Εισαγωγή
Η συμπεριφορά των υλικών στη φωτιά αποτελεί κρίσιμο παράγοντα για την αξιολόγηση της ασφάλειας σε τομείς όπως οι κατασκευές, οι μεταφορές και τα ηλεκτρονικά. Το NETZSCH TCC 918 Cone Calorimeter (εικόνα 1) προσδιορίζει βασικές παραμέτρους πυρκαγιάς με βάση την αρχή της κατανάλωσης οξυγόνου, όπως:
- Συγκεντρώσεις O2,CO2 και CO
- Ρυθμός έκλυσης θερμότητας (HRR)
- Μέσος ρυθμός έκλυσης θερμότητας (ARHE)
- Ρυθμός παραγωγής καπνού (SPR)
- Ρυθμός απώλειας μάζας (MLR)
- Χρόνος ανάφλεξης (TOI)
- Χρόνος σβέσης (TOF)
Αυτές οι παράμετροι παρέχουν μια ολοκληρωμένη εικόνα της θερμικής συμπεριφοράς ενός υλικού σε πυρκαγιά, από την ανάφλεξη έως τη σβέση της φλόγας, και χρησιμεύουν ως βάση για τη μοντελοποίηση και την πρόβλεψη πραγματικών συμβάντων πυρκαγιάς.
Η προαιρετική σύζευξη με τον αναλυτή αερίων Bruker OMEGA FT-IR επιτρέπει τη λεπτομερή ανάλυση της σύνθεσης των αερίων καπνού που προκύπτουν. Η ποσοτική ανίχνευση πολυάριθμων προϊόντων αποσύνθεσης και καύσης επιτρέπει την εκτεταμένη αξιολόγηση των τοξικών εκπομπών και υποστηρίζει την ανάπτυξη ασφαλών, βιώσιμων υλικών.
Αρχή μέτρησης
Στο TCC 918, το δείγμα εκτίθεται σε καθορισμένη ροή θερμότητας με τη χρήση κωνικού θερμαντήρα, αναφλέγεται και καίγεται υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Τα προκύπτοντα καυσαέρια μεταφέρονται μέσω ενός συστήματος εξάτμισης για περαιτέρω ανάλυση.
Κατά κανόνα, τα σχετικά καυσαέρια, ιδίως το O2, το CO και τοCO2, αναλύονται με αναλυτή αερίων Siemens Oxymat/Ultramat. Αυτές οι μετρούμενες μεταβλητές χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του ρυθμού έκλυσης θερμότητας (HRR) σύμφωνα με την αρχή της κατανάλωσης οξυγόνου.
Η προαιρετική ζεύξη FT-IR επεκτείνει αυτή την προσέγγιση και επιτρέπει επίσης την ποσοτική ανίχνευση περαιτέρω προϊόντων αποσύνθεσης και καύσης. Αυτό επιτρέπει την εξέταση της σύνθεσης των καυσαερίων με πολύ μεγαλύτερη λεπτομέρεια, ιδίως όσον αφορά τα τοξικά συστατικά.
Σύζευξη OMEGA FT-IR
Η σύζευξη (σχήμα 2) επιτυγχάνεται μέσω μιας θερμαινόμενης γραμμής μεταφοράς, παρόμοια με τη σύζευξη γραμμής μεταφοράς FT-IR άλλων αναλυτών NETZSCH (π.χ. TG-FT-IR). Ο έλεγχος της θερμοκρασίας αποτρέπει τη συμπύκνωση, εξασφαλίζει τη γρήγορη μεταφορά αερίων και επιτρέπει την ανάλυση των καυσαερίων σε πραγματικό χρόνο.
Η φασματοσκοπία FT-IR ποσοτικοποιεί ταυτόχρονα διάφορα αέρια με βάση τα χαρακτηριστικά φάσματα απορρόφησής τους. Αυτό επιτρέπει την ανίχνευση πολυάριθμων προϊόντων καύσης και αποσύνθεσης.
Εκτός από τα τυπικά αέρια καύσηςCO2, CO καιH2O, αυτά περιλαμβάνουν υδρογονάνθρακες (CH4, αιθένιο, αιθίνιο), ενώσεις αλογόνων (HCl, HBr, HF), ενώσεις αζώτου (HCN, NH3, NO, NO2, N2O), οργανικές ουσίες (ακρολεΐνη, φορμαλδεΰδη, βενζόλιο, φαινόλη) και ενώσεις θείου (SO2).
Αυτή η εκτεταμένη ανάλυση αερίων παρέχει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τα δυνητικά τοξικά παραπροϊόντα, ιδίως σε εφαρμογές με υψηλές απαιτήσεις πυρασφάλειας, όπως στην κατασκευή σιδηροδρομικών οχημάτων.
Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι τα πολυαμίδια (PA), τα οποία χρησιμοποιούνται συχνά σε εσωτερικές επενδύσεις, καθίσματα, μονώσεις καλωδίων και χυτά μέρη λόγω της αντοχής και της θερμικής τους αντοχής. Βρίσκονται επίσης σε δημόσια κτίρια και νοικοκυριά, για παράδειγμα, σε επενδύσεις δαπέδων, έπιπλα και ηλεκτρικά εξαρτήματα. Ως οργανικά πολυμερή, μπορούν να απελευθερώσουν σημαντικές ποσότητες καπνού και τοξικών αερίων σε περίπτωση πυρκαγιάς, οπότε η λεπτομερής διερεύνηση της συμπεριφοράς τους στη φωτιά είναι ζωτικής σημασίας για την ασφαλή χρήση τους.
Συνθήκες μέτρησης
Εξετάστηκε ένα ύφασμα PA6 διαστάσεων 50 x 50 x 7 mm3 (8 στρώσεις) και βάρους 10,58 g. Οι παράμετροι της δοκιμής συνοψίζονται στον πίνακα 1.
Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης
| Δοχείο δείγματος | Οριζόντια |
|---|---|
| Ροή θερμότητας | 50 kW/m2 |
| Ονομαστικός ρυθμός ροής | 24.0 l/s |
| Απόσταση από τον κωνικό θερμαντήρα | 25 mm |
| Θερμοκρασία διεπαφής FT-IR | 180°C |
| Παράμετροι μέτρησης FT-IR | Λειτουργία μετάδοσης- ανάλυση: 1 cm-1, μέσες σαρώσεις ανά φάσμα: 10 μέρη |
Classic Τιμές μέτρησης με κωνικό θερμιδόμετρο
Στα ακόλουθα σχήματα παρουσιάζονται οι σημαντικότερες παράμετροι πυρκαγιάς classic που αποτελούν τη βάση για την αξιολόγηση της συμπεριφοράς της πυρκαγιάς:
Ο ρυθμός έκλυσης θερμότητας (HRR, σχήμα 3) είναι ένα μέτρο της έντασης της πυρκαγιάς και, συνεπώς, ένας βασικός δείκτης δυνητικού κινδύνου.
Ο ρυθμός παραγωγής καπνού (SPR, σχήμα 4) παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη μείωση της ορατότητας και την πιθανή έκθεση σε τοξικές ουσίες.
Η απώλεια μάζας (ML, σχήμα 5) συσχετίζεται άμεσα με την καύση του υλικού και παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη σταθερότητα και το σχηματισμό υπολειμμάτων.
Προηγμένη ανάλυση αερίου FT-IR
Εκτός από αυτές τις καθιερωμένες παραμέτρους, η συμπληρωματική ανάλυση FT-IR παρέχει τώρα νέες πληροφορίες για τη χημική σύνθεση των παραγόμενων καυσαερίων.
Με τη ζεύξη OMEGA FT-IR, η σύνθεση των καυσαερίων κατά την καύση μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια (εικόνα 6).
Ειδικότερα, καταγράφηκαν τα ακόλουθα στοιχεία (βλέπε επίσης εικόνα 6):
- CO2 - Κύριο προϊόν της καύσης, συσχετίζεται με την κατανάλωση οξυγόνου
- H2O- Υδρατμοί από την αποσύνθεση υλικών και προσθέτων
- CO - Δείκτης ατελούς καύσης (άχρωμο και άοσμο ασφυξιογόνο)
- NO - Σχηματίζεται από ενώσεις αζώτου στο πολυαμίδιο
- N2O- Υποπροϊόν της οξείδωσης του νιτροξένου (ιδιαίτερα ερεθιστικό για την αναπνευστική οδό)
- HCN - Εξαιρετικά τοξικό, αναστέλλει την κυτταρική αναπνοή
Η ταυτόχρονη ανίχνευση αυτών των αερίων επιτρέπει την ολοκληρωμένη αξιολόγηση των υλικών, τόσο όσον αφορά τη θερμική συμπεριφορά τους στη φωτιά (HRR, SPR, MLR) όσο και την τοξικολογική τους σημασία.
Περίληψη
Η σύζευξη του κωνικού θερμιδόμετρου TCC 918 με τον αναλυτή αερίων Bruker OMEGA FT-IR επεκτείνει την ανάλυση αερίων πυρκαγιάς classic ώστε να περιλαμβάνει την ταυτόχρονη ανίχνευση πολλών τοξικών και σχετικών με την πυρκαγιά αερίων. Εκτός από τις τυπικές παραμέτρους του TCC 918, μπορούν έτσι να ληφθούν λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση του αερίου καπνού.
Αυτό επιτρέπει την ολιστική αξιολόγηση των υλικών όσον αφορά τη συμπεριφορά στη φωτιά, τις τοξικές εκπομπές και τις απαιτήσεις ασφαλείας - μια σημαντική προστιθέμενη αξία για την έρευνα, την ανάπτυξη προϊόντων και την αξιολόγηση της ασφάλειας.
Με αυτόν τον συνδυασμό ακριβούς θερμιδομετρίας και σύγχρονης φασματοσκοπίας FT-IR, το NETZSCH προσφέρει ένα ισχυρό εργαλείο για την καινοτόμο ανάλυση υλικών και την αξιολόγηση της ασφάλειας σε δοκιμές πυρκαγιάς.