Pendahuluan
Polivinil klorida (PVC) digunakan dalam berbagai aplikasi yang memerlukan persyaratan keselamatan kebakaran yang lebih tinggi, seperti kabel listrik, produk bangunan, dan komponen plastik rekayasa. Karena kandungan klorinnya yang tinggi, PVC menunjukkan ketahanan api intrinsik yang relatif baik serta pembentukan residu yang berbeda selama dekomposisi termal dibandingkan dengan banyak termoplastik lainnya.
Namun, asap yang dihasilkan menimbulkan tantangan keamanan tertentu jika terjadi kebakaran. Asap yang pekat dapat secara signifikan mengganggu jarak pandang dan mempersulit upaya evakuasi.
Selain itu, produk dekomposisi gas dan partikulat yang terkandung dalam asap dapat menimbulkan risiko kesehatan bagi manusia dan personel darurat.
Untuk secara khusus mengurangi produksi asap, komposisi bahan PVC sering kali disesuaikan dengan hati-hati.
Kalorimetri kerucut sesuai dengan ISO 5660-1 adalah salah satu metode yang telah ditetapkan untuk mengevaluasi perilaku kebakaran bahan secara kuantitatif. Dianggap sebagai salah satu metode laboratorium yang paling berarti untuk analisis eksperimental proses kebakaran, metode ini memberikan parameter yang dapat direproduksi untuk perilaku pengapian, pelepasan panas, pembentukan asap, dan kehilangan massa dalam kondisi aliran panas yang ditentukan.
Catatan Aplikasi ini menyajikan hasil pengujian untuk empat bahan berbasis PVC. Satu sampel berfungsi sebagai referensi, sementara varian A, B dan C mewakili formulasi yang dimodifikasi yang dirancang untuk mengurangi pembentukan asap. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan perilaku api dan asap dari bahan-bahan ini dalam kondisi pengujian yang sama dengan menggunakan kalorimetri kerucut.
Kondisi Pengukuran
Pengujian dilakukan dengan menggunakan NETZSCH TCC 918 Cone Calorimeter (lihat Gambar 1) sesuai dengan ISO 5660-1. Alat ini merupakan alat pengujian yang mapan untuk melakukan analisis eksperimental perilaku api dalam kondisi aliran panas yang ditentukan.
Spesimen diposisikan secara horizontal dan mengalami KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan aliran panas konstan sebesar 50 kW/m². Selama pengukuran, laju pelepasan panas (HRR)1, kehilangan massa dan parameter yang menggambarkan pembentukan asap, khususnya laju produksi asap (SPR) dan pelepasan asap total (TSR), secara terus menerus dicatat.
Parameter uji utama dirangkum dalam Tabel 1.
1Laju pelepasan panas adalah ukuran intensitas kebakaran dan laju pelepasan panas (kW/m²).
Tabel 1: Kondisi pengukuran
| Tempat sampel | Horisontal |
| Aliran panas | 50 kW/m2 |
| Laju aliran panas nominal | 24.0 l / s |
| Jarak ke pemanas kerucut | 25 mm |
| Massa sampel | 42.8 g - 51,5 g |
Gambar 2 menunjukkan spesimen dalam tempat spesimen sebelum pengukuran.
Perilaku Penyalaan dan Pelepasan Panas
Semua bahan yang diuji menyala dalam kisaran waktu sekitar 16 hingga 20 detik. Perilaku penyalaan ini adalah tipikal sistem PVC yang mengalami KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan aliran panas eksternal sebesar 50 kW/m².
Secara keseluruhan, tingkat pelepasan panas tetap pada tingkat moderat (gambar 3). Perbedaan utama terlihat jelas pada laju pelepasan panas maksimum (HRRmax). Bahan referensi menunjukkan HRRmax tertinggi, sedangkan varian A memiliki yang terendah.
Namun, secara keseluruhan, perbedaannya terbatas, yang berarti perilaku pembakaran dasar dari sistem PVC yang diperiksa dapat dianggap sebanding. Hal ini menunjukkan bahwa modifikasi material terutama memengaruhi perilaku asap, sementara proses pembakaran dasar sebagian besar tidak berubah.
Produksi Asap sebagai Parameter Pembeda Utama
Gambar 4 menunjukkan bahwa perbedaan yang paling menonjol di antara bahan yang diuji terlihat jelas pada produksi asap.
Bahan referensi (kurva hitam) menunjukkan total pelepasan asap tertinggi (TSR2), sementara varian (kurva hijau), khususnya, menunjukkan emisi asap yang jauh lebih rendah. Dibandingkan dengan bahan referensi, total pelepasan asap berkurang hingga sekitar 43%.
Berkurangnya pelepasan asap dapat meningkatkan visibilitas jika terjadi kebakaran, sehingga memudahkan upaya evakuasi dan tanggap darurat. Dalam skenario kebakaran di dunia nyata, produksi asap yang lebih rendah dapat membantu mempertahankan kondisi jarak pandang yang kritis lebih lama, sehingga memperluas waktu evakuasi yang tersedia.
