Introduzione
Il polipropilene (PP) è un termoplastico che riveste una notevole importanza economica ed è facile da lavorare, offrendo un’ampia gamma di applicazioni. Tuttavia, a causa della sua infiammabilità relativamente elevata, il suo impiego in applicazioni che richiedono una maggiore sicurezza antincendio risulta limitato.
Una strategia consolidata per migliorare il comportamento al fuoco consiste nell’utilizzare elevate percentuali di riempitivi minerali. In caso di incendio, questi possono fungere da barriera termica, riducendo il rilascio di calore e rallentando il processo di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione, contribuendo al contempo alla formazione di strutture residue stabili.
La presente nota applicativa esamina quattro materiali in PP altamente caricati con un contenuto di riempitivo pari al 60%. Un materiale funge da riferimento, mentre i materiali 1, 2 e 3 rappresentano varianti modificate con composizioni adeguate.
Lo studio mira a quantificare sistematicamente le differenze nel comportamento al fuoco e alla produzione di fumo di questi sistemi in PP e a valutare l’influenza delle modifiche apportate ai materiali sul comportamento all’accensione, sul rilascio di calore, sulla generazione di fumo e sulla perdita di massa.
Condizioni di misurazione
Le prove sono state condotte utilizzando il calorimetro a cono dell’ TCC 918 (figura 1) in conformità alla norma ISO 5660-1.
I campioni sono stati posizionati orizzontalmente ed esposti a una densità di flusso termico costante di 50 kW/m². Durante la misurazione sono stati registrati i seguenti parametri:
- Tempo di accensione (TOI)
- Tasso massimo di rilascio di calore (HRRmax)
- Emissione totale di fumo (TSR)
- Perdita di massa in funzione del tempo
I principali parametri di prova sono riassunti nella tabella 1.
Tabella 1: Condizioni di misurazione
| Portacampioni | Orizzontale |
| Flusso termico | 50kW/m² |
| Portata nominale | 24,0 l/s |
| Distanza dal riscaldatore a cono | 25 mm |
| Masse dei campioni | Standard: 48,8 g Materiale 1: 38,3 g Materiale 2: 41,9 g Materiale 3: 42,3 g |
La figura 2 mostra i campioni nel portacampioni prima della misurazione.
Condizioni di misurazione
Comportamento all'accensione
Tutti i materiali testati hanno preso fuoco in un intervallo di tempo ristretto compreso tra circa 21 e 25 secondi.
Questi tempi di accensione molto simili suggeriscono che le diverse modifiche apportate ai materiali abbiano un’influenza minima o nulla sul riscaldamento termico iniziale e sul 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 dei sistemi in PP nelle condizioni di prova selezionate.
Rilascio di calore
La velocità di rilascio di calore1 è un parametro fondamentale per valutare l'intensità di combustione dei materiali. Le curve HRR corrispondenti sono illustrate nella figura 3.
1Tasso di rilasciodi calore(HRR): il tasso di energia rilasciata per unità di tempo e di superficie durante la combustione. È considerato uno dei parametri più importanti per valutare l’intensità del fuoco e viene determinato utilizzando un calorimetro a cono basato sul principio del consumo di ossigeno.
Il materiale di riferimento presenta un picco significativamente più marcato nella velocità di rilascio di calore. La velocità massima di rilascio di calore (HRRmax) è circa il doppio rispetto a quella delle varianti di PP modificato.
I materiali 1, 2 e 3, al contrario, hanno raggiunto valoridi HRRmax significativamente inferiori e hanno mostrato una propagazione complessiva dell’incendio più uniforme. Ciò suggerisce che la composizione del materiale modificato limiti efficacemente l’intensità dell’incendio nella fase iniziale.
Dopo il picco iniziale, le curve di rilascio di calore dei diversi materiali convergono. Ciò indica che, nonostante le diverse formulazioni, i materiali esaminati mostrano un comportamento di combustione complessivo simile.
