Analiza comparativă a producției de fum în materialele PVC modificate cu ajutorul calorimetrului cu con TCC 918

Introducere

Clorura de polivinil (PVC) este utilizată în numeroase aplicații în care se aplică cerințe sporite de siguranță împotriva incendiilor, cum ar fi cablurile electrice, produsele pentru construcții și componentele tehnice din plastic. Datorită conținutului său ridicat de clor, PVC prezintă o rezistență intrinsecă la flacără relativ bună, împreună cu o formare distinctă a reziduurilor în timpul descompunerii termice, în comparație cu multe alte materiale termoplastice.

Cu toate acestea, generarea de fum reprezintă o provocare deosebită pentru siguranță în cazul unui incendiu. Fumul dens poate afecta semnificativ vizibilitatea și poate complica eforturile de evacuare.

În plus, produsele de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere gazoase și sub formă de particule conținute în fum pot prezenta riscuri pentru sănătatea oamenilor și a personalului de urgență.

Pentru a reduce în mod specific producția de fum, compoziția materialelor din PVC este adesea ajustată cu atenție.

Calorimetria conică în conformitate cu ISO 5660-1 este una dintre metodele consacrate pentru evaluarea cantitativă a comportamentului la foc al materialelor. Considerată una dintre cele mai semnificative metode de laborator pentru analiza experimentală a proceselor de incendiu, aceasta furnizează parametri reproductibili pentru comportamentul la aprindere, degajarea de căldură, producerea de fum și pierderea de masă în condiții definite de flux termic.

Această notă de aplicare prezintă rezultatele testelor pentru patru materiale pe bază de PVC. Un eșantion servește drept referință, în timp ce variantele A, B și C reprezintă formulări modificate concepute pentru a reduce generarea de fum. Studiul urmărește să compare comportamentul la foc și fum al acestor materiale în condiții de testare identice utilizând calorimetria conică.

Condiții de măsurare

Testele au fost efectuate utilizând calorimetrul cu con NETZSCH TCC 918 (a se vedea figura 1) în conformitate cu ISO 5660-1. Acesta este un dispozitiv de testare bine stabilit pentru efectuarea de analize experimentale ale comportamentului la foc în condiții definite de flux termic.

Eșantioanele au fost poziționate orizontal și supuse unei densități constante a fluxului de căldură de 50 kW/m². În timpul măsurătorilor, rata de degajare a căldurii (HRR⁾¹, pierderea de masă și parametrii care descriu generarea de fum, în special rata de producere a fumului (SPR) și degajarea totală de fum (TSR), au fost înregistrate continuu.

Parametrii-cheie ai testului sunt sintetizați în tabelul 1.

¹Rata de degajare a căldurii este o măsură a intensității unui incendiu și a ratei la care se degajă căldură (kW/m²).

Tabelul 1: Condiții de măsurare

Figura 2 prezintă eșantioanele în suportul de eșantioane înainte de măsurare.

Comportamentul la aprindere și degajarea de căldură

Toate materialele testate s-au aprins într-un interval de timp cuprins între aproximativ 16 și 20 de secunde. Acest comportament de aprindere este tipic pentru sistemele din PVC supuse unei densități externe a fluxului de căldură de 50 kW/m².

În general, ratele de degajare a căldurii rămân la un nivel moderat (figura 3). Principalele diferențe sunt evidente în ceea ce privește rata maximă de eliberare a căldurii (_HRRmax). Materialul de referință prezintă cea mai mare _HRRmax, în timp ce varianta A are cea mai mică.

Cu toate acestea, în general, diferențele sunt limitate, ceea ce înseamnă că comportamentul de ardere de bază al sistemelor din PVC examinate poate fi considerat comparabil. Acest lucru sugerează că modificările materialului influențează în primul rând comportamentul fumului, în timp ce procesele de ardere de bază rămân în mare parte neschimbate.

Producția de fum ca principal parametru diferențiator

Figura 4 arată că cele mai pronunțate diferențe între materialele testate sunt evidente în ceea ce privește producția de fum.

Materialul de referință (curba neagră) prezintă cea mai mare emisie totală de fum (^TSR2), în timp ce varianta (curba verde), în special, prezintă o emisie de fum semnificativ mai scăzută. Comparativ cu materialul de referință, degajarea totală de fum este redusă cu până la aproximativ 43%.

Emisia redusă de fum poate îmbunătăți vizibilitatea în caz de incendiu, facilitând evacuarea și eforturile de intervenție de urgență. În scenariile reale de incendiu, reducerea producției de fum poate contribui la menținerea condițiilor critice de vizibilitate pentru o perioadă mai lungă, extinzând astfel timpul disponibil pentru evacuare.

