Pendahuluan
Menganalisis perilaku kebakaran bahan adalah bagian penting dari rekayasa keselamatan. Kalorimeter Kerucut TCC 918 (gambar 1) adalah perangkat pengujian mapan yang digunakan untuk menentukan parameter utama seperti laju pelepasan panas (HRR), kehilangan massa, dan emisi asap. Komposisi kimiawi suatu bahan, serta parameter fisik seperti geometri sampel dan perilaku api, dapat mempengaruhi hasil pengukuran.
Sesuai dengan ISO 5660-1, dimensi standar untuk spesimen uji adalah 100 mm x 100 mm, dengan ketebalan antara 6 mm dan 50 mm. Investigasi ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh ketebalan sampel terhadap hasil pengukuran.
Pengaturan dan Ketentuan Pengujian
Sembilan sampel PMMA dengan ketebalan 7 mm, 14 mm dan sekitar 19 mm (tiga pengukuran per ketebalan) diteliti.
Sampel ditempatkan pada tempat sampel horizontal, yang dipasang pada sel penimbangan untuk memungkinkan pencatatan kehilangan massa secara terus menerus. Panas diberikan dengan menggunakan pemanas kerucut listrik dengan kerapatan fluks panas konstan sebesar 50 kW/m². Penyalaan terjadi melalui penyala percikan api setelah gas PirolisisPirolisis adalah penguraian termal senyawa organik dalam atmosfer inert.pirolisis yang cukup dilepaskan. Gas buang yang dihasilkan dianalisis untuk menentukan laju aliran massa, suhu gas buang dan konsentrasi O₂, CO₂ dan CO. KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. Kepadatan asap ditentukan dengan transmisi cahaya. Sistem analisis gas (Siemens Oxymat/ Ultramat) dikalibrasi sebelum rangkaian pengukuran, dan faktor C¹ divalidasi dengan menggunakan pembakar metana. Kondisi pengukuran dirangkum dalam tabel 1.
Tabel 1: Kondisi pengukuran
| Tempat sampel | Horisontal |
| Sampel dan ketebalan | PMMA dengan ketebalan sekitar 7, 14, 19 mm |
| Aliran panas | 50 kW / m2 |
| Laju aliran panas nominal | 24.0 l / s |
| Jarak ke pemanas kerucut | 25 mm |
1FaktorC, yang didefinisikan dalam ISO 5660-1, adalah konstanta kalibrasi yang digunakan untuk menentukan laju pelepasan panas (HRR). Faktor ini menghubungkan sinyal dari penganalisis oksigen dengan energi panas aktual yang dilepaskan.
Hasil Pengukuran
Waktu Penyalaan (TOI) dan Waktu Pembakaran sampai Padam (TOF)
Seperti yang diharapkan, waktu penyalaan (TOI) adalah sama untuk semua sampel, yaitu 22 detik. Hal ini menunjukkan bahwa penyalaan terutama dipengaruhi oleh sifat permukaan daripada ketebalan material.
Sebaliknya, waktu pembakaran sampai padam total (Time of Flame-off, atau TOF) jelas tergantung pada ketebalan sampel. Sampel 7 mm terbakar selama rata-rata 597 detik; sampel 14 mm selama rata-rata 857 detik; dan sampel 19 mm selama rata-rata 1108 detik (lihat tabel 2). Khususnya, dengan peningkatan ketebalan sampel yang seragam, perbedaan waktu yang seragam dalam TOF juga diamati. Hal ini memungkinkan hubungan yang hampir linier antara TOF dan ketebalan sampel dapat diturunkan, sehingga memungkinkan interpolasi sederhana untuk ketebalan yang lebih jauh.
Tabel 2: Waktu rata-rata penyalaan dan pembakaran hingga pemadaman
| Ketebalan sampel | TOI | TOF |
|---|---|---|
| 7 mm | 22 s | 597 s |
| 14 mm | 22 s | 857 s |
| 19 mm | 22 s | 1108 s |
Pelepasan Panas (HRR, THR)
Aspek kunci dari analisis ini adalah laju pelepasan panas (HRR), yang didefinisikan sebagai jumlah panas yang dilepaskan per unit waktu.
Gambar 2 menunjukkan kurva HRR untuk sampel PMMA dengan ketebalan yang berbeda: 7 mm (biru), 14 mm (hijau) dan 19 mm (merah). Mengevaluasi HRR menunjukkan perbedaan yang jelas antara ketebalan sampel.
