Introducere
Testele de rezistență la foc joacă un rol crucial în asigurarea siguranței personale, respectarea cerințelor legale și reducerea la minimum a potențialelor daune materiale, prin evaluarea comportamentului materialelor și sistemelor în condiții de incendiu. Testele controlate verifică dacă produsele pot rezista la căldură, pot limita propagarea focului și pot garanta funcționarea fiabilă a sistemelor critice ale clădirii, precum sistemele de alarmă și de stingere a incendiilor, în caz de urgență.
Testele de rezistență la foc confirmă, de asemenea, conformitatea cu standardele naționale și internaționale de siguranță la incendiu, care reprezintă condiții prealabile esențiale pentru obținerea autorizațiilor de construire și a certificărilor de produs. În același timp, se evaluează performanța reală a materialelor și a sistemelor de protecție pentru a se asigura că acestea oferă timp suficient pentru o evacuare în condiții de siguranță și limitează impactul unui incendiu.
Metoda TCC
A fost examinat un material de referință pe bază de polimeri. În cadrul unui proiect de dezvoltare, au fost produse mai multe variante cu modificări specifice ale materialului, pentru a analiza în mod sistematic influența acestora asupra parametrilor-cheie de performanță la foc.
Accentul a fost pus pe determinarea măsurii în care parametrii legați de comportamentul la foc se modifică în comparație cu materialul de referință, precum și pe identificarea corelațiilor dintre acești parametri.
Pentru investigația experimentală s-a utilizat metoda „ TCC 918 ” (figura 1). Această metodă permite determinarea simultană a mai multor parametri relevanți pentru comportamentul la foc, printre care:
- Timpul până la aprindere (TOI)
- Rata maximă de degajare a căldurii (HHRmax)
- Emisia totală de fum (TSR)
- Pierderea de masă în timpul combustiei
Calorimetria cu con permite astfel caracterizarea cuprinzătoare a comportamentului la foc al materialelor pe bază de polimeri în condiții de incendiu definite și reproductibile.
Determinarea ratei de degajare a căldurii se bazează pe principiul consumului de oxigen, conform căruia căldura degajată este calculată pe baza consumului de oxigen măsurat al gazelor de ardere.
Condiții de măsurare
Măsurătorile au fost efectuate cu ajutorul calorimetrului conic NETZSCH TCC 918 , în conformitate cu standardul ISO 5660-1. Parametrii de măsurare sunt prezentați în Tabelul 1.
Tabelul 1: Condiții de măsurare
| Suport pentru probă | Orizontal |
| Flux termic | 50kW/m² |
| Debitul nominal de căldură | 24,0 l/s |
| Distanța față de încălzitorul conic | 25 mm |
Probele au fost așezate orizontal în suportul pentru probe și supuse unei densități constante a fluxului termic de 50 kW/m². Această sarcină termică corespunde unui scenariu tipic de incendiu, permițând o evaluare realistă a comportamentului la foc.
Pe durata măsurătorilor, rata de degajare a căldurii, producția de fum și pierderea de masă au fost înregistrate în mod continuu.
Seria de teste a inclus următoarele materiale:
- Material standard
- Variantele de dezvoltare A, B, C și D
Toate probele erau materiale pe bază de polimeri, cu următoarele proprietăți geometrice:
- Suprafață: 100 x 100 mm
- Grosime: 3,3 - 3,9 mm
- Masă: 53 - 62 g
Deși baza materialului este comparabilă în toate cazurile, variantele au fost modificate în mod specific. Figura 2 prezintă probele în suportul de probe înainte de măsurare.
Rezultatele măsurătorilor
Comportamentul de aprindere – Întârzierea ca obiectiv de dezvoltare
Timpii măsurați până la aprindere (TOI1) au variat între 69 s și 86 s.
Cu 86 s, varianta A a prezentat cel mai lung timp până la aprindere, în timp ce materialul standard s-a situat în intervalul mediu al materialelor testate.
Rezultatele demonstrează că modificările țintite pot îmbunătăți rezistența la aprindere. Un timp de aprindere mai lung înseamnă că materialul trece la o combustie autosusținută într-o etapă ulterioară, sub o sarcină termică identică.
1TOI(Time to Ignition – Timpul până la aprindere): Intervalul de timp de la începutul eliberării de căldură până la aprinderea probei.
Eliberarea de căldură – Standardul rămâne punctul de referință
Ratele maxime de degajare de căldură (HRRmax2) s-au situat între 102 și 128kW/m² (vezi figura 3).