Selain total pelepasan asap, laju produksi asap (SPR) menunjukkan seberapa cepat asap dilepaskan selama perkembangan kebakaran. Parameter ini relevan dengan keselamatan karena mempengaruhi seberapa cepat kondisi jarak pandang kritis dapat muncul jika terjadi kebakaran.
Meskipun waktu penyalaan yang sebanding dan tingkat pelepasan panas yang serupa, material berbeda secara signifikan dalam perilaku asapnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa modifikasi bahan yang ditargetkan dapat secara signifikan mengurangi pelepasan asap tanpa secara substansial mengubah perilaku pembakaran mendasar sistem PVC.
2TSR(pelepasan asap total) mengacu pada jumlah kumulatif asap yang dihasilkan selama pembakaran dan berasal dari pengukuran transmitansi cahaya laser, yang dievaluasi berdasarkan redaman cahaya menurut hukum Bouguer-Lambert.
Kehilangan Massa
Kehilangan massa relatif menggambarkan degradasi termal bahan selama terpapar api dan memungkinkan kesimpulan yang dapat diambil tentang perilaku dekomposisinya.
Bahan referensi menunjukkan kehilangan massa relatif tertinggi, yaitu 23,95%. Sebaliknya, varian A hingga C menunjukkan nilai yang sangat mirip yaitu sekitar 16,45% (gambar 5).
Kurva kehilangan massa yang bergantung pada waktu dari kurva kehilangan massa secara umum sebanding, menunjukkan bahwa bahan mengalami dekomposisi termal dengan cara yang sama. Namun, kehilangan massa yang lebih rendah dari varian yang dimodifikasi menunjukkan pembentukan residu yang lebih besar selama pembakaran.
Peningkatan pembentukan residu dapat mengurangi jumlah produk PirolisisPirolisis adalah penguraian termal senyawa organik dalam atmosfer inert.pirolisis yang mudah menguap dan dengan demikian mempengaruhi pembentukan asap. Pembentukan residu yang diucapkan adalah karakteristik sistem PVC dan sering dikaitkan dengan komponen anorganik, serta proses pengarangan, selama paparan api.
Kondisi Sampel setelah Pengukuran
Setelah pengukuran selesai, sampel menunjukkan perbedaan yang jelas dalam struktur dan stabilitas residu yang tersisa (lihat gambar 6). Meskipun semua bahan menunjukkan karakteristik hangus, tingkat dan struktur permukaan residu berbeda antara bahan referensi dan varian yang dimodifikasi.
Perbedaan-perbedaan ini mencerminkan variasi yang diamati sebelumnya dalam degradasi material dan emisi asap. Khususnya, varian yang dimodifikasi terkadang menunjukkan struktur residu yang lebih padat, yang berpotensi menunjukkan perubahan dekomposisi termal dan stabilisasi yang lebih besar dari material yang tersisa selama paparan api. Pengamatan ini konsisten dengan perbedaan yang telah dibahas sebelumnya dalam hal kehilangan massa dan pelepasan asap.
Ringkasan
Kalorimetri kerucut mengungkapkan perbedaan signifikan dalam perilaku asap dari bahan PVC yang diselidiki, sementara perilaku penyalaan dan laju pelepasan panas sebagian besar tetap sebanding dalam kondisi pengujian yang sama. Semua bahan menyala dalam rentang waktu sekitar 16 hingga 20 detik dan menunjukkan tingkat pelepasan panas yang moderat.
Perbedaan yang paling signifikan di antara bahan yang diuji diamati pada pengembangan asap. Secara khusus, varian B menunjukkan pengurangan total pelepasan asap secara signifikan, mencapai pengurangan hingga 43% dibandingkan dengan bahan referensi. Pengurangan emisi asap dapat meningkatkan visibilitas jika terjadi kebakaran, memfasilitasi prosedur evakuasi dan pekerjaan personel darurat.
Varian yang dimodifikasi juga menunjukkan nilai kehilangan massa yang lebih rendah dibandingkan dengan bahan referensi. Hal ini mengindikasikan peningkatan pembentukan residu selama pembakaran, yang mungkin terkait dengan pelepasan produk dekomposisi yang mudah menguap yang lebih rendah, dan dengan demikian mengurangi pembentukan asap.
Hasil ini menunjukkan bahwa penyesuaian yang ditargetkan pada komposisi bahan dapat secara signifikan mempengaruhi perilaku api dan asap sistem PVC. Kalorimetri kerucut memungkinkan karakterisasi kuantitatif yang dapat direproduksi dari parameter api utama dalam kondisi pengujian yang ditentukan.
Dengan demikian, NETZSCH Cone Calorimeter TCC 918 menawarkan metode yang ampuh untuk evaluasi komparatif formulasi material yang berbeda dan mendukung proses pengembangan yang bertujuan untuk mengoptimalkan perilaku api dan asap bahan polimer.