Perilaku Kebakaran Bahan Acuan Polimer dan Varian-Variannya yang Dimodifikasi dalam Kalorimeter Kerucut dengan Sistem Pengukuran Waktu dan Suhu ( TCC 918 )

Pendahuluan

Uji kebakaran memainkan peran penting dalam menjamin keselamatan pribadi, memenuhi persyaratan hukum, dan meminimalkan potensi kerusakan harta benda, dengan mengevaluasi bagaimana bahan dan sistem berperilaku dalam kondisi kebakaran. Uji terkontrol ini memverifikasi apakah produk dapat menahan panas, membatasi penyebaran api, dan menjamin beroperasinya sistem bangunan kritis—seperti sistem alarm kebakaran dan sistem pemadaman—secara andal dalam keadaan darurat.

Uji kebakaran juga memastikan kepatuhan terhadap standar keselamatan kebakaran nasional dan internasional, yang merupakan prasyarat penting untuk izin bangunan dan sertifikasi produk. Pada saat yang sama, kinerja aktual bahan dan sistem perlindungan dievaluasi untuk memastikan bahwa sistem tersebut memberikan waktu yang cukup bagi evakuasi yang aman serta membatasi dampak kebakaran.

Metode TCC

Sebuah bahan acuan berbasis polimer telah diteliti. Sebagai bagian dari proyek pengembangan, beberapa varian dengan modifikasi bahan yang ditargetkan diproduksi untuk menganalisis secara sistematis pengaruhnya terhadap parameter kinerja kebakaran utama.

Fokus penelitian ini adalah menentukan sejauh mana parameter terkait kebakaran berubah dibandingkan dengan bahan acuan, serta mengidentifikasi korelasi di antara parameter-parameter tersebut.

Metode Pengujian Api Terkendali ( TCC 918 ) (Gambar 1) digunakan untuk penyelidikan eksperimental ini. Metode ini memungkinkan penentuan simultan beberapa parameter yang relevan dengan kebakaran, termasuk:

• Waktu hingga penyalaan (TOI)
• Laju pelepasan panas maksimum (_HHRmax)
• Total pelepasan asap (TSR)
• Kehilangan massa selama pembakaran

Dengan demikian, kalorimetri kerucut memungkinkan karakterisasi komprehensif terhadap perilaku kebakaran bahan berbasis polimer di bawah kondisi kebakaran yang terdefinisi dan dapat direproduksi.

Penentuan laju pelepasan panas didasarkan pada prinsip konsumsi oksigen, di mana panas yang dilepaskan dihitung dari konsumsi oksigen gas hasil pembakaran yang diukur.

Kondisi Pengukuran

Pengukuran dilakukan menggunakan Kalorimeter Kerucut NETZSCH TCC 918 sesuai dengan standar ISO 5660-1. Parameter pengukuran tercantum dalam Tabel 1.

Tabel 1: Kondisi pengukuran

Sampel-sampel tersebut ditempatkan secara horizontal di dalam dudukan sampel dan dikenai KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan aliran panas konstan sebesar 50 kW/m². Beban termal ini sesuai dengan skenario kebakaran yang umum terjadi, sehingga memungkinkan penilaian perilaku kebakaran yang realistis.

Selama pengukuran, laju pelepasan panas, produksi asap, dan kehilangan massa dicatat secara terus-menerus.

Rangkaian pengujian ini mencakup bahan-bahan berikut:

• Bahan standar
• Varian pengembangan A, B, C, dan D

Semua sampel merupakan bahan berbasis polimer dengan sifat geometris sebagai berikut:

• Luas: 100 x 100 mm
• Ketebalan: 3,3–3,9 mm
• Massa: 53–62 g

Meskipun bahan dasarnya serupa dalam semua kasus, masing-masing varian telah dimodifikasi secara khusus. Gambar 2 menunjukkan sampel-sampel tersebut di dalam dudukan sampel sebelum pengukuran.

Hasil Pengukuran

Perilaku Pengapian – Penundaan sebagai Tujuan Pengembangan

Waktu yang diukur hingga terjadinya pembakaran (^TOI1) berkisar antara 69 s hingga 86 s.

Dengan 86 s, varian A menunjukkan waktu hingga pembakaran terpanjang, sedangkan bahan standar berada di rentang tengah dari bahan-bahan yang diuji.

Hasil ini menunjukkan bahwa modifikasi yang ditargetkan dapat meningkatkan ketahanan terhadap penyalaan. Waktu penyalaan yang lebih lama berarti bahan tersebut beralih ke pembakaran yang berkelanjutan pada tahap yang lebih lambat di bawah beban termal yang sama.

^1TOI(Waktu hingga Terjadinya Pembakaran): Jangka waktu dari awal pelepasan panas hingga sampel terbakar.

