Introdução
O polipropileno (PP) é um termoplástico que, além de ter grande importância econômica, é fácil de processar e oferece uma ampla gama de aplicações. No entanto, devido à sua inflamabilidade relativamente alta, seu uso em aplicações que exigem maior segurança contra incêndios é limitado.
Uma estratégia bem estabelecida para melhorar o comportamento ao fogo consiste no uso de altas proporções de enchimentos minerais. Em caso de incêndio, esses enchimentos podem atuar como uma barreira térmica, reduzindo a liberação de calor e retardando o processo de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição, ao mesmo tempo em que contribuem para a formação de estruturas residuais estáveis.
Esta nota de aplicação examina quatro materiais de PP altamente carregados, com um teor de enchimento de 60%. Um material serve como referência, enquanto os materiais 1, 2 e 3 representam variantes modificadas com composições ajustadas.
O estudo tem como objetivo quantificar sistematicamente as diferenças no comportamento ao fogo e à fumaça desses sistemas de PP e avaliar a influência das modificações nos materiais sobre o comportamento de ignição, a liberação de calor, a geração de fumaça e a perda de massa.
Condições de medição
Os ensaios foram realizados com o calorímetro de cone da TCC 918 (figura 1), de acordo com a norma ISO 5660-1.
As amostras foram posicionadas horizontalmente e expostas a uma DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade de fluxo térmico constante de 50 kW/m². Os seguintes parâmetros foram registrados durante a medição:
- Tempo de ignição (TOI)
- Taxa máxima de liberação de calor (HRRmax)
- Liberação total de fumaça (TSR)
- Perda de massa em função do tempo
Os principais parâmetros de teste estão resumidos na tabela 1.
Tabela 1: Condições de medição
| Suporte da amostra | Horizontal |
| Fluxo de calor | 50kW/m² |
| Vazão nominal | 24,0 l/s |
| Distância até o aquecedor cônico | 25 mm |
| Massas das amostras | Padrão: 48,8 g Material 1: 38,3 g Material 2: 41,9 g Material 3: 42,3 g |
A Figura 2 mostra as amostras no suporte de amostras antes da medição.
Condições de medição
Comportamento de ignição
Todos os materiais testados entraram em ignição dentro de um intervalo de tempo restrito, de aproximadamente 21 a 25 segundos.
Esses tempos de ignição muito semelhantes sugerem que as diferentes modificações dos materiais têm pouca ou nenhuma influência no aquecimento térmico inicial e no 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 dos sistemas de PP nas condições de teste selecionadas.
Liberação de calor
A taxa de liberação de calor¹ é um parâmetro fundamental para avaliar a intensidade do incêndio dos materiais. As curvas de HRR correspondentes são mostradas na figura 3.
1Taxadeliberaçãode calor(HRR): A taxa de energia liberada por unidade de tempo e área durante a combustão. É considerada um dos parâmetros mais importantes para avaliar a intensidade do incêndio e é determinada por meio de um calorímetro de cone, com base no princípio do consumo de oxigênio.
O material de referência apresenta um pico significativamente mais acentuado na taxa de liberação de calor. A taxa máxima de liberação de calor (HRRmax) é aproximadamente o dobro daquela das variantes de PP modificadas.
Os materiais 1, 2 e 3, ao contrário, alcançaram valoresde HRRmax significativamente mais baixos e apresentaram um crescimento geral do incêndio mais uniforme. Isso sugere que a composição do material modificado limita efetivamente a intensidade do incêndio na fase inicial do incêndio.
Após o pico inicial, as curvas de liberação de calor dos diferentes materiais convergem. Isso indica que, apesar de suas diferentes formulações, os materiais investigados apresentam comportamento de combustão geral semelhante.
Geração de fumaça
As diferenças mais significativas entre as variantes de material testadas são observadas na emissão de fumaça, que é um parâmetro fundamental relacionado à segurança em caso de incêndio (ver Figura 4).
O material padrão apresenta a maior emissão total de fumaça. Em contrapartida, todas as três variantes modificadas de PP demonstram uma redução significativa na emissão total de fumaça ao longo de toda a duração do incêndio.
Os valores de TSR² dos materiais 1, 2 e 3 são significativamente menores do que o valor do material de referência. Isso demonstra que a geração de fumaça pode ser reduzida por meio de alterações específicas na composição do material.
Os resultados mostram que a geração de fumaça pode ser otimizada por meio de modificações adequadas na formulação, sem afetar significativamente o comportamento de ignição de sistemas de PP altamente carregados.
2TSR(Total Smoke Release): Emissão total de fumaça durante o teste; um parâmetro integral para a avaliação quantitativa da produção de fumaça ao longo de toda a duração do incêndio.
Perda de massa
A perda relativa de massa é uma medida da degradação térmica dos materiais durante a exposição ao fogo, conforme mostrado na figura 5. A expressão dos dados em porcentagem compensa a influência das diferentes massas iniciais das amostras e permite a comparação direta das curvas de degradação.
Os três materiais de polipropileno (PP) modificados (materiais 1 a 3) apresentam curvas de perda de massa relativa muito semelhantes. A perda máxima de massa para todas as três variantes é de aproximadamente 8 a 9%.
Em contrapartida, o material padrão apresenta uma perda de massa relativa significativamente maior, de quase 12%. Portanto, nas condições de teste selecionadas, ele sofre maior degradação térmica do que as variantes de PP modificado.
A menor perda de massa relativa dos materiais modificados é consistente com seu alto teor de enchimento mineral, o que reduz o teor de polímero e pode contribuir para a formação estável de resíduos.
As curvas semelhantes dos materiais 1 a 3 indicam que a modificação da composição do material leva a um 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 térmica comparável nessas variantes.
Condição das amostras após a medição
Após a conclusão das medições, todos os materiais testados apresentam formação significativa de resíduos, o que é típico de sistemas de PP com alto teor de enchimento (ver figura 6).
As diferenças na estrutura da superfície e no grau de carbonização estão correlacionadas com as variações observadas nos estágios iniciais do incêndio.
Resumo
A investigação dos materiais de polipropileno (PP) com alto teor de enchimento mostra que todos os sistemas testados nas condições de ensaio selecionadas apresentam tempos de ignição comparáveis.
No entanto, o material de referência apresentou uma taxa máxima de liberação de calor (HRRmax) significativamente maior, aproximadamente o dobro da observada nas variantes modificadas de PP, indicando maior intensidade de incêndio.
As diferenças na geração de fumaça são particularmente pronunciadas. Todos os materiais modificados demonstram uma liberação total de fumaça (TSR) significativamente reduzida em comparação com o sistema de referência.
A perda de massa relativa também é menor para as variantes de PP modificadas, em torno de 8 a 9%, do que para o material padrão, em quase 12%, sugerindo uma degradação térmica reduzida do material.
Esses resultados demonstram que ajustes direcionados na composição do material podem reduzir a intensidade máxima do incêndio, a geração de fumaça e a degradação do material em sistemas de PP altamente carregados.
A calorimetria de cone é considerada um dos métodos mais importantes para avaliar o comportamento ao fogo de materiais poliméricos. Isso ocorre porque ela mede simultaneamente parâmetros-chave, como liberação de calor, geração de fumaça e perda de massa, sob condições de incêndio definidas.
O site NETZSCH TCC 918 oferece um meio confiável e reproduzível de caracterizar essas diferenças relacionadas aos materiais.