Bevezetés
A polipropilén (PP) egy olyan hőre lágyuló műanyag, amely gazdasági szempontból jelentős és könnyen feldolgozható, emellett széles körű alkalmazási lehetőségeket kínál. Viszont viszonylag magas gyúlékonysága miatt használata olyan alkalmazásokban, ahol fokozott tűzbiztonságra van szükség, korlátozott.
A tűzviselkedés javítására bevált stratégia az ásványi töltőanyagok nagy arányú felhasználása. Tűz esetén ezek hőgátként működnek, csökkentik a hőleadást és lassítják a bomlási folyamatot, miközben hozzájárulnak a stabil maradványszerkezetek kialakulásához.
Ez az alkalmazási útmutató négy, 60%-os töltőanyag-tartalmú, magas töltőanyag-tartalmú PP-anyagot vizsgál. Az egyik anyag referenciaként szolgál, míg az 1., 2. és 3. anyagok módosított változatokat képviselnek, amelyek összetételét módosították.
A tanulmány célja, hogy szisztematikusan számszerűsítse ezeknek a PP-rendszereknek a tűz- és füstviselkedésében mutatkozó különbségeket, valamint értékelje az anyagmódosítások hatását a gyulladási viselkedésre, a hőleadásra, a füstképződésre és a tömegveszteségre.
Mérési feltételek
A vizsgálatokat az ISO 5660-1 szabványnak megfelelően, az „ TCC 918 ” kúpos kaloriméterrel (1. ábra) végezték.
A mintákat vízszintesen helyeztük el, és 50 kW/m² állandó hőáram-sűrűségnek tettük ki őket. A mérés során a következő paramétereket rögzítettük:
- A gyulladásig eltelt idő (TOI)
- Maximális hőleadási sebesség (HRRmax)
- Teljes füstkibocsátás (TSR)
- Időfüggő tömegveszteség
A fő vizsgálati paramétereket az 1. táblázat foglalja össze.
1. táblázat: Mérési feltételek
| Mintatartó | Vízszintes |
| Hőáram | 50kW/m2 |
| Névleges áramlási sebesség | 24,0 l/s |
| Távolság a kúpos fűtőtesttől | 25 mm |
| Minták tömege | Szabvány: 48,8 g 1. anyag: 38,3 g 2. anyag: 41,9 g 3. anyag: 42,3 g |
A 2. ábra a mérés előtt a mintatartóban elhelyezett mintákat mutatja.
Mérési feltételek
Gyulladási viselkedés
Az összes vizsgált anyag körülbelül 21–25 másodperces szűk időintervallumon belül gyulladt meg.
Ezek a nagyon hasonló gyulladási idők arra utalnak, hogy a különböző anyagmódosítások alig vagy egyáltalán nem befolyásolják a PP-rendszerek kezdeti hőfelvételét és bomlási viselkedését a kiválasztott vizsgálati feltételek mellett.
Hőleadás
A hőleadásisebesség1 az anyagok tűzintensitásának értékelésében kulcsfontosságú paraméter. A megfelelő HRR-görbéket a 3. ábra mutatja be.
1Hőleadásisebesség (HRR): Az égés során idő- és területegységre vetített energia-leadási sebesség. A tűz intenzitásának értékelése szempontjából az egyik legfontosabb paraméternek számít, és oxigénfogyasztási elven működő kúpos kaloriméter segítségével határozzák meg.
A referenciaanyag hőleadási sebességében jelentősen kifejezettebb csúcs figyelhető meg. A maximális hőleadási sebesség (HRRmax) körülbelül kétszerese a módosított PP-változatokénak.
Ezzel szemben az 1., 2. és 3. anyagok lényegesen alacsonyabbHRRmax-értékeket értek el, és összességében egyenletesebb tűzterjedést mutattak. Ez arra utal, hogy a módosított anyagösszetétel hatékonyan korlátozza a tűz intenzitását a tűz korai szakaszában.
A kezdeti csúcs után a különböző anyagok hőleadási görbéi konvergálnak. Ez arra utal, hogy eltérő összetételük ellenére a vizsgált anyagok hasonló általános égési viselkedést mutatnak.
Füstképződés
A vizsgált anyagváltozatok közötti legjelentősebb különbségek a füstképződés terén figyelhetők meg, amely tűz esetén kulcsfontosságú biztonsági paraméter (lásd a 4. ábrát).
