Introdução
Os ensaios de resistência ao fogo desempenham um papel crucial para garantir a segurança pessoal, atender aos requisitos legais e minimizar possíveis danos materiais, ao avaliar como os materiais e sistemas se comportam em condições de incêndio. Ensaios controlados verificam se os produtos são capazes de resistir ao calor, limitar a propagação do fogo e garantir o funcionamento confiável de sistemas críticos do edifício, como alarmes de incêndio e sistemas de supressão, em caso de emergência.
Os ensaios de resistência ao fogo também confirmam a conformidade com as normas nacionais e internacionais de segurança contra incêndios, que são pré-requisitos essenciais para a obtenção de licenças de construção e certificações de produtos. Ao mesmo tempo, o desempenho real dos materiais e dos sistemas de proteção é avaliado para garantir que eles proporcionem tempo suficiente para uma evacuação segura e limitem o impacto de um incêndio.
Método TCC
Foi examinado um material de referência à base de polímeros. Como parte de um projeto de desenvolvimento, foram produzidas várias variantes com modificações específicas no material, a fim de analisar sistematicamente sua influência nos principais parâmetros de desempenho em caso de incêndio.
O foco foi determinar até que ponto os parâmetros relacionados ao incêndio se alteram em comparação com o material de referência e identificar correlações entre esses parâmetros.
O método de medição de temperatura de ignição ( TCC 918, figura 1) foi utilizado para a investigação experimental. Esse método permite a determinação simultânea de vários parâmetros relevantes para o incêndio, incluindo:
- Tempo até a ignição (TOI)
- Taxa máxima de liberação de calor (HHRmax)
- Emissão total de fumaça (TSR)
- Perda de massa durante a combustão
A calorimetria de cone permite, assim, a caracterização abrangente do comportamento ao fogo de materiais à base de polímeros sob condições de incêndio definidas e reproduzíveis.
A determinação da taxa de liberação de calor baseia-se no princípio do consumo de oxigênio, em que o calor liberado é calculado a partir do consumo de oxigênio medido nos gases de combustão.
Condições de medição
As medições foram realizadas com o calorímetro cônico NETZSCH TCC 918 , de acordo com a norma ISO 5660-1. Os parâmetros de medição estão listados na Tabela 1.
Tabela 1: Condições de medição
| Suporte da amostra | Horizontal |
| Fluxo de calor | 50kW/m² |
| Taxa nominal de fluxo de calor | 24,0 l/s |
| Distância até o aquecedor cônico | 25 mm |
As amostras foram posicionadas horizontalmente no suporte de amostras e submetidas a uma DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade de fluxo térmico constante de 50 kW/m². Essa carga térmica corresponde a um cenário típico de incêndio, permitindo uma avaliação realista do comportamento do fogo.
Durante a medição, a taxa de liberação de calor, a produção de fumaça e a perda de massa foram registradas continuamente.
A série de testes incluiu os seguintes materiais:
- Material padrão
- Variantes de desenvolvimento A, B, C e D
Todas as amostras eram materiais à base de polímeros com as seguintes propriedades geométricas:
- Área: 100 x 100 mm
- Espessura: 3,3 – 3,9 mm
- Massa: 53 – 62 g
Embora a base do material seja comparável em todos os casos, as variantes foram especificamente modificadas. A Figura 2 mostra as amostras no suporte de amostras antes da medição.
Resultados das medições
Comportamento de ignição – O atraso como meta de desenvolvimento
Os tempos medidos até a ignição (TOI1) variaram de 69 s a 86 s.
Com 86 s, a variante A apresentou o maior tempo até a ignição, enquanto o material padrão ficou na faixa intermediária entre os materiais testados.
Os resultados demonstram que modificações direcionadas podem aumentar a resistência à ignição. Um tempo de ignição mais longo significa que o material passa para a combustão autossustentável em um estágio posterior sob carga térmica idêntica.
1TOI(Tempo até a ignição): Intervalo de tempo desde o início da liberação de calor até a amostra entrar em ignição.
