Introducción
El cloruro de polivinilo (PVC) se utiliza en numerosas aplicaciones en las que se aplican mayores requisitos de seguridad contra incendios, como cables eléctricos, productos de construcción y componentes plásticos de ingeniería. Debido a su alto contenido en cloro, el PVC presenta una resistencia intrínseca a la llama relativamente buena, junto con una formación de residuos distinta durante la Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición térmica en comparación con muchos otros termoplásticos.
Sin embargo, la generación de humo plantea un reto de seguridad particular en caso de incendio. Un humo denso puede reducir significativamente la visibilidad y complicar los esfuerzos de evacuación.
Además, los productos de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición gaseosos y en partículas contenidos en el humo pueden suponer riesgos para la salud de las personas y del personal de emergencia.
Para reducir específicamente la producción de humo, a menudo se ajusta cuidadosamente la composición de los materiales de PVC.
La calorimetría de cono conforme a la norma ISO 5660-1 es uno de los métodos establecidos para evaluar cuantitativamente el comportamiento al fuego de los materiales. Considerado como uno de los métodos de laboratorio más significativos para el análisis experimental de los procesos de incendio, proporciona parámetros reproducibles para el comportamiento de ignición, la liberación de calor, la generación de humo y la pérdida de masa en condiciones definidas de flujo de calor.
Esta nota de aplicación presenta los resultados de las pruebas realizadas con cuatro materiales a base de PVC. Una muestra sirve de referencia, mientras que las variantes A, B y C representan formulaciones modificadas diseñadas para reducir la generación de humo. El objetivo del estudio es comparar el comportamiento ante el fuego y el humo de estos materiales en condiciones de ensayo idénticas mediante calorimetría de cono.
Condiciones de medición
Las pruebas se realizaron con el calorímetro de cono NETZSCH TCC 918 (véase la figura 1), de conformidad con la norma ISO 5660-1. Se trata de un dispositivo de ensayo bien establecido que permite realizar análisis experimentales del comportamiento del fuego en condiciones de flujo térmico definidas. Se trata de un dispositivo de ensayo bien establecido para realizar análisis experimentales del comportamiento del fuego en condiciones definidas de flujo de calor.
Las muestras se colocaron en posición horizontal y se sometieron a una DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad de flujo de calor constante de 50 kW/m². Durante la medición, se registraron continuamente la tasa de liberación de calor (HRR)1, la pérdida de masa y los parámetros que describen la generación de humo, en particular la tasa de producción de humo (SPR) y la liberación total de humo (TSR).
En el cuadro 1 se resumen los principales parámetros de ensayo.
1Latasa de liberación de calor es una medida de la intensidad de un incendio y de la velocidad a la que se libera calor (kW/m²).
Cuadro 1: Condiciones de medición
| Portamuestras | Horizontal |
| Flujo de calor | 50 kW/m2 |
| Caudal térmico nominal | 24.0 l/s |
| Distancia al calentador de cono | 25 mm |
| Masa de la muestra | 42.8 g - 51,5 g |
La figura 2 muestra las muestras en el portamuestras antes de la medición.
Comportamiento de ignición y liberación de calor
Todos los materiales ensayados se encendieron en un intervalo de tiempo de aproximadamente 16 a 20 segundos. Este comportamiento de ignición es típico de los sistemas de PVC sometidos a una DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad de flujo de calor externo de 50 kW/m².
En general, los índices de liberación de calor se mantienen en un nivel moderado (figura 3). Las principales diferencias son evidentes en la tasa máxima de liberación de calor (HRRmax). El material de referencia presenta la HRRmax más alta, mientras que la variante A tiene la más baja.
En conjunto, sin embargo, las diferencias son limitadas, lo que significa que el comportamiento básico de combustión de los sistemas de PVC examinados puede considerarse comparable. Esto sugiere que las modificaciones del material influyen principalmente en el comportamiento de los humos, mientras que los procesos básicos de combustión permanecen prácticamente inalterados.
Producción de humo como parámetro diferenciador clave
La figura 4 muestra que las diferencias más pronunciadas entre los materiales ensayados son evidentes en la producción de humo.
El material de referencia (curva negra) presenta la mayor emisión total de humo (TSR2), mientras que la variante (curva verde), en particular, muestra una emisión de humo significativamente menor. En comparación con el material de referencia, la emisión total de humo se reduce hasta aproximadamente un 43%.
