Εισαγωγή
Οι δοκιμές πυρασφάλειας διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη διασφάλιση της προσωπικής ασφάλειας, στην τήρηση των νομικών απαιτήσεων και στην ελαχιστοποίηση πιθανών υλικών ζημιών, αξιολογώντας τη συμπεριφορά των υλικών και των συστημάτων υπό συνθήκες πυρκαγιάς. Οι ελεγχόμενες δοκιμές επαληθεύουν εάν τα προϊόντα μπορούν να αντέξουν τη θερμότητα, να περιορίσουν την εξάπλωση της φωτιάς και να εγγυηθούν την αξιόπιστη λειτουργία κρίσιμων συστημάτων του κτιρίου, όπως τα συστήματα πυρανίχνευσης και κατάσβεσης, σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.
Οι δοκιμές πυρασφάλειας επιβεβαιώνουν επίσης τη συμμόρφωση με τα εθνικά και διεθνή πρότυπα πυρασφάλειας, τα οποία αποτελούν απαραίτητες προϋποθέσεις για την έκδοση οικοδομικών αδειών και την πιστοποίηση προϊόντων. Ταυτόχρονα, αξιολογείται η πραγματική απόδοση των υλικών και των συστημάτων προστασίας, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι παρέχουν επαρκή χρόνο για την ασφαλή εκκένωση και περιορίζουν τις επιπτώσεις μιας πυρκαγιάς.
Μέθοδος TCC
Εξετάστηκε ένα υλικό αναφοράς με βάση πολυμερή. Στο πλαίσιο ενός αναπτυξιακού προγράμματος, κατασκευάστηκαν διάφορες παραλλαγές με στοχευμένες τροποποιήσεις στο υλικό, με σκοπό τη συστηματική ανάλυση της επίδρασής τους σε βασικές παραμέτρους πυραντοχής.
Η έμφαση δόθηκε στον προσδιορισμό του βαθμού στον οποίο οι παράμετροι που σχετίζονται με την πυρκαγιά μεταβάλλονται σε σύγκριση με το υλικό αναφοράς, καθώς και στον εντοπισμό συσχετίσεων μεταξύ αυτών των παραμέτρων.
Για την πειραματική έρευνα χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος « TCC 918 » (εικόνα 1). Η μέθοδος αυτή επιτρέπει τον ταυτόχρονο προσδιορισμό διαφόρων παραμέτρων που σχετίζονται με την πυρκαγιά, μεταξύ των οποίων:
- Χρόνος ανάφλεξης (TOI)
- Μέγιστος ρυθμός απελευθέρωσης θερμότητας (HHRmax)
- Συνολική εκπομπή καπνού (TSR)
- Απώλεια μάζας κατά την καύση
Η θερμιδομετρία κώνου επιτρέπει έτσι τον ολοκληρωμένο χαρακτηρισμό της συμπεριφοράς κατά την πυρκαγιά υλικών με βάση πολυμερή υπό καθορισμένες και αναπαραγώγιμες συνθήκες πυρκαγιάς.
Ο προσδιορισμός του ρυθμού απελευθέρωσης θερμότητας βασίζεται στην αρχή της κατανάλωσης οξυγόνου, όπου η απελευθερούμενη θερμότητα υπολογίζεται από τη μετρηθείσα κατανάλωση οξυγόνου των καυσαερίων.
Συνθήκες μέτρησης
Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με το κωνικό θερμιδομετρητή της εταιρείας NETZSCH TCC 918 , σύμφωνα με το πρότυπο ISO 5660-1. Οι παράμετροι μέτρησης παρατίθενται στον Πίνακα 1.
Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης
| Βάση δείγματος | Οριζόντια |
| Ροή θερμότητας | 50kW/m² |
| Ονομαστική ροή θερμότητας | 24,0 l/s |
| Απόσταση από τον κωνικό θερμαντήρα | 25 mm |
Τα δείγματα τοποθετήθηκαν οριζόντια στον υποδοχέα δειγμάτων και υποβλήθηκαν σε σταθερή πυκνότητα ροής θερμότητας 50 kW/m². Αυτό το θερμικό φορτίο αντιστοιχεί σε ένα τυπικό σενάριο πυρκαγιάς, επιτρέποντας τη ρεαλιστική αξιολόγηση της συμπεριφοράς της πυρκαγιάς.
Κατά τη διάρκεια της μέτρησης, καταγράφονταν συνεχώς ο ρυθμός απελευθέρωσης θερμότητας, η παραγωγή καπνού και η απώλεια μάζας.