A standard anyag mutatja a legmagasabb teljes füstkibocsátást. Ezzel szemben mindhárom módosított PP-változat a tűz teljes időtartama alatt jelentősen csökkentett teljes füstkibocsátást mutat.
Az 1., 2. és 3. anyag TSR²-értékei jelentősen alacsonyabbak, mint a referenciaanyagé. Ez azt mutatja, hogy az anyag összetételének megfelelő módosításával csökkenthető a füstképződés.
Az eredmények azt mutatják, hogy a füstképződés a készítmény megfelelő módosításával optimalizálható anélkül, hogy ez jelentősen befolyásolná a nagy töltőanyag-tartalmú PP-rendszerek gyulladási viselkedését.
2TSR(Total Smoke Release – teljes füstkibocsátás): A vizsgálat során mért teljes füstkibocsátás; a tűz teljes időtartama alatti füstképződés mennyiségi értékelésének integrált paramétere.
Tömegveszteség
A relatív tömegveszteség az anyagok tűzhatás alatt bekövetkező termikus lebomlásának mérőszáma, amint azt az 5. ábra mutatja. Az adatok százalékos kifejezése kompenzálja a különböző kiindulási mintatömegek hatását, és lehetővé teszi a lebomlási görbék közvetlen összehasonlítását.
A három módosított polipropilén (PP) anyag (1–3. anyag) nagyon hasonló relatív tömegveszteség-görbéket mutat. A maximális tömegveszteség mindhárom változat esetében körülbelül 8–9%.
Ezzel szemben a standard anyag jelentősen nagyobb, közel 12%-os relatív tömegveszteséget mutat. Ezért a kiválasztott vizsgálati feltételek mellett nagyobb hőbomláson megy keresztül, mint a módosított PP-változatok.
A módosított anyagok alacsonyabb relatív tömegvesztése összhangban áll azok magas ásványi töltőanyag-tartalmával, amely csökkenti a polimer-tartalmat, és hozzájárulhat a stabil maradékanyag-képződéshez.
Az 1–3. anyagok hasonló görbéi arra utalnak, hogy az anyagösszetétel módosítása ezeknél a változatoknál összehasonlítható hőbomlási viselkedéshez vezet.
A minták állapota a mérés után
A mérések befejezése után az összes vizsgált anyag jelentős maradványképződést mutat, ami jellemző a nagy töltőanyag-tartalmú PP-rendszerekre (lásd a 6. ábrát).
A felületi szerkezet és az elszenesedés mértékében megfigyelt különbségek összefüggésben állnak a tűz korai szakaszában megfigyelt eltérésekkel.
Összefoglalás
A nagy töltőanyag-tartalmú polipropilén (PP) anyagok vizsgálata azt mutatja, hogy a kiválasztott vizsgálati feltételek mellett tesztelt összes rendszer gyulladási ideje hasonló.
A referenciaanyag azonban jelentősen magasabb maximális hőleadási sebességet (HRRmax) mutatott, amely körülbelül kétszerese volt a módosított PP-változatokénak, ami nagyobb tűzintenzitásra utal.
A füstképződés terén a különbségek különösen szembetűnőek. Valamennyi módosított anyag jelentősen alacsonyabb teljes füstkibocsátást (TSR) mutat a referenciaanyaghoz képest.
A relatív tömegveszteség is alacsonyabb a módosított PP-változatok esetében (körülbelül 8–9%), mint a standard anyag esetében (közel 12%), ami az anyag csökkent hőBomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlására utal.
Ezek az eredmények azt bizonyítják, hogy az anyagösszetétel célzott módosításával csökkenthető a nagy töltőanyag-tartalmú PP-rendszerek maximális tűzintenzitása, füstképződése és anyaglebomlása.
A kúpos kalorimetriát a polimer anyagok tűzviselkedésének értékelésére szolgáló egyik legfontosabb módszernek tartják. Ennek oka, hogy meghatározott tűzfeltételek mellett egyszerre méri a hőleadás, a füstképződés és a tömegveszteség olyan kulcsfontosságú paramétereit.
A Nemzetközi Szabványügyi Szervezet ( NETZSCH, TCC 918 ) megbízható és reprodukálható módszert biztosít az ilyen anyagokkal kapcsolatos különbségek jellemzésére.