La reducción de la emisión de humo puede mejorar la visibilidad en caso de incendio, facilitando la evacuación y los esfuerzos de respuesta de emergencia. En escenarios de incendios reales, una menor producción de humo puede ayudar a mantener las condiciones críticas de visibilidad durante más tiempo, ampliando así el tiempo de evacuación disponible.
Además de la liberación total de humo, el índice de producción de humo (SPR) indica la rapidez con la que se libera humo durante el desarrollo de un incendio. Este parámetro es relevante para la seguridad, ya que influye en la rapidez con la que pueden darse condiciones críticas de visibilidad en caso de incendio.
A pesar de tiempos de ignición comparables y tasas de liberación de calor similares, los materiales difieren significativamente en su comportamiento frente al humo. Los resultados demuestran que las modificaciones específicas de los materiales pueden reducir significativamente la emisión de humos sin alterar sustancialmente el comportamiento fundamental de combustión de los sistemas de PVC.
2TSR(liberación total de humo) se refiere a la cantidad acumulada de humo producido durante la combustión y se deriva de las mediciones de la transmitancia de la luz láser, evaluada en función de la atenuación de la luz según la ley de Bouguer-Lambert.
Pérdida de masa
La pérdida de masa relativa describe la degradación térmica de los materiales durante su exposición al fuego y permite extraer conclusiones sobre su comportamiento de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición.
El material de referencia presenta la mayor pérdida de masa relativa, con un 23,95%. Por el contrario, las variantes A a C muestran valores muy similares de aproximadamente el 16,45% (figura 5).
En general, la curva de pérdida de masa en función del tiempo es comparable, lo que sugiere que los materiales se descomponen térmicamente de forma similar. Sin embargo, la menor pérdida de masa de las variantes modificadas indica una mayor formación de residuos durante la combustión.
Una mayor formación de residuos puede reducir la cantidad de productos de PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis volátiles y, por tanto, influir en la generación de humo. La formación pronunciada de residuos es característica de los sistemas de PVC y suele asociarse a componentes inorgánicos, así como a procesos de carbonización, durante la exposición al fuego.
Estado de las muestras tras la medición
Una vez finalizadas las mediciones, las muestras mostraban claras diferencias en la estructura y estabilidad de los residuos restantes (véase la figura 6). Aunque todos los materiales presentaban una carbonización característica, la extensión y la estructura superficial de los residuos diferían entre el material de referencia y las variantes modificadas.
Estas diferencias reflejan las variaciones observadas anteriormente en la degradación del material y la emisión de humo. En particular, las variantes modificadas presentan a veces estructuras de residuos más compactas, lo que podría indicar una Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición térmica alterada y una mayor estabilización del material restante durante la exposición al fuego. Estas observaciones son coherentes con las diferencias anteriormente comentadas en la pérdida de masa y la emisión de humo.
Resumen
La calorimetría de cono reveló diferencias significativas en el comportamiento del humo de los materiales de PVC investigados, mientras que el comportamiento de ignición y las tasas de liberación de calor siguieron siendo en gran medida comparables en condiciones de ensayo idénticas. Todos los materiales se encendieron en un intervalo de tiempo de aproximadamente 16 a 20 segundos y mostraron índices de liberación de calor moderados.
La diferencia más significativa entre los materiales ensayados se observó en el desarrollo del humo. En particular, la variante B mostró una emisión de humo total significativamente reducida, alcanzando una reducción de hasta el 43% en comparación con el material de referencia. La reducción de la emisión de humo puede mejorar la visibilidad en caso de incendio, facilitando los procedimientos de evacuación y el trabajo del personal de emergencia.
Las variantes modificadas también mostraron valores de pérdida de masa inferiores a los del material de referencia. Esto indica una mayor formación de residuos durante la combustión, que puede estar asociada a una menor liberación de productos volátiles de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición y, por tanto, a una menor generación de humo.
Estos resultados demuestran que los ajustes específicos de la composición del material pueden influir significativamente en el comportamiento ante el fuego y el humo de los sistemas de PVC. La calorimetría de cono permite la caracterización cuantitativa y reproducible de los parámetros clave del fuego en condiciones de ensayo definidas.
El NETZSCH Cone Calorimeter TCC 918 ofrece, por tanto, un potente método para la evaluación comparativa de diferentes formulaciones de materiales y apoya los procesos de desarrollo destinados a optimizar el comportamiento al fuego y al humo de los materiales poliméricos.