Η σειρά δοκιμών περιελάμβανε τα ακόλουθα υλικά:
- Πρότυπο υλικό
- Παραλλαγές ανάπτυξης A, B, C και D
Όλα τα δείγματα ήταν υλικά με βάση πολυμερή με τις ακόλουθες γεωμετρικές ιδιότητες:
- Επιφάνεια: 100 x 100 mm
- Πάχος: 3,3 - 3,9 mm
- Μάζα: 53 - 62 g
Ενώ η βάση του υλικού είναι παρόμοια σε όλες τις περιπτώσεις, οι παραλλαγές έχουν τροποποιηθεί ειδικά. Το Σχήμα 2 δείχνει τα δείγματα στον κάτοχο δειγμάτων πριν από τη μέτρηση.
Αποτελέσματα μετρήσεων
Συμπεριφορά ανάφλεξης – Η καθυστέρηση ως στόχος ανάπτυξης
Οι χρόνοι μέχρι την ανάφλεξη (TOI1) που μετρήθηκαν κυμαίνονταν από 69 s έως 86 s.
Με 86 s, η παραλλαγή Α παρουσίασε τον μεγαλύτερο χρόνο μέχρι την ανάφλεξη, ενώ το τυποποιημένο υλικό βρισκόταν στο μεσαίο εύρος των υλικών που δοκιμάστηκαν.
Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι οι στοχευμένες τροποποιήσεις μπορούν να ενισχύσουν την αντοχή στην ανάφλεξη. Ένας μεγαλύτερος χρόνος ανάφλεξης σημαίνει ότι το υλικό μεταβαίνει σε αυτοσυντηρούμενη καύση σε μεταγενέστερο στάδιο υπό πανομοιότυπη θερμική φόρτιση.
1TOI(Χρόνος μέχρι την ανάφλεξη): Χρονικό διάστημα από την έναρξη της απελευθέρωσης θερμότητας μέχρι την ανάφλεξη του δείγματος.
Απελευθέρωση θερμότητας – Το πρότυπο παραμένει το σημείο αναφοράς
Οι μέγιστοι ρυθμοί απελευθέρωσης θερμότητας (HRRmax2) κυμαίνονταν μεταξύ 102 και 128kW/m² (βλ. σχήμα 3).
Το πρότυπο υλικό παρουσίασε τον χαμηλότερο μέγιστο ρυθμό απελευθέρωσης θερμότητας, ενώ οι παραλλαγές ανάπτυξης Α έως Δ παρουσίασαν συγκρίσιμες ή ελαφρώς υψηλότερες τιμέςHRRmax.
Δεν παρατηρήθηκε περαιτέρω μείωση του μέγιστου ρυθμού απελευθέρωσης θερμότητας σε σύγκριση με το υλικό αναφοράς. Όσον αφορά τη μέγιστη απελευθέρωση θερμότητας, το πρότυπο υλικό παραμένει επομένως το σημείο αναφοράς.
Ενώ παρατηρήθηκαν μόνο μέτριες διαφορές όσον αφορά τη συμπεριφορά ανάφλεξης και τη μέγιστη απελευθέρωση θερμότητας, παρατηρήθηκαν πιο έντονες διαφορές μεταξύ των υλικών όσον αφορά την ανάπτυξη καπνού.
2HRRmax: Μέγιστος ρυθμός απελευθέρωσης θερμότητας· η υψηλότερη τιμή HRR που μετρήθηκε κατά τη διάρκεια της δοκιμής και παράμετρος για τη μέγιστη ένταση της πυρκαγιάς.
Παραγωγή καπνού – Σαφής διαφοροποίηση
Όπως φαίνεται στο σχήμα 4, οι μεγαλύτερες διαφορές μεταξύ των υλικών είναι εμφανείς στην παραγωγή καπνού.
Το τυποποιημένο υλικό παρουσιάζει τη χαμηλότερη συνολική εκπομπή καπνού (TSR3). Η παραλλαγή C παρουσιάζει την υψηλότερη παραγωγή καπνού, ενώ οι παραλλαγές A, B και D βρίσκονται στο μεσαίο εύρος.
3TSR(Total Smoke Release): Συνολική ποσότητα καπνού που εκλύεται κατά τη διάρκεια της δοκιμής· ολοκληρωτική παράμετρος για την ποσοτική αξιολόγηση της παραγωγής καπνού καθ’ όλη τη διάρκεια της πυρκαγιάς.