Meskipun HRR maksimum sebanding untuk semua ketebalan sampel (~880 kW/m²), titik di mana HRR maksimum terjadi bergeser secara sistematis ke waktu yang lebih lama seiring dengan bertambahnya ketebalan sampel. Hal ini sudah diperkirakan, karena bahan yang lebih tebal membutuhkan lebih banyak waktu untuk memanas sepenuhnya dan mengalami PirolisisPirolisis adalah penguraian termal senyawa organik dalam atmosfer inert.pirolisis. Pada sampel yang lebih tipis, komponen yang mudah menguap dilepaskan lebih awal.
Total panas yang dilepaskan (THR) selama pembakaran sesuai dengan integral HRR dari waktu ke waktu. Gambar 3 menunjukkan kurva THR. Seperti yang diharapkan, nilai THR meningkat dengan ketebalan sampel.
Gambar 4 menunjukkan hubungan linier antara ketebalan sampel dan a) waktu HRR maksimum dan b) total pelepasan panas. Korelasi tersebut menegaskan bahwa, dengan pembakaran sempurna, THR pada dasarnya ditentukan oleh jumlah bahan yang digunakan. Hubungan linier antara ketebalan sampel, waktu pembakaran hingga kepunahan total (TOF) dan THR mengindikasikan bahwa semua sampel hampir sepenuhnya terkonversi. Dua pengukuran individu dengan ketebalan sampel yang berbeda dapat dengan mudah dikonversi ke nilai yang sesuai untuk ketebalan sampel lainnya.
Produksi Asap (SPR, TSP)
Aspek penting lainnya dari investigasi ini adalah merekam perkembangan asap. Hal ini dicapai dengan mengukur transmisi cahaya dalam aliran gas buang. Sinar laser dipandu melalui pipa knalpot (lihat gambar 5). Berkurangnya transmisi menunjukkan peningkatan KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan asap.
Sama halnya dengan HRR, diamati bahwa dibutuhkan waktu yang lebih lama untuk mencapai tingkat produksi asap maksimum (SPR) seiring dengan bertambahnya ketebalan sampel. Seperti yang dapat dilihat pada gambar 6, kurva SPR menunjukkan bahwa sampel yang lebih tipis dengan cepat mengeluarkan asap dalam jumlah yang large banyak, sementara sampel yang lebih tebal mengeluarkan asap dalam waktu yang lebih lama. Hal ini mencerminkan proses PirolisisPirolisis adalah penguraian termal senyawa organik dalam atmosfer inert.pirolisis yang tertunda, di mana sampel yang lebih tebal membutuhkan waktu lebih lama untuk terurai sepenuhnya.
Total produksi asap (TSP), yang ditunjukkan pada gambar 7, meningkat dengan bertambahnya ketebalan sampel seperti yang diharapkan.
Gambar 8 menunjukkan hubungan yang hampir linier antara ketebalan sampel dan TSP. Hal ini menegaskan bahwa, setelah massa sampel dikonversi sepenuhnya, total keluaran asap pada dasarnya ditentukan oleh jumlah material yang ada.
Ringkasan
Ketebalan sampel sangat mempengaruhi parameter api dalam Kalorimeter Kerucut. Meskipun waktu penyalaan sebagian besar tetap konstan, waktu pembakaran, THR dan TSP meningkat hampir secara linier dengan meningkatnya ketebalan sampel.
Hasil ini menyoroti pentingnya selalu menggunakan ketebalan sampel yang identik untuk uji material komparatif untuk memastikan hasil yang andal dan sebanding. Berkat linearitas yang diamati, hasil pengukuran yang hanya didasarkan pada dua ketebalan juga dapat ditransfer ke ketebalan lain dengan menggunakan interpolasi atau ekstrapolasi sederhana.
Karena bahan dengan ketebalan yang berbeda sering digunakan untuk aplikasi yang sama dalam praktiknya, masuk akal untuk melakukan pengujian dalam kondisi khusus aplikasi, seperti dengan ketebalan komponen yang khas atau situasi pemasangan yang sebenarnya, untuk mencapai penilaian proteksi kebakaran yang realistis. Ini adalah satu-satunya cara untuk menilai perilaku kebakaran yang sebenarnya secara andal dan membuat pemilihan material yang beralasan.