Bevezetés
A tűzvédelmi vizsgálatok döntő szerepet játszanak a személyi biztonság biztosításában, a jogi előírások teljesítésében és a lehetséges anyagi károk minimalizálásában, mivel felmérik, hogyan viselkednek az anyagok és rendszerek tűz esetén. Az ellenőrzött vizsgálatok igazolják, hogy a termékek képesek-e ellenállni a hőnek, korlátozni a tűz terjedését, valamint vészhelyzetben garantálni a kritikus épületrendszerek – például a tűzjelző és tűzoltó rendszerek – megbízható működését.
A tűzvédelmi vizsgálatok emellett igazolják a nemzeti és nemzetközi tűzvédelmi szabványoknak való megfelelést is, amelyek elengedhetetlen előfeltételei az építési engedélyek és a termékminősítések megszerzésének. Ugyanakkor értékelik az anyagok és a védelmi rendszerek tényleges teljesítményét is, hogy biztosítsák a biztonságos evakuáláshoz szükséges elegendő időt, és korlátozzák a tűz hatását.
TCC-módszer
Egy polimer alapú referenciaanyagot vizsgáltak. Egy fejlesztési projekt keretében több, célzott anyagmódosításokkal ellátott változatot állítottak elő annak érdekében, hogy szisztematikusan elemezzék azok hatását a tűzviselkedés legfontosabb paramétereire.
A hangsúly azon volt, hogy meghatározzák, milyen mértékben változnak a tűzzel kapcsolatos paraméterek a referenciaanyaghoz képest, és hogy azonosítsák az ezek közötti összefüggéseket.
A kísérleti vizsgálathoz a „ TCC 918 ” (1. ábra) módszert alkalmazták. Ez a módszer lehetővé teszi több tűzzel kapcsolatos paraméter egyidejű meghatározását, többek között:
- A gyulladásig eltelt idő (TOI)
- A maximális hőleadási sebesség (HHRmax)
- Teljes füstkibocsátás (TSR)
- Az égés során bekövetkező tömegveszteség
A kúpos kalorimetria így lehetővé teszi a polimer alapú anyagok tűzviselkedésének átfogó jellemzését meghatározott és reprodukálható tűzfeltételek mellett.
A hőleadási sebesség meghatározása az oxigénfogyasztás elvén alapul, amelynek során a felszabaduló hőt az égéstermékek mért oxigénfogyasztásából számítják ki.
Mérési feltételek
A méréseket az ISO 5660-1 szabványnak megfelelően az NETZSCH TCC 918 kúpos kaloriméterrel végezték. A mérési paramétereket az 1. táblázat tartalmazza.
1. táblázat: Mérési feltételek
| Mintatartó | Vízszintes |
| Hőáram | 50kW/m2 |
| Névleges hőáram | 24,0 l/s |
| Távolság a kúpos fűtőtesttől | 25 mm |
A mintákat vízszintesen helyezték el a mintatartóban, és 50 kW/m² állandó hőáram-sűrűségnek tették ki őket. Ez a hőterhelés egy tipikus tűzesetnek felel meg, lehetővé téve a tűzviselkedés reális értékelését.
A mérés során folyamatosan rögzítették a hőleadási sebességet, a füstképződést és a tömegveszteséget.
A vizsgálatsorozat a következő anyagokat tartalmazta:
- Szabványos anyag
- A, B, C és D fejlesztési változatok
Minden minta polimer alapú anyag volt, a következő geometriai tulajdonságokkal:
- Felület: 100 x 100 mm
- Vastagság: 3,3–3,9 mm
- Tömeg: 53–62 g
Bár az alapanyag minden esetben hasonló, a változatokat célzottan módosították. A 2. ábra a mérés előtt a mintatartóban lévő mintákat mutatja.
Mérési eredmények
Gyulladási viselkedés – A késleltetés mint fejlesztési cél
A mért gyulladási idők (TOI1) 69 másodperc és 86 másodperc között mozogtak.
86 másodperces értékével az A változat mutatta a leghosszabb gyulladási időt, míg a standard anyag a vizsgált anyagok középső tartományába esett.
Az eredmények azt mutatják, hogy a célzott módosítások javíthatják a gyulladásállóságot. A hosszabb gyulladási idő azt jelenti, hogy azonos hőterhelés mellett az anyag későbbi szakaszban lép át az önfenntartó égésbe.
1TOI(gyulladási idő): A hőleadás kezdetétől a minta meggyulladásáig eltelt időtartam.
Hőleadás – a szabvány továbbra is az irányadó
A maximális hőleadási sebességek (HRRmax2) 102 és 128kW/m2 között voltak (lásd a 3. ábrát).
