Introduzione
Le prove antincendio svolgono un ruolo cruciale nel garantire la sicurezza delle persone, nel soddisfare i requisiti di legge e nel ridurre al minimo i potenziali danni materiali, valutando il comportamento dei materiali e degli impianti in condizioni di incendio. Le prove controllate verificano se i prodotti sono in grado di resistere al calore, limitare la propagazione del fuoco e garantire il funzionamento affidabile degli impianti critici dell’edificio, quali gli allarmi antincendio e i sistemi di estinzione, in caso di emergenza.
Le prove antincendio confermano inoltre la conformità alle norme nazionali e internazionali in materia di sicurezza antincendio, che costituiscono prerequisiti essenziali per il rilascio dei permessi di costruzione e delle certificazioni dei prodotti. Allo stesso tempo, vengono valutate le prestazioni effettive dei materiali e dei sistemi di protezione per garantire che offrano tempo sufficiente per un’evacuazione sicura e limitino l’impatto di un incendio.
Metodo TCC
È stato esaminato un materiale di riferimento a base polimerica. Nell’ambito di un progetto di sviluppo, sono state prodotte diverse varianti con modifiche mirate al materiale, al fine di analizzare sistematicamente la loro influenza sui parametri chiave relativi al comportamento al fuoco.
L’obiettivo era determinare in che misura i parametri relativi al comportamento al fuoco cambiano rispetto al materiale di riferimento e identificare le correlazioni tra tali parametri.
Per l’indagine sperimentale è stato utilizzato il metodo « TCC 918 » (figura 1). Questo metodo consente la determinazione simultanea di diversi parametri rilevanti per il comportamento al fuoco, tra cui:
- Tempo di accensione (TOI)
- Tasso massimo di rilascio di calore (HHRmax)
- Emissione totale di fumo (TSR)
- Perdita di massa durante la combustione
La calorimetria a cono consente quindi una caratterizzazione completa del comportamento al fuoco dei materiali a base polimerica in condizioni di incendio definite e riproducibili.
La determinazione del tasso di rilascio di calore si basa sul principio del consumo di ossigeno, in cui il calore rilasciato viene calcolato a partire dal consumo di ossigeno misurato nei gas di combustione.
Condizioni di misurazione
Le misurazioni sono state effettuate utilizzando il calorimetro a cono NETZSCH TCC 918 , in conformità alla norma ISO 5660-1. I parametri di misurazione sono riportati nella Tabella 1.
Tabella 1: Condizioni di misurazione
| Portacampioni | Orizzontale |
| Flusso termico | 50kW/m² |
| Portata termica nominale | 24,0 l/s |
| Distanza dal riscaldatore a cono | 25 mm |
I campioni sono stati posizionati orizzontalmente nel supporto e sottoposti a una densità di flusso termico costante di 50 kW/m². Questo carico termico corrisponde a uno scenario tipico di incendio, consentendo una valutazione realistica del comportamento al fuoco.
Durante la misurazione, sono stati registrati in modo continuo il tasso di rilascio di calore, la produzione di fumo e la perdita di massa.
La serie di prove ha incluso i seguenti materiali:
- Materiale standard
- Varianti di sviluppo A, B, C e D
Tutti i campioni erano materiali a base di polimeri con le seguenti proprietà geometriche:
- Superficie: 100 x 100 mm
- Spessore: 3,3 - 3,9 mm
- Massa: 53 - 62 g
Sebbene la base del materiale sia simile in tutti i casi, le varianti sono state specificatamente modificate. La figura 2 mostra i campioni nel portacampioni prima della misurazione.
Risultati delle misurazioni
Comportamento di accensione – Il ritardo come obiettivo di sviluppo
I tempi misurati fino all’accensione (TOI1) variavano da 69 s a 86 s.
Con 86 s, la variante A ha mostrato il tempo di accensione più lungo, mentre il materiale standard si è collocato nella fascia media dei materiali testati.
I risultati dimostrano che modifiche mirate possono migliorare la resistenza all’accensione. Un tempo di accensione più lungo indica che il materiale passa alla combustione autosufficiente in una fase successiva a parità di carico termico.
1TOI(Time to Ignition, tempo di accensione): intervallo di tempo che intercorre dall’inizio del rilascio di calore fino all’accensione del campione.
