Perilaku Kebakaran Bahan PP dengan Isi Pengisi Tinggi dalam Kalorimeter Kerucut TCC 918 Sesuai dengan ISO 5660-1

Pendahuluan

Polipropilena (PP) adalah termoplastik yang tidak hanya memiliki nilai ekonomi tinggi tetapi juga mudah diproses, sehingga menawarkan beragam aplikasi. Namun, karena tingkat mudah terbakarnya yang relatif tinggi, penggunaannya dalam aplikasi yang menuntut keamanan kebakaran yang lebih tinggi menjadi terbatas.

Strategi yang telah terbukti efektif untuk meningkatkan perilaku kebakaran adalah dengan menggunakan proporsi pengisi mineral yang tinggi. Saat terjadi kebakaran, pengisi ini dapat bertindak sebagai penghalang termal, mengurangi pelepasan panas dan memperlambat proses dekomposisi, sekaligus berkontribusi pada pembentukan struktur sisa yang stabil.

Catatan aplikasi ini mengkaji empat bahan PP dengan pengisi tinggi yang memiliki kandungan pengisi sebesar 60%. Satu bahan berfungsi sebagai referensi, sedangkan bahan 1, 2, dan 3 mewakili varian yang dimodifikasi dengan komposisi yang disesuaikan.

Studi ini bertujuan untuk mengukur secara sistematis perbedaan perilaku api dan asap pada sistem PP ini serta mengevaluasi pengaruh modifikasi bahan terhadap perilaku penyalaan, pelepasan panas, pembentukan asap, dan kehilangan massa.

Kondisi Pengukuran

Penyelidikan dilakukan menggunakan Kalorimeter Kerucut TCC 918 (Gambar 1) sesuai dengan standar ISO 5660-1.

Sampel ditempatkan secara horizontal dan dipaparkan pada KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan aliran panas konstan sebesar 50 kW/m². Parameter-parameter berikut dicatat selama pengukuran:

• Waktu hingga terbakar (TOI)
• Laju pelepasan panas maksimum (_HRRmax)
• Total pelepasan asap (TSR)
• Kehilangan massa yang bergantung pada waktu

Parameter pengujian utama dirangkum dalam Tabel 1.

Tabel 1: Kondisi pengukuran

Gambar 2 memperlihatkan sampel-sampel di dalam tempat sampel sebelum pengukuran dilakukan.

Kondisi Pengukuran

Perilaku Pembakaran

Semua bahan yang diuji mengalami pembakaran dalam rentang waktu yang sempit, yaitu sekitar 21 hingga 25 detik.

Waktu penyalaan yang sangat mirip ini menunjukkan bahwa modifikasi bahan yang berbeda memiliki pengaruh yang sangat kecil atau bahkan tidak ada sama sekali terhadap pemanasan termal awal dan perilaku dekomposisi sistem PP dalam kondisi pengujian yang dipilih.

Pelepasan Panas

^Laju pelepasan panas1 merupakan parameter utama untuk mengevaluasi intensitas kebakaran suatu bahan. Kurva HRR yang sesuai ditunjukkan pada Gambar 3.

¹Laju pelepasan^panas(HRR): Laju energi yang dilepaskan per satuan waktu dan luas selama pembakaran. Laju ini dianggap sebagai salah satu parameter terpenting untuk menilai intensitas kebakaran dan ditentukan menggunakan kalorimeter kerucut berdasarkan prinsip konsumsi oksigen.

Bahan acuan menunjukkan puncak laju pelepasan panas yang jauh lebih menonjol. Laju pelepasan panas maksimum (_HRRmax) sekitar dua kali lipat dari nilai yang ditunjukkan oleh varian PP yang dimodifikasi.

Sebaliknya, bahan 1, 2, dan 3 mencapai nilai_HRRmax yang jauh lebih rendah dan menunjukkan pertumbuhan api secara keseluruhan yang lebih seragam. Hal ini menunjukkan bahwa komposisi bahan yang dimodifikasi secara efektif membatasi intensitas api pada fase awal kebakaran.

Setelah mencapai puncak awal, kurva pelepasan panas dari berbagai bahan tersebut konvergen. Hal ini menunjukkan bahwa meskipun formulasi bahan-bahan yang diteliti berbeda, bahan-bahan tersebut menunjukkan perilaku pembakaran secara keseluruhan yang serupa.

Pembentukan Asap

Perbedaan paling signifikan antara varian bahan yang diuji terlihat pada pembentukan asap, yang merupakan parameter utama terkait keselamatan jika terjadi kebakaran (lihat Gambar 4).

