Introducere
Comportamentul la foc al materialelor este un factor esențial în evaluarea siguranței în domenii precum construcțiile, transportul și electronica. Calorimetrul cu con NETZSCH TCC 918 (figura 1) determină parametrii cheie ai incendiului pe baza principiului consumului de oxigen, inclusiv:
- Concentrațiile deO2,CO2 și CO
- Rata de degajare a căldurii (HRR)
- Rata medie de degajare a căldurii (ARHE)
- Rata de producere a fumului (SPR)
- Rata pierderii de masă (MLR)
- Timpul până la aprindere (TOI)
- Timpul până la stingerea flăcării (TOF)
Acești parametri oferă o imagine cuprinzătoare a comportamentului termic la foc al unui material, de la aprindere la stingerea flăcării, și servesc drept bază pentru modelarea și predicția evenimentelor reale de incendiu.
Cuplarea opțională cu analizorul de gaze Bruker OMEGA FT-IR permite analiza în detaliu a compoziției gazelor de fum rezultate. Detectarea cantitativă a numeroși produse 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 combustie permite o evaluare extinsă a emisiilor toxice și sprijină dezvoltarea de materiale sigure și durabile.
Principiul de măsurare
În TCC 918, proba este expusă la un flux de căldură definit cu ajutorul unui încălzitor conic, aprinsă și arsă în condiții controlate. Gazele de ardere rezultate sunt transferate prin intermediul unui sistem de evacuare pentru analize ulterioare.
Ca standard, gazele de ardere relevante, în specialO2, CO șiCO2, sunt analizate cu ajutorul unui analizor de gaze Siemens Oxymat/Ultramat. Aceste variabile măsurate sunt utilizate pentru a calcula rata de eliberare a căldurii (HRR) în conformitate cu principiul consumului de oxigen.
Cuplarea opțională FT-IR extinde această abordare și permite, de asemenea, detectarea cantitativă a produselor de ardere 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 ulterioare. Acest lucru permite examinarea mult mai detaliată a compoziției gazelor de ardere, în special în ceea ce privește componentele toxice.
Cuplaj FT-IR OMEGA
Cuplarea (figura 2) se realizează prin intermediul unei linii de transfer încălzite, similar cu cuplarea liniei de transfer FT-IR a altor analizoare NETZSCH (de exemplu, TG-FT-IR). Controlul temperaturii previne condensarea, asigură transportul rapid al gazelor și permite analiza în timp real a gazelor de ardere.
Spectroscopia FT-IR cuantifică simultan diverse gaze pe baza spectrelor lor de absorbție caracteristice. Acest lucru permite detectarea a numeroase produse de ardere și Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere.
Pe lângă gazele tipice de combustieCO2, CO șiH2O, acestea includ hidrocarburi (CH4, etenă, etenă), compuși halogenați (HCl, HBr, HF), compuși azotați (HCN, NH3, NO, NO2, N2O), substanțe organice (acroleină, formaldehidă, benzen, fenol) și compuși ai sulfului (SO2).
Această analiză extinsă a gazelor oferă informații valoroase cu privire la subprodusele potențial toxice, în special în aplicații cu cerințe ridicate de siguranță la incendiu, cum ar fi construcția de vehicule feroviare.
Exemple tipice sunt poliamidele (PA), care sunt adesea utilizate în tapițerii interioare, scaune, izolarea cablurilor și piese turnate datorită rezistenței și rezistenței lor la căldură. Se găsesc, de asemenea, în clădirile publice și în gospodării, de exemplu, în acoperiri de podea, mobilier și componente electrice. Fiind polimeri organici, aceștia pot degaja cantități considerabile de fum și gaze toxice în caz de incendiu, astfel încât investigarea detaliată a comportamentului lor în caz de incendiu este esențială pentru utilizarea lor în siguranță.
Condiții de măsurare
A fost examinată o țesătură PA6 care măsoară 50 x 50 x 7 mm3 (8 straturi) și cântărește 10,58 g. Parametrii de testare sunt sintetizați în tabelul 1.
Tabelul 1: Condiții de măsurare
| Suport de probă | Orizontal |
|---|---|
| Flux de căldură | 50 kW/m2 |
| Debit nominal | 24.0 l/s |
| Distanța până la încălzitorul conic | 25 mm |
| Temperatura interfeței FT-IR | 180°C |
| Parametrii de măsurare FT-IR | Mod transmisie; rezoluție: 1 cm-1; scanări medii pe spectru: 10parți |
Classic Valori de măsurare la calorimetrul conic
Următoarele figuri prezintă cei mai importanți parametri ai incendiului classic care constituie baza pentru evaluarea comportamentului incendiului:
Rata de degajare a căldurii (HRR, figura 3) este o măsură a intensității incendiului și, prin urmare, un indicator cheie al pericolului potențial.
Rata de producere a fumului (SPR, figura 4) furnizează informații privind afectarea vizibilității și posibila expunere la substanțe toxice.
Pierderea de masă (ML, figura 5) se corelează direct cu arderea materialului și oferă informații privind stabilitatea și formarea reziduurilor.
Analiza avansată FT-IR a gazelor
În plus față de acești parametri stabiliți, analiza suplimentară FT-IR oferă acum noi informații cu privire la compoziția chimică a gazelor de ardere produse.
Cu ajutorul cuplării OMEGA FT-IR, compoziția gazelor de ardere în timpul arderii a putut fi determinată cu precizie (figura 6).
Au fost înregistrate în special următoarele componente (a se vedea și figura 6):
- CO2 - Principalul produs al arderii, în corelație cu consumul de oxigen
- H2O- vapori de apă proveniți din descompunerea materialelor și a aditivilor
- CO - Indicator al arderii incomplete (asfxiant incolor și inodor)
- NO - Format din compușii azotați din poliamidă
- N2O- Subprodus al oxidării nitroxenului (foarte iritant pentru tractul respirator)
- HCN - Extrem de toxic, inhibă respirația celulară
Detectarea simultană a acestor gaze permite evaluarea completă a materialelor, atât în ceea ce privește comportamentul lor termic la foc (HRR, SPR, MLR), cât și relevanța lor toxicologică.
Rezumat
Cuplarea calorimetrului conic TCC 918 cu analizorul de gaze Bruker OMEGA FT-IR extinde analiza gazelor de incendiu classic pentru a include detectarea simultană a numeroase gaze toxice și relevante pentru incendiu. În plus față de parametrii standard ai TCC 918, se pot obține astfel informații detaliate privind compoziția gazului de fum.
Acest lucru permite evaluarea holistică a materialelor în ceea ce privește comportamentul la foc, emisiile toxice și cerințele de siguranță - o valoare adăugată considerabilă pentru cercetare, dezvoltarea produselor și evaluarea siguranței.
Cu această combinație de calorimetrie precisă și spectroscopie FT-IR modernă, NETZSCH oferă un instrument puternic pentru analiza inovatoare a materialelor și evaluarea siguranței în testarea la foc.