A szabványos anyag mutatta a legalacsonyabb maximális hőleadási sebességet, míg az A–D fejlesztési változatok hasonló vagy kissé magasabbHRRmax értékeket mutattak.
A referenciaanyaghoz képest a maximális hőleadási sebességben további csökkenés nem volt megfigyelhető. A maximális hőleadás tekintetében tehát a szabványos anyag marad a referenciaérték.
Míg a gyulladási viselkedés és a maximális hőleadás tekintetében csak mérsékelt különbségek voltak megfigyelhetők, a füstképződés tekintetében már jelentősebb eltérések mutatkoztak az anyagok között.
2HRRmax: Maximális hőleadási sebesség; a vizsgálat során mért legmagasabb HRR-érték és a maximális tűzintenzitás jellemzője.
Füstképződés – Egyértelmű különbség
A 4. ábrán látható, hogy az anyagok közötti legnagyobb különbségek a füstképződés terén mutatkoznak meg.
A standard anyag mutatja a legalacsonyabb teljes füstkibocsátást (TSR3). A C változat a legmagasabb füstkibocsátást mutatja, míg az A, B és D változatok a közepes tartományba esnek.
3TSR(Total Smoke Release – teljes füstkibocsátás): A vizsgálat során kibocsátott füst teljes mennyisége; integrált paraméter a tűz teljes időtartama alatti füstkibocsátás mennyiségi értékeléséhez.
Ezek az eredmények azt mutatják, hogy az egyes paraméterek – például a gyulladási idő – javítása nem feltétlenül csökkenti a füstkibocsátást. Ezért a polimer anyagok tűzviselkedése egy többdimenziós optimalizálási problémát jelent, amelyben az anyagösszetétel változásai eltérő módon befolyásolhatják a gyulladási viselkedést, a hőleadást és a füstképződést.
Tömegveszteség – Hasonló lebomlási mechanizmusok
A mérés során a relatív tömegveszteség 14% és 21% között mozgott (lásd az 5. ábrát). Az eredmények relatív tömegveszteségként való kifejezése lehetővé teszi a bomlási profilok közvetlen összehasonlítását, a minták tömegében fennálló kis eltérések ellenére. A vizsgált változatok között csak kis eltérések vannak az anyagok Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlásának időbeli lefolyásában. A hasonló görbeprofilok arra utalnak, hogy az összes anyag hasonló módon megy keresztül a termikus bomláson és az égésen. A standard anyag az égés kezdetén kissé alacsonyabb tömegveszteséget mutat, és a görbék a folyamat előrehaladtával konvergálnak.
A minta állapotának meghatározása a mérés után
A mérések befejezése után minden anyag esetében jelentős maradékanyag-képződést figyeltek meg (6. ábra). A maradékanyagok szerkezetében, integritásában és felületi jellemzőiben megfigyelt különbségek összefüggésben állnak az égési profilban megfigyelt eltérésekkel.
Összefoglalás
A NETZSCH -es készülékkel ( TCC 918 ) végzett kúpos kalorimetria lehetővé teszi a hőleadás, a füstképződés és a tömegveszteség egyidejű mérését, így átfogó kísérleti alapot biztosít a polimer anyagok tűzviselkedésének értékeléséhez és optimalizálásához.
Egy polimer alapú referenciaanyag különböző változatainak vizsgálata jelentős különbségeket tár fel az egyes tűzzel kapcsolatos paraméterek tekintetében.
A vizsgált anyagok közül az A változat éri el a leghosszabb, 86 másodperces gyulladási időt, így a legnagyobb gyulladásállóságot mutatja.
A maximális hőleadási sebesség tekintetében azonban továbbra is a szabványos anyag szolgál referenciaértéknek, mivel ez mutatja a legalacsonyabbHRRmax értéket.
A standard anyag a legkedvezőbb füstképződési tulajdonságokat is mutatja, a legalacsonyabb teljes füstkibocsátással; míg a C változat a legnagyobb füstképződést mutatja.
Az összes anyag relatív tömegvesztése hasonló tartományban, 14–11% között mozog, ami összehasonlítható termikus bomlási mechanizmusokra utal.
Az eredmények azt mutatják, hogy az összes tűzzel kapcsolatos paraméter egyidejű optimalizálása nem könnyen megvalósítható. Az egyes paraméterek javulását más tűzviselkedési jellemzők változása is kísérheti.
A kúpos kalorimetria még a szorosan rokon anyagösszetételek között is érzékeny megkülönböztetést tesz lehetővé.