Introduzione
Il cloruro di polivinile (PVC) è utilizzato in numerose applicazioni in cui si applicano requisiti di sicurezza antincendio elevati, come cavi elettrici, prodotti per l'edilizia e componenti in plastica per l'ingegneria. Grazie all'elevato contenuto di cloro, il PVC presenta un ritardo di fiamma intrinseco relativamente buono, oltre a una formazione di residui distinta durante la Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione termica rispetto a molti altri materiali termoplastici.
Tuttavia, la generazione di fumo rappresenta una sfida particolare per la sicurezza in caso di incendio. Il fumo denso può compromettere significativamente la visibilità e complicare gli sforzi di evacuazione.
Inoltre, i prodotti di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione gassosi e particellari contenuti nel fumo possono rappresentare un rischio per la salute delle persone e del personale di emergenza.
Per ridurre in modo specifico la produzione di fumo, la composizione dei materiali in PVC viene spesso regolata con attenzione.
La calorimetria a cono in conformità alla norma ISO 5660-1 è uno dei metodi consolidati per valutare quantitativamente il comportamento al fuoco dei materiali. Considerata uno dei metodi di laboratorio più significativi per l'analisi sperimentale dei processi di incendio, fornisce parametri riproducibili per il comportamento di accensione, il rilascio di calore, la generazione di fumo e la perdita di massa in condizioni di flusso termico definite.
Questa nota applicativa presenta i risultati dei test su quattro materiali a base di PVC. Un campione funge da riferimento, mentre le varianti A, B e C rappresentano formulazioni modificate per ridurre la generazione di fumo. Lo studio mira a confrontare il comportamento al fuoco e al fumo di questi materiali in condizioni di prova identiche, utilizzando la calorimetria a cono.
Condizioni di misura
I test sono stati condotti utilizzando il calorimetro a cono NETZSCH TCC 918 (vedi Figura 1) in conformità alla norma ISO 5660-1. Si tratta di un dispositivo di prova consolidato per l'esecuzione di analisi sperimentali del comportamento del fuoco in condizioni di flusso termico definite. Si tratta di un dispositivo di prova ben collaudato per effettuare analisi sperimentali del comportamento del fuoco in condizioni di flusso di calore definite.
I campioni sono stati posizionati orizzontalmente e sottoposti a una densità di flusso di calore costante di 50 kW/m². Durante la misurazione, sono stati registrati continuamente il tasso di rilascio di calore (HRR)1, la perdita di massa e i parametri che descrivono la generazione di fumo, in particolare il tasso di produzione di fumo (SPR) e il rilascio totale di fumo (TSR).
I parametri chiave del test sono riassunti nella Tabella 1.
1Iltasso di rilascio di calore è una misura dell'intensità dell'incendio e della velocità di rilascio del calore (kW/m²).
Tabella 1: Condizioni di misura
| Supporto del campione | Orizzontale |
| Flusso di calore | 50 kW/m2 |
| Portata termica nominale | 24.0 l/s |
| Distanza dal riscaldatore a cono | 25 mm |
| Massa del campione | 42.8 g - 51,5 g |
La Figura 2 mostra i campioni nel portacampioni prima della misurazione.
Comportamento all'accensione e rilascio di calore
Tutti i materiali testati si sono accesi in un intervallo di tempo compreso tra 16 e 20 secondi. Questo comportamento di accensione è tipico dei sistemi in PVC sottoposti a una densità di flusso di calore esterno di 50 kW/m².
Nel complesso, i tassi di rilascio di calore rimangono a un livello moderato (figura 3). Le principali differenze sono evidenti nel tasso di rilascio di calore massimo (HRRmax). Il materiale di riferimento presenta il più alto HRRmax, mentre la variante A ha il più basso.
Nel complesso, tuttavia, le differenze sono limitate, il che significa che il comportamento di combustione di base dei sistemi in PVC esaminati può essere considerato comparabile. Ciò suggerisce che le modifiche del materiale influenzano principalmente il comportamento dei fumi, mentre i processi di combustione di base rimangono sostanzialmente invariati.
La produzione di fumo come parametro chiave di differenziazione
La Figura 4 mostra che le differenze più marcate tra i materiali testati sono evidenti nella produzione di fumo.
Il materiale di riferimento (curva nera) presenta il più alto rilascio totale di fumo (TSR2), mentre la variante (curva verde), in particolare, mostra un'emissione di fumo significativamente inferiore. Rispetto al materiale di riferimento, il rilascio totale di fumo è ridotto fino a circa il 43%.