Τα αποτελέσματα αυτά καταδεικνύουν ότι η βελτίωση μεμονωμένων παραμέτρων, όπως ο χρόνος ανάφλεξης, δεν οδηγεί απαραίτητα σε μείωση της εκπομπής καπνού. Ως εκ τούτου, η πυρκαγιακή συμπεριφορά των πολυμερών υλικών αποτελεί ένα πολυδιάστατο πρόβλημα βελτιστοποίησης, στο οποίο οι αλλαγές στη σύνθεση του υλικού μπορούν να επηρεάσουν με διαφορετικό τρόπο τη συμπεριφορά ανάφλεξης, την απελευθέρωση θερμότητας και την ανάπτυξη καπνού.
Απώλεια μάζας – Παρόμοιοι μηχανισμοί αποικοδόμησης
Η σχετική απώλεια μάζας κατά τη διάρκεια της μέτρησης κυμάνθηκε από 14% έως 21% (βλ. σχήμα 5). Η έκφραση των αποτελεσμάτων ως σχετική απώλεια μάζας επιτρέπει την άμεση σύγκριση των προφίλ αποικοδόμησης, παρά τις μικρές διαφορές στη μάζα των δειγμάτων. Υπάρχουν μόνο μικρές διαφορές στην χρονική πορεία της αποικοδόμησης των υλικών μεταξύ των εξεταζόμενων παραλλαγών. Τα παρόμοια προφίλ των καμπυλών υποδηλώνουν ότι όλα τα υλικά υφίστανται θερμική αποσύνθεση και καύση με παρόμοιο τρόπο. Το πρότυπο υλικό παρουσιάζει ελαφρώς χαμηλότερη απώλεια μάζας κατά την έναρξη της καύσης, ενώ οι καμπύλες συγκλίνουν καθώς η διαδικασία συνεχίζεται.
Περιγραφή του δείγματος μετά τη μέτρηση
Μετά την ολοκλήρωση των μετρήσεων, παρατηρήθηκε σημαντική δημιουργία υπολειμμάτων για όλα τα υλικά (εικόνα 6). Οι διαφορές στη δομή, την ακεραιότητα και τα επιφανειακά χαρακτηριστικά των υπολειμμάτων συσχετίζονται με τις διακυμάνσεις που παρατηρήθηκαν στο προφίλ καύσης.
Περίληψη
Η θερμιδομετρία κώνου με τη χρήση του συστήματος μέτρησης καύσης με κώνο ( NETZSCH ) TCC 918 επιτρέπει την ταυτόχρονη μέτρηση της απελευθέρωσης θερμότητας, της παραγωγής καπνού και της απώλειας μάζας, παρέχοντας μια ολοκληρωμένη πειραματική βάση για την αξιολόγηση και τη βελτιστοποίηση πολυμερών υλικών όσον αφορά τη συμπεριφορά τους στη φωτιά.
Η διερεύνηση παραλλαγών ενός υλικού αναφοράς με βάση πολυμερή αποκαλύπτει σημαντικές διαφορές στις επιμέρους παραμέτρους που σχετίζονται με τη φωτιά.
Μεταξύ των υλικών που δοκιμάστηκαν, η παραλλαγή Α επιτυγχάνει τον μεγαλύτερο χρόνο ανάφλεξης στα 86 δευτερόλεπτα, παρουσιάζοντας έτσι την υψηλότερη αντοχή στην ανάφλεξη.
Ωστόσο, το πρότυπο υλικό παραμένει το σημείο αναφοράς όσον αφορά τον μέγιστο ρυθμό απελευθέρωσης θερμότητας, καθώς παρουσιάζει το χαμηλότεροHRRmax.
Το πρότυπο υλικό παρουσιάζει επίσης τις πιο ευνοϊκές ιδιότητες ανάπτυξης καπνού, με τη χαμηλότερη συνολική εκπομπή καπνού, ενώ η παραλλαγή C παρουσιάζει την υψηλότερη παραγωγή καπνού.
Η σχετική απώλεια μάζας για όλα τα υλικά κυμαίνεται σε παρόμοιο εύρος, μεταξύ 14 και 11%, υποδηλώνοντας συγκρίσιμους μηχανισμούς θερμικής αποσύνθεσης.
Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι η ταυτόχρονη βελτιστοποίηση όλων των παραμέτρων που σχετίζονται με τη φωτιά δεν είναι εύκολα εφικτή. Η βελτίωση μεμονωμένων παραμέτρων μπορεί να συνοδεύεται από αλλαγές σε άλλα χαρακτηριστικά πυραντοχής.
Η θερμιδομετρία κώνου επιτρέπει την ευαίσθητη διαφοροποίηση ακόμη και μεταξύ στενά συγγενών συνθέσεων υλικών.