Comportamentul la foc al materialelor din PP cu grad ridicat de umplere în calorimetrul cu con „ TCC 918 ”, în conformitate cu standardul ISO 5660-1

Introducere

Polipropilena (PP) este un material termoplastic care prezintă atât o importanță economică semnificativă, cât și o prelucrare ușoară, oferind o gamă largă de aplicații. Cu toate acestea, datorită inflamabilității sale relativ ridicate, utilizarea sa în aplicații care necesită un nivel sporit de siguranță la incendiu este limitată.

O strategie bine stabilită pentru îmbunătățirea comportamentului la foc este utilizarea unor proporții ridicate de umpluturi minerale. În cazul unui incendiu, acestea pot acționa ca o barieră termică, reducând eliberarea de căldură și încetinind procesul de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere, contribuind în același timp la formarea unor structuri reziduale stabile.

Această notă de aplicare examinează patru materiale din PP cu conținut ridicat de umplutură, de 60%. Un material servește drept referință, în timp ce materialele 1, 2 și 3 reprezintă variante modificate cu compoziții ajustate.

Studiul își propune să cuantifice sistematic diferențele în comportamentul la foc și la fum al acestor sisteme din PP și să evalueze influența modificărilor aduse materialului asupra comportamentului la aprindere, eliberării de căldură, generării de fum și pierderii de masă.

Condiții de măsurare

Cercetările au fost efectuate cu ajutorul calorimetrului conic „ TCC 918 ” (figura 1), în conformitate cu standardul ISO 5660-1.

Probele au fost așezate orizontal și expuse la o DensitateDensitatea masică este definită ca raportul dintre masă și volum. densitate constantă a fluxului termic de 50 kW/m². În timpul măsurătorilor au fost înregistrați următorii parametri:

• Timpul până la aprindere (TOI)
• Rata maximă de degajare a căldurii (_HRRmax)
• Emisia totală de fum (TSR)
• Pierderea de masă în funcție de timp

Principalii parametri de testare sunt prezentați în tabelul 1.

Tabelul 1: Condiții de măsurare

Figura 2 prezintă probele din suportul pentru probe înainte de efectuarea măsurătorii.

Condiții de măsurare

Comportamentul la aprindere

Toate materialele testate s-au aprins într-un interval de timp restrâns, de aproximativ 21–25 de secunde.

Aceste timpi de aprindere foarte similari sugerează că diferitele modificări ale materialelor au o influență redusă sau chiar nulă asupra comportamentului inițial de încălzire termică și de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere a sistemelor din PP în condițiile de testare selectate.

Eliberarea de căldură

^Rata de degajare a căldurii1 este un parametru cheie pentru evaluarea intensității de ardere a materialelor. Curbele HRR corespunzătoare sunt prezentate în figura 3.

¹Rata de degajare^{a căldurii}(HRR): Cantitatea de energie degajată pe unitate de timp și de suprafață în timpul arderii. Este considerată unul dintre cei mai importanți parametri pentru evaluarea intensității focului și se determină cu ajutorul unui calorimetru cu con, pe baza principiului consumului de oxigen.

Materialul de referință prezintă un vârf semnificativ mai pronunțat al ratei de degajare a căldurii. Rata maximă de degajare a căldurii (_HRRmax) este aproximativ dublă față de cea a variantelor de PP modificat.

Materialele 1, 2 și 3, dimpotrivă, au atins valori_HRRmax semnificativ mai mici și au prezentat o evoluție generală mai uniformă a incendiului. Acest lucru sugerează că compoziția materialului modificat limitează în mod eficient intensitatea incendiului în faza inițială a acestuia.

După atingerea maximului inițial, curbele de degajare de căldură ale diferitelor materiale converg. Acest lucru indică faptul că, în ciuda formulărilor lor diferite, materialele investigate prezintă un comportament general de ardere similar.

Formarea fumului

Cele mai semnificative diferențe între variantele de material testate se observă în ceea ce privește degajarea de fum, care este un parametru cheie legat de siguranță în caz de incendiu (a se vedea figura 4).