Liberação de calor – A norma continua sendo a referência
As taxas máximas de liberação de calor (HRRmax2) situaram-se entre 102 e 128kW/m² (ver figura 3).
O material padrão apresentou a menor taxa máxima de liberação de calor, enquanto as variantes de desenvolvimento A a D apresentaram valoresde HRRmax comparáveis ou ligeiramente superiores.
Não foi observada nenhuma redução adicional na taxa máxima de liberação de calor em comparação com o material de referência. No que diz respeito à liberação máxima de calor, o material padrão continua, portanto, sendo a referência.
Embora tenham sido observadas apenas diferenças moderadas em termos de comportamento de ignição e liberação máxima de calor, diferenças mais pronunciadas ocorreram entre os materiais no que diz respeito à geração de fumaça.
2HRRmax: Taxa máxima de liberação de calor; valor mais alto medido de HRR durante o teste e parâmetro para a intensidade máxima do incêndio.
Produção de fumaça – Diferenciação clara
Conforme mostrado na figura 4, as maiores diferenças entre os materiais ficam evidentes na geração de fumaça.
O material padrão apresenta a menor emissão total de fumaça (TSR3). A variante C apresenta a maior produção de fumaça, enquanto as variantes A, B e D situam-se na faixa intermediária.
3TSR(Emissão Total de Fumaça): Quantidade total de fumaça liberada durante o teste; parâmetro integral para a avaliação quantitativa da produção de fumaça ao longo de toda a duração do incêndio.
Esses resultados demonstram que melhorar parâmetros individuais, como o tempo de ignição, não reduz necessariamente a emissão de fumaça. Portanto, o comportamento ao fogo dos materiais poliméricos representa um problema de otimização multidimensional, no qual alterações na composição do material podem afetar de maneiras diferentes o comportamento de ignição, a liberação de calor e a geração de fumaça.
Perda de massa – Mecanismos de degradação comparáveis
A perda de massa relativa durante a medição variou de 14% a 21% (ver figura 5). A expressão dos resultados como perda de massa relativa permite a comparação direta dos perfis de degradação, apesar das pequenas diferenças na massa das amostras. Existem apenas pequenas diferenças no curso temporal da degradação do material entre as variantes examinadas. Os perfis semelhantes das curvas sugerem que todos 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 e combustão de maneira comparável. O material padrão apresenta perda de massa ligeiramente menor no início da combustão, e as curvas convergem à medida que o processo avança.
Características da amostra após a medição
Após a conclusão das medições, observou-se a formação de resíduos significativos em todos os materiais (figura 6). As diferenças na estrutura, integridade e características superficiais dos resíduos estão correlacionadas com as variações observadas no perfil de combustão.
Resumo
A calorimetria de cone, utilizando o sistema de medição de calor de combustão “ NETZSCH ” TCC 918, permite a medição simultânea da liberação de calor, da produção de fumaça e da perda de massa, proporcionando uma base experimental abrangente para avaliar e otimizar materiais poliméricos no que diz respeito ao seu comportamento ao fogo.
A investigação de variantes de um material de referência à base de polímero revela diferenças significativas nos parâmetros individuais relacionados ao fogo.
Entre os materiais testados, a variante A atinge o maior tempo de ignição, com 86 s, apresentando, assim, a maior resistência à ignição.
No entanto, o material padrão continua sendo a referência no que diz respeito à taxa máxima de liberação de calor, pois apresenta o menor valor deHRRmax.
O material padrão também apresenta as propriedades de desenvolvimento de fumaça mais favoráveis, com a menor liberação total de fumaça; enquanto a variante C revela a maior produção de fumaça.
A perda de massa relativa para todos os materiais situa-se em uma faixa semelhante, entre 14% e 11%, indicando mecanismos 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 comparáveis.
Os resultados demonstram que a otimização simultânea de todos os parâmetros relacionados ao fogo não é facilmente alcançável. A melhoria de parâmetros individuais pode ser acompanhada por alterações em outras características de desempenho ao fogo.
A calorimetria de cone permite uma diferenciação precisa mesmo entre formulações de materiais intimamente relacionadas.