Introducción
El comportamiento al fuego de los materiales es un factor crucial en las evaluaciones de seguridad en áreas como la construcción, el transporte y la electrónica. El NETZSCH TCC 918 Calorímetro de Cono (figura 1) determina los parámetros clave del fuego basándose en el principio de consumo de oxígeno, incluyendo:
- Concentraciones de O2,CO2 y CO
- Tasa de liberación de calor (HRR)
- Tasa media de liberación de calor (ARHE)
- Índice de producción de humo (SPR)
- Tasa de pérdida de masa (MLR)
- Tiempo hasta la ignición (TOI)
- Tiempo hasta el apagado de la llama (TOF)
Estos parámetros proporcionan una imagen completa del comportamiento térmico del fuego de un material, desde la ignición hasta la extinción de la llama, y sirven de base para modelar y predecir incendios reales.
El acoplamiento opcional con el analizador de gases Bruker OMEGA FT-IR permite analizar en detalle la composición de los gases de humo resultantes. La detección cuantitativa de numerosos 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 y combustión permite una amplia evaluación de las emisiones tóxicas y apoya el desarrollo de materiales seguros y sostenibles.
Principio de medición
En TCC 918, la muestra se expone a un flujo de calor definido mediante un calentador de cono, se enciende y se quema en condiciones controladas. Los gases de combustión resultantes se transfieren a través de un sistema de escape para su posterior análisis.
Como norma, los gases de combustión relevantes, en particular O2, CO yCO2, se analizan con un analizador de gases Oxymat/Ultramat de Siemens. Estas variables medidas se utilizan para calcular la tasa de liberación de calor (HRR) según el principio de consumo de oxígeno.
El acoplamiento FT-IR opcional amplía este enfoque y también permite la detección cuantitativa de otros 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 y combustión. Esto permite examinar la composición de los gases de combustión con mucho más detalle, en particular en lo que respecta a los componentes tóxicos.
Acoplamiento OMEGA FT-IR
El acoplamiento (figura 2) se consigue mediante una línea de transferencia calentada, similar al acoplamiento de la línea de transferencia FT-IR de otros analizadores de NETZSCH (por ejemplo, TG-FT-IR). El control de la temperatura evita la condensación, garantiza un transporte rápido del gas y permite el análisis en tiempo real de los gases de combustión.
La espectroscopia FT-IR cuantifica simultáneamente varios gases basándose en sus espectros de absorción característicos. Esto permite detectar numerosos productos de combustión y Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición.
Además de los gases de combustión típicosCO2, CO y H2O, se incluyen hidrocarburos (CH4, eteno, etileno), compuestos halogenados (HCl, HBr, HF), compuestos nitrogenados (HCN, NH3, NO, NO2, N2O), sustancias orgánicas (acroleína, formaldehído, benceno, fenol) y compuestos de azufre (SO2).
Este análisis ampliado de gases proporciona información valiosa sobre subproductos potencialmente tóxicos, especialmente en aplicaciones con elevados requisitos de seguridad contra incendios, como en la construcción de vehículos ferroviarios.
Ejemplos típicos son las poliamidas (PA), que se utilizan a menudo en revestimientos interiores, asientos, aislamiento de cables y piezas moldeadas debido a su fuerza y resistencia al calor. También se encuentran en edificios públicos y hogares, por ejemplo, en revestimientos de suelos, muebles y componentes eléctricos. Al tratarse de polímeros orgánicos, pueden liberar cantidades considerables de humo y gases tóxicos en caso de incendio, por lo que la investigación detallada de su comportamiento frente al fuego es crucial para un uso seguro.
Condiciones de medición
Se examinó un tejido de PA6 de 50 x 50 x 7 mm3 (8 capas) y 10,58 g de peso. Los parámetros del ensayo se resumen en la tabla 1.
Cuadro 1: Condiciones de medición
| Portamuestras | Horizontal |
|---|---|
| Flujo de calor | 50 kW/m2 |
| Caudal nominal | 24.0 l/s |
| Distancia al calentador de cono | 25 mm |
| Temperatura de la interfaz FT-IR | 180°C |
| Parámetros de medición FT-IR | Modo de transmisión; resolución 1 cm-1 promedio de barridos por espectro: 10 partes |
Classic Valores de medición del calorímetro de cono
Las siguientes figuras muestran los parámetros de incendio más importantes de classic que constituyen la base para evaluar el comportamiento del fuego:
La tasa de liberación de calor (HRR, figura 3) es una medida de la intensidad del incendio y, por tanto, un indicador clave del peligro potencial.
El índice de producción de humo (SPR, figura 4) proporciona información sobre la alteración de la visibilidad y la posible exposición tóxica.
La pérdida de masa (ML, figura 5) se correlaciona directamente con la combustión del material y proporciona información sobre la estabilidad y la formación de residuos.
Análisis avanzado de gases FT-IR
Además de estos parámetros establecidos, el análisis FT-IR complementario proporciona ahora nuevos conocimientos sobre la composición química de los gases de combustión producidos.
Con el acoplamiento FT-IR OMEGA, se pudo determinar con precisión la composición de los gases de combustión durante la combustión (figura 6).
Se registraron en particular los siguientes componentes (véase también la figura 6):
- CO2 - Producto principal de la combustión, correlacionado con el consumo de oxígeno
- H2O- Vapor de agua procedente de la Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición de materiales y aditivos
- CO - Indicador de combustión incompleta (asfixiante incoloro e inodoro)
- NO - Formado a partir de compuestos de nitrógeno en la poliamida
- N2O- Subproducto de la OxidaciónLa oxidación puede describir diferentes procesos en el contexto del análisis térmico.oxidación del nitroxeno (muy irritante para las vías respiratorias)
- HCN - Altamente tóxico, inhibe la respiración celular
La detección simultánea de estos gases permite una evaluación completa de los materiales, tanto en términos de su comportamiento térmico frente al fuego (HRR, SPR, MLR) como de su relevancia toxicológica.
Resumen
El acoplamiento del calorímetro de cono TCC 918 con el analizador de gases Bruker OMEGA FT-IR amplía el análisis de gases de incendio classic para incluir la detección simultánea de numerosos gases tóxicos y relevantes para el incendio. Además de los parámetros estándar del TCC 918, se puede obtener así información detallada sobre la composición del gas de humo.
Esto permite una evaluación holística de los materiales en términos de comportamiento frente al fuego, emisiones tóxicas y requisitos de seguridad, un valor añadido considerable para la investigación, el desarrollo de productos y la evaluación de la seguridad.
Con esta combinación de calorimetría precisa y moderna espectroscopia FT-IR, NETZSCH ofrece una potente herramienta para el análisis innovador de materiales y la evaluación de la seguridad en las pruebas de fuego.