Introduction
Le comportement au feu des matériaux est un facteur crucial dans l'évaluation de la sécurité dans des domaines tels que la construction, le transport et l'électronique. Le calorimètre à cône NETZSCH TCC 918 (figure 1) détermine les paramètres clés du feu en se basant sur le principe de la consommation d'oxygène, y compris les concentrations d'O2, de CO2 et de CO :
- Les concentrations d'O2, deCO2 et de CO
- Le taux de dégagement de chaleur (HRR)
- Taux moyen de dégagement de chaleur (ARHE)
- Taux de production de fumée (SPR)
- Le taux de perte de masse (MLR)
- Temps d'allumage (TOI)
- Temps d'extinction de la flamme (TOF)
Ces paramètres fournissent une image complète du comportement thermique au feu d'un matériau, de l'allumage à l'extinction de la flamme, et servent de base à la modélisation et à la prévision d'incendies réels.
Le couplage optionnel avec l'analyseur de gaz Bruker OMEGA FT-IR permet d'analyser en détail la composition des gaz de fumée résultants. La détection quantitative de nombreux produits de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition et de combustion permet une évaluation approfondie des émissions toxiques et favorise le développement de matériaux sûrs et durables.
Principe de mesure
Dans le site TCC 918, l'échantillon est exposé à un flux de chaleur défini à l'aide d'un cône chauffant, enflammé et brûlé dans des conditions contrôlées. Les gaz de combustion qui en résultent sont transférés via un système d'échappement en vue d'une analyse ultérieure.
En règle générale, les gaz de combustion pertinents, en particulier l'O2, le CO et leCO2, sont analysés à l'aide d'un analyseur de gaz Siemens Oxymat/Ultramat. Les variables mesurées sont utilisées pour calculer le taux de dégagement de chaleur (HRR) selon le principe de la consommation d'oxygène.
Le couplage FT-IR optionnel élargit cette approche et permet également la détection quantitative d'autres produits de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition et de combustion. La composition des gaz de combustion peut ainsi être examinée de manière beaucoup plus détaillée, notamment en ce qui concerne les composants toxiques.
Couplage OMEGA FT-IR
Le couplage (figure 2) est réalisé par une ligne de transfert chauffée, similaire au couplage de la ligne de transfert FT-IR d'autres analyseurs NETZSCH (par exemple, TG-FT-IR). Le contrôle de la température empêche la condensation, assure un transport rapide des gaz et permet une analyse en temps réel des gaz de combustion.
La spectroscopie FT-IR permet de quantifier simultanément différents gaz sur la base de leurs spectres d'absorption caractéristiques. Cela permet de détecter de nombreux produits de combustion et de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition.
Outre les gaz de combustion typiquesCO2, CO etH2O, il s'agit notamment d'hydrocarbures (CH4, éthène, éthyne), de composés halogénés (HCl, HBr, HF), de composés azotés (HCN, NH3, NO, NO2, N2O), de substances organiques (acroléine, formaldéhyde, benzène, phénol) et de composés soufrés (SO2).
Cette analyse étendue des gaz fournit des informations précieuses sur les sous-produits potentiellement toxiques, en particulier dans les applications où les exigences en matière de sécurité incendie sont élevées, comme dans la construction de véhicules ferroviaires.
Des exemples typiques sont les polyamides (PA), qui sont souvent utilisés dans les garnitures intérieures, les sièges, l'isolation des câbles et les pièces moulées en raison de leur solidité et de leur résistance à la chaleur. On les trouve également dans les bâtiments publics et les ménages, par exemple dans les revêtements de sol, les meubles et les composants électriques. En tant que polymères organiques, ils peuvent dégager des quantités considérables de fumée et de gaz toxiques en cas d'incendie, de sorte qu'une étude détaillée de leur comportement au feu est cruciale pour une utilisation sûre.
Conditions de mesure
Un textile en PA6 mesurant 50 x 50 x 7 mm3 (8 couches) et pesant 10,58 g a été examiné. Les paramètres d'essai sont résumés dans le tableau 1.
Tableau 1 : Conditions de mesure
| Porte-échantillon | Horizontal |
|---|---|
| Flux de chaleur | 50 kW/m2 |
| Débit nominal | 24.0 l/s |
| Distance par rapport au cône de chauffe | 25 mm |
| Température de l'interface FT-IR | 180°C |
| Paramètres de mesure FT-IR | Mode transmission ; résolution : 1 cm-1; moyenne des balayages par spectre : 10 parties |
Classic Valeurs de mesure du calorimètre à cône
Les figures suivantes présentent les paramètres les plus importants du feu classic, qui constituent la base de l'évaluation du comportement du feu :
Le taux de dégagement de chaleur (HRR, figure 3) est une mesure de l'intensité du feu et donc un indicateur clé du danger potentiel.
Le taux de production de fumée (SPR, figure 4) fournit des informations sur la dégradation de la visibilité et l'éventuelle exposition à des substances toxiques.
La perte de masse (ML, figure 5) est en corrélation directe avec la combustion du matériau et fournit des informations sur la stabilité et la formation de résidus.
Analyse avancée des gaz par FT-IR
En plus de ces paramètres établis, l'analyse FT-IR supplémentaire fournit maintenant de nouvelles informations sur la composition chimique des gaz de combustion produits.
Grâce au couplage FT-IR d'OMEGA, la composition des gaz de combustion pendant la combustion a pu être déterminée avec précision (figure 6).
Les composants suivants ont été enregistrés en particulier (voir également la figure 6) :
- CO2 - Principal produit de la combustion, en corrélation avec la consommation d'oxygène
- H2O- Vapeur d'eau provenant de la Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition des matériaux et des additifs
- CO - Indicateur de combustion incomplète (asphxiant incolore et inodore)
- NO - Formé à partir de composés azotés dans le polyamide
- N2O- Sous-produit de l'OxydationL'oxydation peut décrire différents processus dans le contexte de l'analyse thermique.oxydation du nitroxène (très irritant pour les voies respiratoires)
- HCN - Hautement toxique, inhibe la respiration cellulaire
La détection simultanée de ces gaz permet une évaluation complète des matériaux, à la fois en termes de comportement thermique au feu (HRR, SPR, MLR) et de pertinence toxicologique.
Résumé
Le couplage du calorimètre à cône TCC 918 avec l'analyseur de gaz Bruker OMEGA FT-IR permet d'étendre l'analyse des gaz d'incendie classic à la détection simultanée de nombreux gaz toxiques et pertinents pour les incendies. Outre les paramètres standard du site TCC 918, il est ainsi possible d'obtenir des informations détaillées sur la composition des gaz de fumée.
Cela permet une évaluation globale des matériaux en termes de comportement au feu, d'émissions toxiques et d'exigences de sécurité - une valeur ajoutée considérable pour la recherche, le développement de produits et l'évaluation de la sécurité.
Avec cette combinaison de calorimétrie précise et de spectroscopie FT-IR moderne, NETZSCH offre un outil puissant pour l'analyse innovante des matériaux et l'évaluation de la sécurité dans les essais d'incendie.