeter und FT-IR: Erweiterte Brandgasanalytik mit dem NETZSCH TCC 918
Das Brandverhalten von Materialien zu verstehen ist entscheidend für Sicherheitsbewertungen in Branchen wie Bauwesen, Transport, Elektronik und öffentlicher Infrastruktur. In diesen Anwendungen ist es nicht nur wichtig zu wissen, wie intensiv ein Material brennt, sondern auch, welche Gase während der Verbrennung freigesetzt werden.
Mehr Transparenz in der Brandgasanalytik
Das NETZSCH Cone Calorimeter TCC 918 ist ein etabliertes Gerät zur Analyse des Brandverhaltens von Materialien. Auf Basis des Sauerstoffverbrauchsprinzips bestimmt es zentrale Brandparameter, darunter O₂-, CO₂- und CO-Konzentrationen, die Wärmefreisetzungsrate (HRR), die Rauchentwicklungsrate (SPR), die Massenverlustrate (MLR) sowie die Entzündungszeit (TOI) und die Zeit bis zum Erlöschen der Flamme (TOF).
Zusammen beschreiben diese Parameter das Brandverhalten eines Materials von der Entzündung bis zum Erlöschen der Flamme und dienen häufig als Grundlage für die Modellierung realer Brandszenarien.
In diesem vierten Artikel unserer NETZSCH-Bruker-Blogserie über gekoppelte Analysenmethoden zeigen wir, wie die Kombination aus Cone-Calorimetrie und FT-IR-Gasanalytik tiefere Einblicke in Verbrennungsprozesse und toxische Emissionen ermöglicht.
Cone-Calorimetrie: Die Grundlage der Brandverhaltensanalyse
Bei einem Cone-Calorimeter-Versuch wird eine Probe einem definierten Wärmestrom durch einen Cone-Heizer ausgesetzt, gezündet und unter kontrollierten Bedingungen verbrannt. Die entstehenden Rauchgase werden über ein Abgassystem abgeführt und analysiert, um zentrale Brandparameter zu bestimmen.
Die Standard-Gasanalytik im TCC 918 konzentriert sich auf die Konzentrationen von O₂, CO und CO₂, die zur Berechnung der Wärmefreisetzungsrate (HRR) nach dem Sauerstoffverbrauchsprinzip verwendet werden. Die HRR gilt als einer der wichtigsten Indikatoren für die Brandintensität und das Gefährdungspotenzial.
Weitere typische Messgrößen des Cone Calorimeters sind:
- Rauchentwicklungsrate (Smoke Production Rate, SPR): Hinweis auf Sichtbeeinträchtigung und mögliche toxische Belastung
- Massenverlust (Mass Loss, ML): beschreibt Materialabbau und Rückstandsbildung
- Entzündungszeit (Time to Ignition, TOI) und Zeit bis zum Erlöschen der Flamme (Time to Flame Out, TOF): charakterisieren den zeitlichen Verlauf der Verbrennung
Diese Messgrößen liefern bereits ein umfassendes Bild des Brandverhaltens eines Materials. Sie geben jedoch keinen vollständigen Aufschluss über die chemische Zusammensetzung der entstehenden Brandgase.
Erweiterung der Brandprüfung durch FT-IR-Gasanalytik
Um tiefere Einblicke in Verbrennungsprozesse zu gewinnen, kann das NETZSCH Cone Calorimeter TCC 918 mit dem Bruker OMEGA 5 FT-IR-Gasanalysator gekoppelt werden.
Die Verbindung erfolgt über eine beheizte Transferleitung, die einen schnellen Gastransport erlaubt und gleichzeitig die Kondensation von Zersetzungsprodukten verhindert. Dadurch wird eine Echtzeit-FT-IR-Analyse der während des Versuchs entstehenden Brandgase ermöglicht.
Die FT-IR-Spektroskopie identifiziert Gase anhand ihrer charakteristischen Infrarot-Absorptionsspektren. Im Gegensatz zu vielen anderen Kopplungstechniken, die häufig nur qualitative oder semi-quantitative Informationen liefern, ermöglicht der OMEGA 5 FT-IR-Gasanalysator die direkte und simultane quantitative Bestimmung mehrerer Gasbestandteile im Brandgasstrom.
Neben den klassischen Verbrennungsgasen CO₂, CO und H₂O kann das System daher eine Vielzahl weiterer Komponenten gleichzeitig quantitativ erfassen, darunter:
- Kohlenwasserstoffe (z. B. Methan, Ethen, Ethin)
- Halogenverbindungen wie HCl, HBr und HF
- Stickstoffhaltige Verbindungen wie HCN, NH₃, NO, NO₂ und N₂O
- organische Verbindungen wie Formaldehyd, Benzol und Phenol
- Schwefelverbindungen wie SO₂
Diese Fähigkeit ermöglicht es, über die klassischen Brandparameter hinauszugehen und quantitative, zeitaufgelöste Informationen über toxische und brandrelevante Gase zu erhalten. Dadurch wird ein deutlich umfassenderes Verständnis von Verbrennungsprozessen und Emissionsverhalten von Materialien möglich.
Beispiel: Brandanalyse eines Polyamid-Materials
Zur Demonstration der Möglichkeiten dieses gekoppelten Systems wurde ein PA6-Textil im Cone Calorimeter untersucht.
Die klassischen Cone-Calorimeter-Messungen zeigten das typische Brandverhalten des Materials, einschließlich der Wärmefreisetzungsrate (HRR) und der Rauchentwicklungsrate (SPR). Gleichzeitig lieferte die FT-IR-Gasanalytik detaillierte Informationen über die Zusammensetzung der während der Verbrennung entstehenden Rauchgase.
Zu den nachgewiesenen Gasen gehörten unter anderem:
- CO₂ als Hauptprodukt der Verbrennung
- H₂O aus Material- und Additivzersetzung
- CO als Indikator für unvollständige Verbrennung
- NO und N₂O aus stickstoffhaltigen Polymerstrukturen
- HCN, ein hochtoxisches Gas, das die Zellatmung hemmen kann
Die simultane Detektion dieser Gase ermöglicht es Forschern und Ingenieuren, nicht nur die Brandintensität, sondern auch das toxikologische Risiko der entstehenden Brandgase zu bewerten.
Zusätzliche Einblicke durch FT-IR-Rauchgasanalyse
Neben den etablierten Cone-Calorimeter-Kenngrößen stehen mittels FT-IR Spektroskopie detaillierte Informationen zur Rauchgaszusammensetzung und zu toxischen Emissionen zur Verfügung. Damit wird eine ganzheitliche Bewertung von Materialien möglich im Hinblick auf das Brandverhalten, toxische Emissionen und Sicherheitsanforderungen.
Lesen Sie hier die ausführliche Application Note:
Dieser Artikel ist Teil unserer Blogserie über die Vorteile der Kombination thermischer und spektroskopischer Analyseverfahren im Rahmen der langjährigen Zusammenarbeit zwischen NETZSCH und Bruker.
Im nächsten Artikel widmen wir uns der Untersuchung von Zementrohstoffen mittels STA-FTIR.
Erfahren Sie mehr über unsere Brandschutzsysteme und Kopplungstechniken
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