La riduzione del rilascio di fumo può migliorare la visibilità in caso di incendio, facilitando l'evacuazione e gli interventi di emergenza. Negli scenari di incendio reali, una minore produzione di fumo può contribuire a mantenere più a lungo le condizioni critiche di visibilità, ampliando così il tempo disponibile per l'evacuazione.
Oltre al rilascio totale di fumo, il tasso di produzione di fumo (SPR) indica la velocità di rilascio del fumo durante lo sviluppo di un incendio. Questo parametro è importante per la sicurezza in quanto influisce sulla rapidità con cui possono verificarsi condizioni di visibilità critiche in caso di incendio.
Nonostante tempi di accensione comparabili e tassi di rilascio di calore simili, i materiali differiscono significativamente nel loro comportamento al fumo. I risultati dimostrano che modifiche mirate dei materiali possono ridurre significativamente il rilascio di fumo senza alterare sostanzialmente il comportamento fondamentale della combustione dei sistemi in PVC.
2TSR(rilascio totale di fumo) si riferisce alla quantità cumulativa di fumo prodotta durante la combustione e si ricava dalle misurazioni della trasmittanza della luce laser, valutata in base all'attenuazione della luce secondo la legge di Bouguer-Lambert.
Perdita di massa
La perdita di massa relativa descrive la degradazione termica dei materiali durante l'esposizione al fuoco e consente di trarre conclusioni sul loro comportamento di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione.
Il materiale di riferimento presenta la perdita di massa relativa più elevata, pari al 23,95%. Le varianti da A a C mostrano invece valori molto simili, pari a circa il 16,45% (figura 5).
Le curve di perdita di massa in funzione del tempo sono generalmente comparabili, suggerendo che i materiali subiscono una Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione termica simile. Tuttavia, la minore perdita di massa delle varianti modificate indica una maggiore formazione di residui durante la combustione.
Una maggiore formazione di residui può ridurre la quantità di prodotti volatili della PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi e quindi influenzare la generazione di fumo. La formazione di residui pronunciati è caratteristica dei sistemi in PVC ed è spesso associata a componenti inorganici e a processi di carbonizzazione durante l'esposizione al fuoco.
Condizioni dei campioni dopo la misurazione
Al termine delle misurazioni, i campioni hanno mostrato chiare differenze nella struttura e nella stabilità dei residui rimanenti (vedi figura 6). Mentre tutti i materiali presentavano una carbonizzazione caratteristica, l'estensione e la struttura superficiale dei residui differivano tra il materiale di riferimento e le varianti modificate.
Queste differenze riflettono le variazioni precedentemente osservate nella degradazione del materiale e nell'emissione di fumo. In particolare, le varianti modificate presentano talvolta strutture di residui più compatte, indicando potenzialmente una Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione termica alterata e una maggiore stabilizzazione del materiale rimanente durante l'esposizione al fuoco. Queste osservazioni sono coerenti con le differenze precedentemente discusse nella perdita di massa e nel rilascio di fumo.
Sintesi
La calorimetria a cono ha rivelato differenze significative nel comportamento dei fumi dei materiali in PVC analizzati, mentre il comportamento di accensione e i tassi di rilascio di calore sono rimasti ampiamente comparabili in condizioni di prova identiche. Tutti i materiali si sono accesi in un intervallo di tempo compreso tra circa 16 e 20 secondi e hanno mostrato tassi di rilascio di calore moderati.
La differenza più significativa tra i materiali testati è stata osservata nello sviluppo del fumo. In particolare, la variante B ha mostrato un rilascio di fumo totale significativamente ridotto, con una riduzione fino al 43% rispetto al materiale di riferimento. Una minore emissione di fumo può migliorare la visibilità in caso di incendio, facilitando le procedure di evacuazione e il lavoro del personale di emergenza.
Le varianti modificate hanno anche mostrato valori di perdita di massa inferiori rispetto al materiale di riferimento. Ciò indica una maggiore formazione di residui durante la combustione, che può essere associata a un minore rilascio di prodotti di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione volatili e quindi a una minore generazione di fumo.
Questi risultati dimostrano che aggiustamenti mirati alla composizione del materiale possono influenzare significativamente il comportamento al fuoco e al fumo dei sistemi in PVC. La calorimetria a cono consente di caratterizzare in modo riproducibile e quantitativo i parametri chiave dell'incendio in condizioni di prova definite.
Il calorimetro a cono NETZSCH TCC 918 offre quindi un potente metodo per la valutazione comparativa di diverse formulazioni di materiali e supporta i processi di sviluppo volti a ottimizzare il comportamento al fuoco e al fumo dei materiali polimerici.