Introdução
O cloreto de polivinila (PVC) é usado em diversas aplicações que exigem maior segurança contra incêndio, como cabos elétricos, produtos de construção e componentes plásticos de engenharia. Devido ao seu alto teor de cloro, o PVC apresenta um retardamento de chama intrínseco relativamente bom, juntamente com a formação de resíduos distintos durante a Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição térmica, em comparação com muitos outros termoplásticos.
No entanto, a geração de fumaça representa um desafio de segurança específico em caso de incêndio. A fumaça densa pode prejudicar significativamente a visibilidade e complicar os esforços de evacuação.
Além disso, os produtos de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição gasosos e particulados contidos na fumaça podem representar riscos à saúde das pessoas e da equipe de emergência.
Para reduzir especificamente a produção de fumaça, a composição dos materiais de PVC costuma ser cuidadosamente ajustada.
A calorimetria de cone, de acordo com a norma ISO 5660-1, é um dos métodos estabelecidos para avaliar quantitativamente o comportamento dos materiais em relação ao fogo. Considerado um dos métodos laboratoriais mais significativos para a análise experimental de processos de incêndio, ele fornece parâmetros reproduzíveis para o comportamento de ignição, liberação de calor, geração de fumaça e perda de massa sob condições definidas de fluxo de calor.
Esta Nota de Aplicação apresenta os resultados dos testes de quatro materiais à base de PVC. Uma amostra serve como referência, enquanto as variantes A, B e C representam formulações modificadas projetadas para reduzir a geração de fumaça. O estudo tem como objetivo comparar o comportamento de fogo e fumaça desses materiais sob condições de teste idênticas usando calorimetria de cone.
Condições de medição
Os testes foram realizados com o calorímetro de cone NETZSCH TCC 918 (veja a Figura 1), de acordo com a norma ISO 5660-1. Esse é um dispositivo de teste bem estabelecido para a realização de análises experimentais do comportamento do fogo sob condições definidas de fluxo de calor.
Os corpos de prova foram posicionados horizontalmente e submetidos a uma DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade de fluxo de calor constante de 50 kW/m². Durante a medição, a taxa de liberação de calor (HRR)1, a perda de massa e os parâmetros que descrevem a geração de fumaça, especialmente a taxa de produção de fumaça (SPR) e a liberação total de fumaça (TSR), foram registrados continuamente.
Os principais parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1.
1Ataxa de liberação de calor é uma medida da intensidade de um incêndio e da taxa na qual o calor é liberado (kW/m²).
Tabela 1: Condições de medição
| Suporte da amostra | Horizontal |
| Fluxo de calor | 50 kW/m2 |
| Taxa nominal de fluxo de calor | 24.0 l/s |
| Distância até o aquecedor de cone | 25 mm |
| Massa da amostra | 42.8 g - 51,5 g |
A Figura 2 mostra os corpos de prova no suporte de corpos de prova antes da medição.
Comportamento de ignição e liberação de calor
Todos os materiais testados entraram em ignição em um intervalo de tempo de aproximadamente 16 a 20 segundos. Esse comportamento de ignição é típico de sistemas de PVC submetidos a uma DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade de fluxo de calor externo de 50 kW/m².
Em geral, as taxas de liberação de calor permanecem em um nível moderado (Figura 3). As principais diferenças são evidentes na taxa máxima de liberação de calor (HRRmax). O material de referência apresenta a maior HRRmax, enquanto a variante A tem a menor.
No entanto, de modo geral, as diferenças são limitadas, o que significa que o comportamento básico de combustão dos sistemas de PVC examinados pode ser considerado comparável. Isso sugere que as modificações do material influenciam principalmente o comportamento da fumaça, enquanto os processos básicos de combustão permanecem praticamente inalterados.
Produção de fumaça como principal parâmetro de diferenciação
A Figura 4 mostra que as diferenças mais acentuadas entre os materiais testados são evidentes na produção de fumaça.
O material de referência (curva preta) apresenta a maior liberação total de fumaça (TSR2), enquanto a variante (curva verde), em particular, apresenta uma emissão de fumaça significativamente menor. Em comparação com o material de referência, a liberação total de fumaça é reduzida em até aproximadamente 43%.