Materialul standard prezintă cea mai mare emisie totală de fum. În schimb, toate cele trei variante modificate de PP prezintă o emisie totală de fum semnificativ redusă pe toată durata incendiului.

Valorile TSR² ale materialelor 1, 2 și 3 sunt semnificativ mai mici decât valoarea materialului de referință. Acest lucru arată că generarea de fum poate fi redusă prin modificări specifice aduse compoziției materialului.

Rezultatele arată că dezvoltarea fumului poate fi optimizată prin modificări adecvate ale formulării, fără a afecta în mod semnificativ comportamentul la aprindere al sistemelor din PP cu grad ridicat de umplere.

^2TSR(Total Smoke Release – Emisia totală de fum): Emisia totală de fum pe durata testului; un parametru integral pentru evaluarea cantitativă a producției de fum pe întreaga durată a incendiului.

Pierderea de masă

Pierderea relativă de masă este o măsură a degradării termice a materialelor în timpul expunerii la foc, așa cum se arată în figura 5. Exprimarea datelor sub formă de procentaj compensează influența diferitelor mase inițiale ale probelor și permite compararea directă a curbelor de degradare.

Cele trei materiale din polipropilenă (PP) modificate (materialele 1–3) prezintă curbe de pierdere relativă de masă foarte similare. Pierderea maximă de masă pentru toate cele trei variante este de aproximativ 8–9%.

În schimb, materialul standard prezintă o pierdere relativă de masă semnificativ mai mare, de aproape 12%. Prin urmare, în condițiile de testare selectate, acesta suferă o degradare termică mai accentuată decât variantele de PP modificat.

Pierderea relativă de masă mai mică a materialelor modificate este în concordanță cu conținutul ridicat de umplutură minerală al acestora, care reduce conținutul de polimer și poate contribui la formarea de reziduuri stabile.

Curbele similare pentru materialele de la 1 la 3 indică faptul că modificarea compoziției materialului conduce la un comportament comparabil de 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 cazul acestor variante.

Starea probelor după efectuarea măsurătorilor

La finalizarea măsurătorilor, toate materialele testate prezintă o formare semnificativă de reziduuri, caracteristică sistemelor din PP cu conținut ridicat de umplutură (vezi figura 6).

Diferențele privind structura suprafeței și gradul de carbonizare sunt corelate cu variațiile observate în primele etape ale incendiului.

Rezumat

Analiza materialelor din polipropilenă (PP) cu conținut ridicat de umplutură arată că toate sistemele testate în condițiile de testare selectate au timpi de aprindere comparabili.

Cu toate acestea, materialul de referință a prezentat o rată maximă de degajare a căldurii (_HRRmax) semnificativ mai mare, de aproximativ două ori mai mare decât cea a variantelor de PP modificat, ceea ce indică o intensitate mai mare a incendiului.

Diferențele în ceea ce privește generarea de fum sunt deosebit de pronunțate. Toate materialele modificate prezintă o eliberare totală de fum (TSR) semnificativ redusă în comparație cu sistemul de referință.

Pierderea relativă de masă este, de asemenea, mai mică pentru variantele de PP modificat, situându-se între 8 și 9%, decât pentru materialul standard, care se ridică la aproape 12%, ceea ce sugerează o degradare termică redusă a materialului.

Aceste rezultate demonstrează că ajustările țintite ale compoziției materialului pot reduce intensitatea maximă a incendiului, dezvoltarea fumului și degradarea materialului în cazul sistemelor din PP cu grad ridicat de umplere.

Calorimetria cu con este considerată una dintre cele mai importante metode de evaluare a comportamentului la foc al materialelor polimerice. Acest lucru se datorează faptului că măsoară simultan parametri-cheie precum eliberarea de căldură, generarea de fum și pierderea de masă în condiții de incendiu definite.

NETZSCH TCC 918 oferă un mijloc fiabil și reproductibil de caracterizare a acestor diferențe legate de material.