Pelepasan Panas – Standar Tetap Menjadi Patokan

Laju pelepasan panas maksimum (^HRRmax2) berkisar antara 102 dan 128^kW/m² (lihat Gambar 3).

Bahan standar menunjukkan laju pelepasan panas maksimum terendah, sedangkan varian pengembangan A hingga D menunjukkan nilai_HRRmax yang sebanding atau sedikit lebih tinggi.

Tidak teramati adanya pengurangan tambahan pada laju pelepasan panas maksimum dibandingkan dengan bahan acuan. Oleh karena itu, terkait pelepasan panas maksimum, bahan standar tetap menjadi acuan.

Meskipun hanya terdapat perbedaan moderat dalam hal perilaku penyalaan dan pelepasan panas maksimum, perbedaan yang lebih mencolok terjadi di antara bahan-bahan tersebut terkait pembentukan asap.

_2HRRmax: Laju pelepasan panas maksimum; nilai HRR tertinggi yang diukur selama pengujian dan parameter untuk intensitas api maksimum.

Produksi Asap – Perbedaan yang Jelas

Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 4, perbedaan terbesar di antara bahan-bahan tersebut terlihat pada perkembangan asap.

Bahan standar menunjukkan total pelepasan asap (^TSR3) terendah. Varian C menunjukkan produksi asap tertinggi, sedangkan varian A, B, dan D berada di kisaran menengah.

^3TSR(Total Smoke Release): Jumlah total asap yang dilepaskan selama pengujian; parameter integral untuk penilaian kuantitatif produksi asap selama seluruh durasi kebakaran.

Hasil-hasil ini menunjukkan bahwa peningkatan parameter individu, seperti waktu penyalaan, tidak selalu mengurangi pelepasan asap. Oleh karena itu, perilaku kebakaran bahan polimer merupakan masalah optimisasi multidimensi, di mana perubahan komposisi bahan dapat memengaruhi perilaku penyalaan, pelepasan panas, dan pembentukan asap secara berbeda-beda.

Kehilangan Massa – Mekanisme Degradasi yang Sebanding

Kehilangan massa relatif selama pengukuran berkisar antara 14% hingga 21% (lihat Gambar 5). Penyajian hasil dalam bentuk kehilangan massa relatif memungkinkan perbandingan langsung antara profil degradasi, meskipun terdapat perbedaan kecil dalam massa sampel. Hanya terdapat perbedaan kecil dalam laju degradasi material di antara varian yang diuji. Profil kurva yang serupa menunjukkan bahwa semua bahan mengalami dekomposisi termal dan pembakaran dengan cara yang serupa. Bahan standar menunjukkan kehilangan massa yang sedikit lebih rendah pada awal pembakaran, dan kurva-kurva tersebut konvergen seiring berlanjutnya proses.

Jelaskan Sampel setelah Pengukuran

Setelah pengukuran selesai, teramati pembentukan residu yang signifikan pada semua bahan (Gambar 6). Perbedaan dalam struktur, integritas, dan karakteristik permukaan residu berkorelasi dengan variasi yang teramati pada profil pembakaran.

Ringkasan

Kalorimetri kerucut yang menggunakan sistem pengukuran dan analisis api ( NETZSCH ) TCC 918 memungkinkan pengukuran simultan terhadap pelepasan panas, produksi asap, dan kehilangan massa, sehingga memberikan landasan eksperimental yang komprehensif untuk mengevaluasi dan mengoptimalkan bahan polimer terkait perilaku kebakarannya.

Penelitian terhadap varian bahan acuan berbasis polimer menunjukkan perbedaan signifikan pada parameter-parameter terkait kebakaran.

Di antara bahan-bahan yang diuji, varian A mencapai waktu penyalaan terpanjang yaitu 86 detik, sehingga menunjukkan ketahanan terhadap penyalaan tertinggi.

Namun, bahan standar tetap menjadi patokan terkait laju pelepasan panas maksimum, karena menunjukkan_HRRmax terendah.

Bahan standar juga menunjukkan sifat perkembangan asap yang paling baik, dengan pelepasan asap total terendah; sedangkan varian C menunjukkan produksi asap tertinggi.

Kerugian massa relatif untuk semua bahan berada dalam kisaran yang serupa antara 14 hingga 11%, yang menunjukkan mekanisme dekomposisi termal yang sebanding.

Hasil ini menunjukkan bahwa optimalisasi simultan dari semua parameter terkait kebakaran tidak mudah dicapai. Peningkatan parameter individu mungkin disertai dengan perubahan pada karakteristik kinerja kebakaran lainnya.

Kalorimetri Kerucut memungkinkan diferensiasi yang sensitif bahkan antara formulasi bahan yang sangat mirip.