Sviluppo di fumo
Le differenze più significative tra le varianti di materiale testate si osservano nello sviluppo di fumo, che rappresenta un parametro fondamentale per la sicurezza in caso di incendio (vedi Figura 4).
Il materiale standard presenta il più elevato rilascio totale di fumo. Al contrario, tutte e tre le varianti modificate di PP mostrano un’emissione totale di fumo significativamente ridotta per tutta la durata dell’incendio.
I valori TSR² dei materiali 1, 2 e 3 sono significativamente inferiori a quello del materiale di riferimento. Ciò dimostra che la generazione di fumo può essere ridotta apportando specifiche modifiche alla composizione del materiale.
I risultati indicano che lo sviluppo del fumo può essere ottimizzato attraverso adeguate modifiche alla formulazione senza influire in modo significativo sul comportamento all’accensione dei sistemi in PP altamente caricati.
2TSR(Total Smoke Release): Emissione totale di fumo durante la prova; un parametro fondamentale per la valutazione quantitativa della produzione di fumo per l’intera durata dell’incendio.
Perdita di massa
La perdita di massa relativa è una misura del degrado termico dei materiali durante l'esposizione al fuoco, come illustrato nella figura 5. L'espressione dei dati in percentuale compensa l'influenza delle diverse masse iniziali dei campioni e consente un confronto diretto delle curve di degrado.
I tre materiali in polipropilene (PP) modificati (materiali da 1 a 3) presentano curve di perdita di massa relativa molto simili. La perdita di massa massima per tutte e tre le varianti è compresa tra l’8 e il 9% circa.
Al contrario, il materiale standard presenta una perdita di massa relativa significativamente più elevata, pari a quasi il 12%. Pertanto, nelle condizioni di prova selezionate, subisce una degradazione termica maggiore rispetto alle varianti di PP modificato.
La minore perdita di massa relativa dei materiali modificati è coerente con il loro elevato contenuto di riempitivi minerali, che riduce il contenuto di polimero e può contribuire alla formazione di residui stabili.
Le curve simili dei materiali da 1 a 3 indicano che la modifica della composizione del materiale porta a un 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 termica comparabile in queste varianti.
Stato dei campioni dopo la misurazione
Al termine delle misurazioni, tutti i materiali testati presentano una significativa formazione di residui, come è tipico dei sistemi in PP altamente caricati (vedi figura 6).
Le differenze nella struttura superficiale e nel grado di carbonizzazione sono correlate alle variazioni osservate nelle prime fasi dell’incendio.
Sintesi
Dall’analisi dei materiali in polipropilene (PP) ad alto contenuto di riempitivo emerge che tutti i sistemi sottoposti a prova nelle condizioni selezionate presentano tempi di accensione comparabili.
Tuttavia, il materiale di riferimento ha mostrato un tasso massimo di rilascio di calore (HRRmax) significativamente più elevato, circa il doppio rispetto alle varianti di PP modificato, indicando una maggiore intensità dell’incendio.
Le differenze nella generazione di fumo sono particolarmente marcate. Tutti i materiali modificati mostrano un rilascio totale di fumo (TSR) significativamente ridotto rispetto al sistema di riferimento.
Anche la perdita di massa relativa è inferiore per le varianti di PP modificato, pari a circa l’8-9%, rispetto al materiale standard, pari a quasi il 12%, il che suggerisce una minore degradazione termica del materiale.
Questi risultati dimostrano che adeguamenti mirati alla composizione del materiale possono ridurre l’intensità massima dell’incendio, lo sviluppo di fumo e il degrado dei sistemi in PP altamente caricati.
La calorimetria a cono è considerata uno dei metodi più importanti per valutare il comportamento al fuoco dei materiali polimerici. Questo perché misura simultaneamente parametri chiave quali il rilascio di calore, la generazione di fumo e la perdita di massa in condizioni di incendio definite.
Il sito NETZSCH TCC 918 offre uno strumento affidabile e riproducibile per caratterizzare tali differenze legate ai materiali.