Bahan standar menunjukkan pelepasan asap total tertinggi. Sebaliknya, ketiga varian PP yang dimodifikasi tersebut menunjukkan penurunan emisi asap total yang signifikan selama seluruh periode kebakaran.

Nilai TSR² bahan 1, 2, dan 3 jauh lebih rendah daripada nilai bahan acuan. Hal ini menunjukkan bahwa pembentukan asap dapat dikurangi dengan melakukan perubahan tertentu pada komposisi bahan.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa perkembangan asap dapat dioptimalkan melalui modifikasi yang tepat pada formulasi tanpa secara signifikan memengaruhi perilaku penyalaan sistem PP dengan pengisi tinggi.

^2TSR(Total Smoke Release): Total pelepasan asap selama pengujian; parameter integral untuk penilaian kuantitatif produksi asap selama seluruh durasi kebakaran.

Kehilangan Massa

Kerugian massa relatif merupakan ukuran degradasi termal bahan selama terpapar api, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Penyajian data dalam bentuk persentase mengkompensasi pengaruh perbedaan massa awal sampel dan memungkinkan perbandingan langsung antara kurva degradasi.

Ketiga bahan polipropilena (PP) yang dimodifikasi (bahan 1 hingga 3) menunjukkan kurva kehilangan massa relatif yang sangat mirip. Kehilangan massa maksimum untuk ketiga varian tersebut berkisar sekitar 8 hingga 9%.

Sebaliknya, bahan standar menunjukkan kehilangan massa relatif yang jauh lebih tinggi, yaitu hampir 12%. Oleh karena itu, dalam kondisi pengujian yang dipilih, bahan tersebut mengalami degradasi termal yang lebih besar dibandingkan varian PP yang dimodifikasi.

Kerugian massa relatif yang lebih rendah pada bahan-bahan yang dimodifikasi sejalan dengan kandungan pengisi mineralnya yang tinggi, yang mengurangi kandungan polimer dan dapat berkontribusi pada pembentukan residu yang stabil.

Kurva yang serupa untuk bahan 1 hingga 3 menunjukkan bahwa memodifikasi komposisi bahan menghasilkan perilaku dekomposisi termal yang sebanding pada varian-varian ini.

Kondisi Sampel setelah Pengukuran

Setelah pengukuran selesai, semua bahan yang diuji menunjukkan pembentukan residu yang signifikan, sebagaimana lazimnya pada sistem PP dengan pengisi tinggi (lihat Gambar 6).

Perbedaan dalam struktur permukaan dan tingkat pengarangan berkorelasi dengan variasi yang diamati pada tahap awal kebakaran.

Ringkasan

Hasil penelitian terhadap bahan polipropilena (PP) dengan kandungan pengisi tinggi menunjukkan bahwa semua sistem yang diuji dalam kondisi pengujian yang dipilih memiliki waktu penyalaan yang sebanding.

Namun, bahan acuan menunjukkan laju pelepasan panas maksimum (_HRRmax) yang jauh lebih tinggi, sekitar dua kali lipat dari varian PP yang dimodifikasi, yang mengindikasikan intensitas kebakaran yang lebih tinggi.

Perbedaan dalam pembentukan asap sangat mencolok. Semua bahan yang dimodifikasi menunjukkan total pelepasan asap (TSR) yang berkurang secara signifikan dibandingkan dengan sistem acuan.

Kerugian massa relatif juga lebih rendah pada varian PP yang dimodifikasi, yaitu sekitar 8 hingga 9%, dibandingkan dengan bahan standar yang mencapai hampir 12%, yang menunjukkan penurunan degradasi termal bahan.

Hasil ini menunjukkan bahwa penyesuaian yang ditargetkan pada komposisi bahan dapat mengurangi intensitas api maksimum, pembentukan asap, dan degradasi bahan pada sistem PP dengan pengisi tinggi.

Kalorimetri kerucut dianggap sebagai salah satu metode terpenting untuk mengevaluasi perilaku kebakaran bahan polimer. Hal ini karena metode ini secara bersamaan mengukur parameter kunci seperti pelepasan panas, pembentukan asap, dan kehilangan massa di bawah kondisi kebakaran yang telah ditentukan.

NETZSCH TCC 918 menyediakan cara yang andal dan dapat diulang untuk mengkarakterisasi perbedaan-perbedaan terkait bahan tersebut.