Introducción
El polipropileno (PP) es un termoplástico que reviste gran importancia económica y es fácil de procesar, lo que le permite ofrecer una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, debido a su inflamabilidad relativamente elevada, su uso en aplicaciones que requieren una mayor seguridad contra incendios resulta limitado.
Una estrategia consolidada para mejorar el comportamiento frente al fuego consiste en utilizar altas proporciones de cargas minerales. En caso de incendio, estas pueden actuar como barrera térmica, reduciendo la liberación de calor y ralentizando el proceso de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición, al tiempo que contribuyen a la formación de estructuras residuales estables.
Esta nota de aplicación examina cuatro materiales de PP con alto contenido de relleno, con un porcentaje de relleno del 60 %. Uno de los materiales sirve de referencia, mientras que los materiales 1, 2 y 3 representan variantes modificadas con composiciones ajustadas.
El estudio tiene como objetivo cuantificar de forma sistemática las diferencias en el comportamiento frente al fuego y al humo de estos sistemas de PP y evaluar la influencia de las modificaciones del material en el comportamiento de ignición, la liberación de calor, la generación de humo y la pérdida de masa.
Condiciones de medición
Los ensayos se llevaron a cabo con el calorímetro de cono « TCC 918 » (figura 1), de conformidad con la norma ISO 5660-1.
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 térmico constante de 50 kW/m². Durante la medición se registraron los siguientes parámetros:
- Tiempo hasta la ignición (TOI)
- Tasa máxima de liberación de calor (HRRmax)
- Emisión total de humo (TSR)
- Pérdida de masa en función del tiempo
Los principales parámetros de ensayo se resumen en la tabla 1.
Tabla 1: Condiciones de medición
| Soporte de la muestra | Horizontal |
| Flujo de calor | 50kW/m² |
| Caudal nominal | 24,0 l/s |
| Distancia al calentador cónico | 25 mm |
| Masas de las muestras | Estándar: 48,8 g Material 1: 38,3 g Material 2: 41,9 g Material 3: 42,3 g |
La figura 2 muestra las muestras en el portamuestras antes de la medición.
Condiciones de medición
Comportamiento de ignición
Todos los materiales sometidos a ensayo se inflamaron en un intervalo de tiempo reducido, de entre 21 y 25 segundos aproximadamente.
Estos tiempos de ignición tan similares sugieren que las diferentes modificaciones de los materiales tienen poca o ninguna influencia en el comportamiento inicial de calentamiento y Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición de los sistemas de PP en las condiciones de ensayo seleccionadas.
Liberación de calor
La tasa de liberación de calor¹ es un parámetro clave para evaluar la intensidad del fuego de los materiales. Las curvas de HRR correspondientes se muestran en la figura 3.
1Tasa de liberaciónde calor(HRR): La cantidad de energía liberada por unidad de tiempo y superficie durante la combustión. Se considera uno de los parámetros más importantes para evaluar la intensidad del fuego y se determina mediante un calorímetro de cono basado en el principio del consumo de oxígeno.
El material de referencia presenta un pico significativamente más pronunciado en la tasa de liberación de calor. La tasa máxima de liberación de calor (HRRmax) es aproximadamente el doble que la de las variantes de PP modificadas.
Los materiales 1, 2 y 3, por el contrario, alcanzaron valoresde HRRmax significativamente más bajos y mostraron un desarrollo general del fuego más uniforme. Esto sugiere que la composición del material modificado limita eficazmente la intensidad del fuego en la fase inicial del mismo.
Tras el máximo inicial, las curvas de liberación de calor de los diferentes materiales convergen. Esto indica que, a pesar de sus diferentes formulaciones, los materiales estudiados presentan un comportamiento de combustión general similar.
Desprensión de humo
Las diferencias más significativas entre las variantes de material sometidas a ensayo se observan en la emisión de humo, que es un parámetro clave relacionado con la seguridad en caso de incendio (véase la figura 4).
El material de referencia presenta la mayor emisión total de humo. Por el contrario, las tres variantes de PP modificado muestran una reducción significativa de la emisión total de humo durante toda la duración del incendio.
Los valores de TSR² de los materiales 1, 2 y 3 son significativamente inferiores al valor del material de referencia. Esto demuestra que la generación de humo puede reducirse realizando cambios específicos en la composición del material.
Los resultados muestran que la generación de humo puede optimizarse mediante modificaciones adecuadas de la formulación sin afectar significativamente al comportamiento de ignición de los sistemas de PP con alto contenido de carga.
2TSR(Total Smoke Release): Emisión total de humo durante el ensayo; un parámetro integral para la evaluación cuantitativa de la producción de humo a lo largo de toda la duración del incendio.
Pérdida de masa
La pérdida de masa relativa es una medida de la degradación térmica de los materiales durante la exposición al fuego, tal y como se muestra en la figura 5. Expresar los datos en forma de porcentaje compensa la influencia de las diferentes masas iniciales de las muestras y permite comparar directamente las curvas de degradación.
Los tres materiales de polipropileno (PP) modificados (materiales 1 a 3) presentan curvas de pérdida de masa relativa muy similares. La pérdida de masa máxima para las tres variantes es de aproximadamente entre el 8 % y el 9 %.
Por el contrario, el material estándar presenta una pérdida de masa relativa significativamente mayor, de casi el 12 %. Por lo tanto, en las condiciones de ensayo seleccionadas, sufre una mayor degradación térmica que las variantes de PP modificado.
La menor pérdida de masa relativa de los materiales modificados concuerda con su elevado contenido en relleno mineral, lo que reduce el contenido de polímero y puede contribuir a una formación estable de residuos.
Las curvas similares de los materiales 1 a 3 indican que la modificación de la composición del material da lugar a un 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 térmica comparable en estas variantes.
Estado de las muestras tras la medición
Una vez finalizadas las mediciones, todos los materiales sometidos a ensayo presentan una formación significativa de residuos, algo típico en los sistemas de PP con alto contenido de relleno (véase la figura 6).
Las diferencias en la estructura superficial y el grado de carbonización se correlacionan con las variaciones observadas en las primeras fases del incendio.
Resumen
La investigación sobre los materiales de polipropileno (PP) con alto contenido de relleno muestra que todos los sistemas sometidos a ensayo en las condiciones seleccionadas presentan tiempos de ignición comparables.
Sin embargo, el material de referencia presentó una tasa máxima de liberación de calor (HRRmax) significativamente mayor, aproximadamente el doble que la de las variantes de PP modificadas, lo que indica una mayor intensidad del fuego.
Las diferencias en la generación de humo son especialmente pronunciadas. Todos los materiales modificados muestran una emisión total de humo (TSR) significativamente menor en comparación con el sistema de referencia.
La pérdida de masa relativa también es menor en las variantes de PP modificado —entre el 8 % y el 9 %— que en el material estándar —casi el 12 %—, lo que sugiere una menor degradación térmica del material.
Estos resultados demuestran que los ajustes específicos en la composición del material pueden reducir la intensidad máxima del fuego, la generación de humo y la degradación del material en los sistemas de PP con alto contenido de carga.
La calorimetría de cono se considera uno de los métodos más importantes para evaluar el comportamiento frente al fuego de los materiales poliméricos. Esto se debe a que mide simultáneamente parámetros clave como la liberación de calor, la generación de humo y la pérdida de masa en condiciones de incendio definidas.
La norma « NETZSCH » ( TCC 918 ) ofrece un medio fiable y reproducible para caracterizar dichas diferencias relacionadas con los materiales.