Introduzione
Il comportamento al fuoco dei materiali è un fattore cruciale nella valutazione della sicurezza in settori quali l'edilizia, i trasporti e l'elettronica. Il calorimetro a cono NETZSCH TCC 918 (figura 1) determina i parametri chiave dell'incendio in base al principio del consumo di ossigeno, tra cui:
- Concentrazioni di O2,CO2 e CO
- Tasso di rilascio del calore (HRR)
- Tasso medio di rilascio di calore (ARHE)
- Tasso di produzione di fumo (SPR)
- Tasso di perdita di massa (MLR)
- Tempo di accensione (TOI)
- Tempo di spegnimento della fiamma (TOF)
Questi parametri forniscono un quadro completo del comportamento termico di un materiale, dall'accensione all'estinzione della fiamma, e servono come base per la modellazione e la previsione di eventi di incendio reali.
L'accoppiamento opzionale con l'analizzatore di gas Bruker OMEGA FT-IR consente di analizzare in dettaglio la composizione dei fumi risultanti. Il rilevamento quantitativo di numerosi 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 e combustione consente una valutazione approfondita delle emissioni tossiche e supporta lo sviluppo di materiali sicuri e sostenibili.
Principio di misurazione
Nel sito TCC 918, il campione viene esposto a un flusso di calore definito mediante un riscaldatore a cono, acceso e bruciato in condizioni controllate. I gas di scarico risultanti vengono trasferiti attraverso un sistema di scarico per ulteriori analisi.
Come standard, i gas di scarico rilevanti, in particolare O2, CO eCO2, vengono analizzati con un analizzatore di gas Siemens Oxymat/Ultramat. Queste variabili misurate vengono utilizzate per calcolare il tasso di rilascio di calore (HRR) secondo il principio del consumo di ossigeno.
L'accoppiamento FT-IR opzionale estende questo approccio e consente anche di rilevare quantitativamente ulteriori 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 e combustione. Ciò consente di esaminare la composizione dei gas di scarico in modo molto più dettagliato, in particolare per quanto riguarda i componenti tossici.
Accoppiamento OMEGA FT-IR
L'accoppiamento (figura 2) avviene tramite una linea di trasferimento riscaldata, simile all'accoppiamento della linea di trasferimento FT-IR di altri analizzatori NETZSCH (ad esempio, TG-FT-IR). Il controllo della temperatura impedisce la condensazione, assicura un trasporto rapido dei gas e consente l'analisi in tempo reale dei gas di scarico.
La spettroscopia FT-IR quantifica simultaneamente vari gas in base ai loro spettri di assorbimento caratteristici. Ciò consente di rilevare numerosi prodotti di combustione e Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione.
Oltre ai tipici gas di combustioneCO2, CO eH2O, questi includono idrocarburi (CH4, etene, etile), composti alogeni (HCl, HBr, HF), composti dell'azoto (HCN, NH3, NO, NO2, N2O), sostanze organiche (acroleina, formaldeide, benzene, fenolo) e composti dello zolfo (SO2).
Questa analisi estesa dei gas fornisce informazioni preziose sui sottoprodotti potenzialmente tossici, soprattutto in applicazioni con elevati requisiti di sicurezza antincendio, come la costruzione di veicoli ferroviari.
Esempi tipici sono le poliammidi (PA), spesso utilizzate per rivestimenti interni, sedili, isolamento di cavi e parti stampate grazie alla loro forza e resistenza al calore. Si trovano anche negli edifici pubblici e nelle abitazioni, ad esempio nei rivestimenti dei pavimenti, nei mobili e nei componenti elettrici. In quanto polimeri organici, possono rilasciare notevoli quantità di fumo e gas tossici in caso di incendio, per cui un'indagine dettagliata del loro comportamento al fuoco è fondamentale per un uso sicuro.
Condizioni di misura
È stato esaminato un tessuto PA6 di 50 x 50 x 7 mm3 (8 strati) e di 10,58 g di peso. I parametri di prova sono riassunti nella tabella 1.
Tabella 1: Condizioni di misura
| Supporto del campione | Orizzontale |
|---|---|
| Flusso di calore | 50 kW/m2 |
| Portata nominale | 24.0 l/s |
| Distanza dal riscaldatore a cono | 25 mm |
| Temperatura dell'interfaccia FT-IR | 180°C |
| Parametri di misura FT-IR | Modalità di trasmissione; risoluzione: 1 cm-1; scansioni medie per spettro: 10parti |
Classic Valori di misurazione del calorimetro a cono
Le figure seguenti mostrano i parametri più importanti dell'incendio classic che costituiscono la base per la valutazione del comportamento dell'incendio:
Il tasso di rilascio di calore (HRR, figura 3) è una misura dell'intensità dell'incendio e quindi un indicatore chiave del potenziale pericolo.
Il tasso di produzione di fumo (SPR, figura 4) fornisce informazioni sulla riduzione della visibilità e sulla possibile esposizione a sostanze tossiche.
La perdita di massa (ML, figura 5) è direttamente correlata alla combustione del materiale e fornisce informazioni sulla stabilità e sulla formazione di residui.
Analisi avanzata dei gas FT-IR
Oltre a questi parametri stabiliti, l'analisi FT-IR supplementare fornisce ora nuove informazioni sulla composizione chimica dei gas di scarico prodotti.
Con l'accoppiamento FT-IR OMEGA, è stato possibile determinare con precisione la composizione dei gas di scarico durante la combustione (figura 6).
Sono stati registrati in particolare i seguenti componenti (vedi anche figura 6):
- CO2 - Principale prodotto della combustione, correlato al consumo di ossigeno
- H2O- Vapore acqueo derivante dalla Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione di materiali e additivi
- CO - Indicatore di combustione incompleta (asfissiante incolore e inodore)
- NO - Formati da composti azotati nella poliammide
- N2O- Sottoprodotto dell'OssidazioneL'ossidazione può descrivere diversi processi nel contesto dell'analisi termica.ossidazione del nitrossido (altamente irritante per le vie respiratorie)
- HCN - Altamente tossico, inibisce la respirazione cellulare
La rilevazione simultanea di questi gas consente una valutazione completa dei materiali, sia in termini di comportamento termico al fuoco (HRR, SPR, MLR) che di rilevanza tossicologica.
Sintesi
L'accoppiamento del calorimetro a cono TCC 918 con l'analizzatore di gas Bruker OMEGA FT-IR amplia l'analisi dei gas di incendio classic includendo la rilevazione simultanea di numerosi gas tossici e rilevanti per l'incendio. Oltre ai parametri standard di TCC 918, è possibile ottenere informazioni dettagliate sulla composizione dei fumi.
Ciò consente una valutazione olistica dei materiali in termini di comportamento al fuoco, emissioni tossiche e requisiti di sicurezza: un notevole valore aggiunto per la ricerca, lo sviluppo dei prodotti e la valutazione della sicurezza.
Con questa combinazione di calorimetria precisa e moderna spettroscopia FT-IR, NETZSCH offre un potente strumento per l'analisi innovativa dei materiali e la valutazione della sicurezza nei test antincendio.