Rilascio di calore – Lo standard rimane il punto di riferimento
I tassi massimi di rilascio di calore (HRRmax2) erano compresi tra 102 e 128kW/m² (vedi figura 3).
Il materiale standard ha mostrato il tasso massimo di rilascio di calore più basso, mentre le varianti di sviluppo da A a D hanno mostrato valoridi HRRmax comparabili o leggermente superiori.
Non è stata osservata alcuna ulteriore riduzione del tasso massimo di rilascio di calore rispetto al materiale di riferimento. Per quanto riguarda il rilascio massimo di calore, il materiale standard rimane quindi il punto di riferimento.
Mentre sono state osservate solo differenze moderate in termini di comportamento all’accensione e di rilascio massimo di calore, si sono verificate differenze più marcate tra i materiali per quanto riguarda lo sviluppo di fumo.
2HRRmax: Tasso massimo di rilascio di calore; valore più elevato misurato di HRR durante la prova e parametro dell’intensità massima dell’incendio.
Produzione di fumo – Chiara differenziazione
Come illustrato nella figura 4, le differenze più marcate tra i materiali sono evidenti nella produzione di fumo.
Il materiale standard presenta il rilascio totale di fumo (TSR3) più basso. La variante C mostra la produzione di fumo più elevata, mentre le varianti A, B e D si collocano nella fascia intermedia.
3TSR(Total Smoke Release): quantità totale di fumo rilasciata durante la prova; parametro fondamentale per la valutazione quantitativa della produzione di fumo nell’arco dell’intera durata dell’incendio.
Questi risultati dimostrano che il miglioramento di singoli parametri, come il tempo di accensione, non comporta necessariamente una riduzione dell’emissione di fumo. Pertanto, il comportamento al fuoco dei materiali polimerici rappresenta un problema di ottimizzazione multidimensionale, in cui le variazioni nella composizione del materiale possono influire in modo diverso sul comportamento all’accensione, sul rilascio di calore e sullo sviluppo di fumo.
Perdita di massa – Meccanismi di degradazione comparabili
La perdita di massa relativa durante la misurazione variava dal 14% al 21% (vedi figura 5). L'espressione dei risultati in termini di perdita di massa relativa consente un confronto diretto dei profili di degradazione, nonostante le lievi differenze nella massa dei campioni. Si riscontrano solo lievi differenze nell'andamento temporale della degradazione del materiale tra le varianti esaminate. I profili simili delle curve suggeriscono che tutti i materiali subiscano 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 e la combustione in modo comparabile. Il materiale di riferimento presenta una perdita di massa leggermente inferiore all’inizio della combustione, mentre le curve convergono man mano che il processo prosegue.
Descrivere il campione dopo la misurazione
Al termine delle misurazioni, è stata osservata una significativa formazione di residui per tutti i materiali (figura 6). Le differenze nella struttura, nell'integrità e nelle caratteristiche superficiali dei residui sono correlate alle variazioni osservate nel profilo di combustione.
Sintesi
La calorimetria a cono, che utilizza l’ NETZSCH TCC 918 , consente la misurazione simultanea del rilascio di calore, della produzione di fumo e della perdita di massa, fornendo una base sperimentale completa per la valutazione e l’ottimizzazione dei materiali polimerici in relazione al loro comportamento al fuoco.
L’analisi delle varianti di un materiale di riferimento a base polimerica rivela differenze significative nei singoli parametri relativi al comportamento al fuoco.
Tra i materiali testati, la variante A raggiunge il tempo di accensione più lungo, pari a 86 s, dimostrando così la massima resistenza all’accensione.
Tuttavia, il materiale standard rimane il punto di riferimento per quanto riguarda la velocità massima di rilascio di calore, poiché presental’HRRmax più basso.
Il materiale standard presenta inoltre le proprietà di sviluppo del fumo più favorevoli, con il rilascio totale di fumo più basso; mentre la variante C rivela la produzione di fumo più elevata.
La perdita di massa relativa per tutti i materiali rientra in un intervallo simile, compreso tra il 14 e l’11%, indicando meccanismi 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 comparabili.
I risultati dimostrano che l’ottimizzazione simultanea di tutti i parametri relativi al fuoco non è facilmente realizzabile. Il miglioramento dei singoli parametri può essere accompagnato da cambiamenti in altre caratteristiche di prestazione antincendio.
La calorimetria a cono consente una differenziazione sensibile anche tra formulazioni di materiali strettamente correlate.