소개
재료의 화재 거동은 건설, 운송, 전자 등의 분야에서 안전 평가에 있어 중요한 요소입니다. NETZSCH TCC 918 콘 열량계(그림 1)는 산소 소비 원리에 따라 다음과 같은 주요 화재 매개변수를 결정합니다:
- O2,CO2 및 CO 농도
- 열 방출률(HRR)
- 평균 열 방출률(ARHE)
- 연기 발생률(SPR)
- 질량 손실률(MLR)
- 점화 시간(TOI)
- 플레임 아웃 시간(TOF)
이러한 파라미터는 점화부터 화염 소멸까지 재료의 열 화재 거동에 대한 포괄적인 그림을 제공하며 실제 화재 사건을 모델링하고 예측하는 데 기초가 됩니다.
브루커 오메가 FT-IR 가스 분석기(옵션)와 결합하면 생성된 연기 가스의 구성을 자세히 분석할 수 있습니다. 수많은 분해 및 연소 생성물의 정량적 검출을 통해 독성 배출에 대한 광범위한 평가가 가능하며 안전하고 지속 가능한 물질 개발을 지원합니다.
측정 원리
TCC 918 에서 시료는 콘 히터를 사용하여 정해진 열 흐름에 노출되고, 점화되고, 제어된 조건에서 연소됩니다. 생성된 연도 가스는 추가 분석을 위해 배기 시스템을 통해 전송됩니다.
표준으로 관련 연도 가스, 특히 O2, CO,CO2는 지멘스 옥시매트/울트라매트 가스 분석기를 사용하여 분석합니다. 측정된 이러한 변수는 산소 소비 원리에 따라 열 방출률(HRR)을 계산하는 데 사용됩니다.
옵션으로 제공되는 FT-IR 커플링은 이 접근 방식을 확장하고 추가 분해 및 연소 생성물의 정량적 검출도 가능하게 합니다. 이를 통해 특히 독성 성분과 관련하여 연도 가스 구성을 훨씬 더 자세히 검사할 수 있습니다.
오메가 FT-IR 커플링
커플링(그림 2)은 다른 NETZSCH 분석기(예: TG-FT-IR)의 FT-IR 전송 라인 커플링과 유사한 가열된 전송 라인을 통해 이루어집니다. 온도 제어를 통해 응축을 방지하고 빠른 가스 이송을 보장하며 연도 가스를 실시간으로 분석할 수 있습니다.
FT-IR 분광법은 특징적인 흡수 스펙트럼을 기반으로 다양한 가스를 동시에 정량화합니다. 이를 통해 수많은 연소 및 분해 생성물을 감지할 수 있습니다.
일반적인 연소 가스인CO2, CO, H2O외에도 탄화수소(CH4, 에텐, 에틴), 할로겐 화합물(HCl, HBr, HF), 질소 화합물(HCN, NH3, NO, NO2, N2O), 유기 물질(아크롤레인, 포름알데히드, 벤젠, 페놀), 유황 화합물(SO2) 등이 포함됩니다.
이 확장된 가스 분석은 특히 철도 차량 건설과 같이 화재 안전 요구 사항이 높은 분야에서 잠재적으로 독성이 있는 부산물에 대한 귀중한 정보를 제공합니다.
대표적인 예로 폴리아미드(PA)는 강도와 내열성으로 인해 인테리어 트림, 시트, 케이블 절연, 성형 부품에 자주 사용됩니다. 또한 공공 건물과 가정에서도 바닥재, 가구, 전기 부품 등에 사용됩니다. 유기 폴리머는 화재 발생 시 상당한 양의 연기와 유독 가스를 방출할 수 있으므로 안전한 사용을 위해서는 화재 거동에 대한 자세한 조사가 중요합니다.
측정 조건
50 x 50 x 7 mm3 (8겹), 무게 10.58g의 PA6 텍스타일을 검사했습니다. 테스트 매개변수는 표 1에 요약되어 있습니다.
표 1: 측정 조건
| 샘플 홀더 | 수평 |
|---|---|
| 열 흐름 | 50 kW/m2 |
| 공칭 유량 | 24.0 l/s |
| 콘 히터까지의 거리 | 25 mm |
| FT-IR 인터페이스 온도 | 180°C |
| FT-IR 측정 매개변수 | 전송 모드; 해상도: 1cm-1; 스펙트럼당 평균 스캔 수: 10파트 |
Classic 콘 열량계 측정값
다음 그림은 화재 행동 평가의 기초가 되는 가장 중요한 classic 화재 매개변수를 보여줍니다:
열 방출률(HRR, 그림 3)은 화재 강도의 척도이므로 잠재적 위험을 나타내는 핵심 지표입니다.
연기 발생률(SPR, 그림 4)은 시야 장애 및 독성 노출 가능성에 대한 정보를 제공합니다.
질량 손실(ML, 그림 5)은 재료 연소와 직접적인 상관관계가 있으며 안정성 및 잔류물 형성에 대한 정보를 제공합니다.
고급 FT-IR 가스 분석
이러한 확립된 매개변수 외에도 추가 FT-IR 분석은 이제 생성된 연도 가스의 화학적 조성에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.
OMEGA FT-IR 커플링을 사용하면 연소 중 연도 가스 구성을 정밀하게 측정할 수 있습니다(그림 6).
특히 다음 구성 요소가 기록되었습니다(그림 6 참조):
- CO2 - 연소의 주요 생성물, 산소 소비량과 상관관계가 있습니다
- H2O- 재료 및 첨가제 분해로 인한 수증기
- CO - 불완전 연소 지표(무색 및 무취의 아스팩시언트)
- NO - 폴리아미드 내 질소 화합물에서 형성됨
- N2O- 니트록센 산화의 부산물(호흡기에 매우 자극적임)
- HCN - 독성이 강하고 세포 호흡을 억제함
이러한 가스를 동시에 감지하면 열 화재 거동(HRR, SPR, MLR)과 독성학적 관련성 측면에서 물질을 종합적으로 평가할 수 있습니다.
요약
TCC 918 콘 열량계와 브루커 오메가 FT-IR 가스 분석기를 결합하면 classic 화재 가스 분석을 확장하여 수많은 독성 및 화재 관련 가스를 동시에 감지할 수 있습니다. 따라서 TCC 918 의 표준 매개변수 외에도 연기 가스의 구성에 대한 자세한 정보를 얻을 수 있습니다.
이를 통해 화재 거동, 독성 배출 및 안전 요구 사항 측면에서 재료를 전체적으로 평가할 수 있으므로 연구, 제품 개발 및 안전 평가에 상당한 부가가치를 제공합니다.
정밀한 열량 측정과 최신 FT-IR 분광법을 결합한 NETZSCH 은 화재 테스트에서 혁신적인 재료 분석 및 안전 평가를 위한 강력한 도구를 제공합니다.