În plus față de degajarea totală de fum, rata de producere a fumului (SPR) indică rapiditatea cu care fumul este degajat în timpul dezvoltării unui incendiu. Acest parametru este relevant pentru siguranță, deoarece influențează rapiditatea cu care pot apărea condițiile critice de vizibilitate în cazul unui incendiu.

În ciuda unor timpi de aprindere comparabili și a unor rate similare de degajare a căldurii, materialele diferă semnificativ în ceea ce privește comportamentul lor la fum. Rezultatele demonstrează că modificările specifice ale materialelor pot reduce semnificativ degajarea de fum fără a modifica substanțial comportamentul fundamental de ardere al sistemelor din PVC.

^2TSR(eliberarea totală de fum) se referă la cantitatea cumulată de fum produsă în timpul arderii și este derivată din măsurătorile transmitanței luminii laser, evaluată pe baza atenuării luminii în conformitate cu legea lui Bouguer-Lambert.

Pierderea de masă

Pierderea de masă relativă descrie degradarea termică a materialelor în timpul expunerii la foc și permite tragerea de concluzii cu privire la comportamentul lor de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere.

Materialul de referință prezintă cea mai mare pierdere de masă relativă, de 23,95%. În schimb, variantele A până la C prezintă valori foarte asemănătoare, de aproximativ 16,45% (figura 5).

Cuza în funcție de timp a curbelor de pierdere de masă este, în general, comparabilă, ceea ce sugerează că materialele suferă o Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere termică în mod similar. Cu toate acestea, pierderea mai mică de masă a variantelor modificate indică o formare mai mare de reziduuri în timpul arderii.

Formarea mai mare de reziduuri poate reduce cantitatea de produse volatile de piroliză și poate influența astfel generarea de fum. Formarea pronunțată de reziduuri este caracteristică sistemelor din PVC și este adesea asociată cu componentele anorganice, precum și cu procesele de carbonizare, în timpul expunerii la foc.

Starea probelor după măsurare

La finalizarea măsurătorilor, probele au prezentat diferențe clare în structura și stabilitatea reziduurilor rămase (a se vedea figura 6). Deși toate materialele au prezentat o carbonizare caracteristică, amploarea și structura de suprafață a reziduurilor au fost diferite între materialul de referință și variantele modificate.

Aceste diferențe reflectă variațiile observate anterior în ceea ce privește degradarea materialului și emisiile de fum. În special, variantele modificate prezintă uneori structuri de reziduuri mai compacte, ceea ce poate indica o alterare a descompunerii termice și o mai mare stabilizare a materialului rămas în timpul expunerii la foc. Aceste observații sunt în concordanță cu diferențele discutate anterior în ceea ce privește pierderea de masă și degajarea de fum.

Rezumat

Calorimetria conică a evidențiat diferențe semnificative în comportamentul la fum al materialelor PVC investigate, în timp ce comportamentul la aprindere și ratele de degajare a căldurii au rămas în mare măsură comparabile în condiții de testare identice. Toate materialele s-au aprins într-un interval de timp cuprins între aproximativ 16 și 20 de secunde și au prezentat rate moderate de degajare a căldurii.

Cea mai semnificativă diferență între materialele testate a fost observată în dezvoltarea fumului. În special, varianta B a prezentat o emisie totală de fum semnificativ redusă, obținând o reducere de până la 43% comparativ cu materialul de referință. Reducerea emisiilor de fum poate îmbunătăți vizibilitatea în caz de incendiu, facilitând procedurile de evacuare și activitatea personalului de urgență.

Variantele modificate au prezentat, de asemenea, valori ale pierderii de masă mai mici decât materialul de referință. Acest lucru indică o formare mai mare de reziduuri în timpul arderii, care poate fi asociată cu o eliberare mai redusă de produse volatile de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere și, astfel, cu o generare redusă de fum.

Aceste rezultate demonstrează că ajustările specifice ale compoziției materialului pot influența semnificativ comportamentul la foc și fum al sistemelor din PVC. Calorimetria conică permite caracterizarea reproductibilă și cantitativă a principalilor parametri de incendiu în condiții de testare definite.

Calorimetrul conic NETZSCH TCC 918 oferă astfel o metodă puternică pentru evaluarea comparativă a diferitelor formulări de materiale și sprijină procesele de dezvoltare menite să optimizeze comportamentul la foc și fum al materialelor polimerice.