A redução da liberação de fumaça pode melhorar a visibilidade em caso de incêndio, facilitando a evacuação e os esforços de resposta a emergências. Em cenários de incêndio no mundo real, a menor produção de fumaça pode ajudar a manter as condições críticas de visibilidade por mais tempo, aumentando assim o tempo de evacuação disponível.
Além da liberação total de fumaça, a taxa de produção de fumaça (SPR) indica a rapidez com que a fumaça é liberada durante o desenvolvimento de um incêndio. Esse parâmetro é relevante para a segurança, pois influencia a rapidez com que as condições críticas de visibilidade podem surgir no caso de um incêndio.
Apesar de tempos de ignição comparáveis e taxas de liberação de calor semelhantes, os materiais diferem significativamente em seu comportamento de fumaça. Os resultados demonstram que modificações direcionadas no material podem reduzir significativamente a liberação de fumaça sem alterar substancialmente o comportamento fundamental de combustão dos sistemas de PVC.
2TSR(liberação total de fumaça) refere-se à quantidade cumulativa de fumaça produzida durante a combustão e é derivada de medições de transmissão de luz laser, avaliada com base na atenuação da luz de acordo com a lei de Bouguer-Lambert.
Perda de massa
A perda de massa relativa descreve a degradação térmica dos materiais durante a exposição ao fogo e permite tirar conclusões sobre seu comportamento de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição.
O material de referência apresenta a maior perda de massa relativa, com 23,95%. Por outro lado, as variantes A a C apresentam valores muito semelhantes de aproximadamente 16,45% (figura 5).
O curso dependente do tempo das curvas de perda de massa é geralmente comparável, sugerindo que os materiais sofrem Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição térmica de maneira semelhante. Entretanto, a menor perda de massa das variantes modificadas indica maior formação de resíduos durante a combustão.
A maior formação de resíduos pode reduzir a quantidade de produtos de PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise voláteis e, portanto, influenciar a geração de fumaça. A formação pronunciada de resíduos é característica dos sistemas de PVC e está frequentemente associada a componentes inorgânicos, bem como a processos de carbonização, durante a exposição ao fogo.
Condição das amostras após a medição
Após a conclusão das medições, as amostras apresentaram diferenças claras na estrutura e na estabilidade dos resíduos remanescentes (consulte a Figura 6). Embora todos os materiais tenham apresentado carbonização característica, a extensão e a estrutura da superfície dos resíduos diferiram entre o material de referência e as variantes modificadas.
Essas diferenças refletem as variações observadas anteriormente na degradação do material e na emissão de fumaça. Notavelmente, as variantes modificadas às vezes apresentam estruturas de resíduos mais compactas, o que pode indicar uma Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição térmica alterada e maior estabilização do material restante durante a exposição ao fogo. Essas observações são consistentes com as diferenças discutidas anteriormente na perda de massa e na liberação de fumaça.
Resumo
A calorimetria de cone revelou diferenças significativas no comportamento da fumaça dos materiais de PVC investigados, enquanto o comportamento de ignição e as taxas de liberação de calor permaneceram amplamente comparáveis sob condições de teste idênticas. Todos os materiais entraram em ignição em um intervalo de tempo de aproximadamente 16 a 20 segundos e apresentaram taxas moderadas de liberação de calor.
A diferença mais significativa entre os materiais testados foi observada no desenvolvimento da fumaça. Em particular, a variante B apresentou uma liberação total de fumaça significativamente menor, alcançando uma redução de até 43% em comparação com o material de referência. A redução da emissão de fumaça pode melhorar a visibilidade em caso de incêndio, facilitando os procedimentos de evacuação e o trabalho do pessoal de emergência.
As variantes modificadas também apresentaram valores de perda de massa menores do que o material de referência. Isso indica maior formação de resíduos durante a combustão, o que pode estar associado a uma menor liberação de produtos de decomposição voláteis e, portanto, menor geração de fumaça.
Esses resultados demonstram que ajustes direcionados à composição do material podem influenciar significativamente o comportamento de fogo e fumaça dos sistemas de PVC. A calorimetria de cone permite a caracterização quantitativa e reproduzível dos principais parâmetros de incêndio sob condições de teste definidas.
O NETZSCH Cone Calorimeter TCC 918 oferece, portanto, um método eficiente para a avaliação comparativa de diferentes formulações de materiais e apoia os processos de desenvolvimento que visam otimizar o comportamento de fogo e fumaça dos materiais poliméricos.