Materialul standard a prezentat cea mai mică rată maximă de degajare de căldură, în timp ce variantele de dezvoltare de la A la D au prezentat valoriHRRmax comparabile sau ușor mai ridicate.
Nu s-a observat nicio reducere suplimentară a ratei maxime de degajare de căldură în comparație cu materialul de referință. Prin urmare, în ceea ce privește degajarea maximă de căldură, materialul standard rămâne punctul de referință.
Deși s-au observat doar diferențe moderate în ceea ce privește comportamentul la aprindere și eliberarea maximă de căldură, au apărut diferențe mai pronunțate între materiale în ceea ce privește dezvoltarea fumului.
2HRRmax: rata maximă de degajare a căldurii; cea mai mare valoare măsurată a HRR în timpul testului și parametru pentru intensitatea maximă a incendiului.
Producția de fum – Diferențiere clară
După cum se arată în figura 4, cele mai mari diferențe între materiale sunt evidente în ceea ce privește dezvoltarea fumului.
Materialul standard prezintă cea mai mică eliberare totală de fum (TSR3). Varianta C prezintă cea mai mare producție de fum, în timp ce variantele A, B și D se situează în intervalul mediu.
3TSR(Total Smoke Release – Emisie totală de fum): Cantitatea totală de fum eliberată în timpul testului; parametru integral pentru evaluarea cantitativă a producției de fum pe întreaga durată a incendiului.
Aceste rezultate demonstrează că îmbunătățirea parametrilor individuali, precum timpul de aprindere, nu duce neapărat la reducerea emisiilor de fum. Prin urmare, comportamentul la foc al materialelor polimerice reprezintă o problemă de optimizare multidimensională, în care modificările compoziției materialului pot influența în mod diferit comportamentul la aprindere, eliberarea de căldură și dezvoltarea fumului.
Pierderea de masă – Mecanisme de degradare comparabile
Pierderea relativă de masă în timpul măsurării a variat între 14% și 21% (vezi figura 5). Exprimarea rezultatelor ca pierdere relativă de masă permite compararea directă a profilurilor de degradare, în ciuda diferențelor minore în ceea ce privește masa probelor. Există doar diferențe minore în evoluția în timp a degradării materialelor între variantele examinate. Profilurile similare ale curbelor sugerează că toate materialele suferă Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere termică și combustie într-un mod comparabil. Materialul standard prezintă o pierdere de masă ușor mai mică la începutul combustiei, iar curbele converg pe măsură ce procesul continuă.
Descrierea probei după efectuarea măsurătorilor
La finalizarea măsurătorilor, s-a observat formarea unor reziduuri semnificative pentru toate materialele (figura 6). Diferențele privind structura, integritatea și caracteristicile suprafeței reziduurilor sunt corelate cu variațiile observate în profilul de ardere.
Rezumat
Calorimetria cu con, realizată cu ajutorul sistemului „ NETZSCH ” TCC 918, permite măsurarea simultană a degajării de căldură, a producției de fum și a pierderii de masă, oferind o bază experimentală cuprinzătoare pentru evaluarea și optimizarea materialelor polimerice din perspectiva comportamentului lor la foc.
Analiza variantelor unui material de referință pe bază de polimeri relevă diferențe semnificative în ceea ce privește parametrii individuali legați de comportamentul la foc.
Dintre materialele testate, varianta A atinge cel mai lung timp de aprindere, de 86 s, prezentând astfel cea mai mare rezistență la aprindere.
Cu toate acestea, materialul standard rămâne punctul de referință în ceea ce privește rata maximă de degajare a căldurii, deoarece prezintă cea mai mică valoarea HRRmax.
Materialul standard prezintă, de asemenea, cele mai favorabile proprietăți de dezvoltare a fumului, cu cea mai mică eliberare totală de fum; în timp ce varianta C prezintă cea mai mare producție de fum.
Pierderea relativă de masă pentru toate materialele se încadrează într-un interval similar, între 14 și 11 %, indicând mecanisme 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 comparabile.
Rezultatele demonstrează că optimizarea simultană a tuturor parametrilor legați de incendiu nu este ușor de realizat. Îmbunătățirea parametrilor individuali poate fi însoțită de modificări ale altor caracteristici de performanță la foc.
Calorimetria cu con permite o diferențiere sensibilă chiar și între compozițiile de materiale strâns legate între ele.