Введение
Поведение материалов при пожаре является важнейшим фактором при оценке безопасности в таких областях, как строительство, транспорт и электроника. Конусный калориметр NETZSCH TCC 918 (рис. 1) определяет основные параметры пожара по принципу потребления кислорода, включая:
- Концентрацию O2,CO2 и CO
- Скорость тепловыделения (HRR)
- Средняя скорость тепловыделения (ARHE)
- Скорость образования дыма (SPR)
- Скорость потери массы (MLR)
- Время до воспламенения (TOI)
- Время до вспышки (TOF)
Эти параметры дают полное представление о термическом поведении материала при пожаре, от воспламенения до угасания пламени, и служат основой для моделирования и прогнозирования реальных пожаров.
Дополнительное сопряжение с газоанализатором Bruker OMEGA FT-IR позволяет детально анализировать состав образующихся дымовых газов. Количественное обнаружение многочисленных продуктов разложения и горения позволяет проводить всестороннюю оценку токсичных выбросов и способствует разработке безопасных, устойчивых материалов.
Принцип измерения
На сайте TCC 918 образец подвергается воздействию определенного теплового потока с помощью конусного нагревателя, воспламеняется и сгорает в контролируемых условиях. Образующиеся дымовые газы передаются через выхлопную систему для дальнейшего анализа.
В стандартном режиме соответствующие дымовые газы, в частности O2, CO иCO2, анализируются с помощью газоанализатора Siemens Oxymat/Ultramat. Эти измеренные величины используются для расчета скорости выделения тепла (HRR) в соответствии с принципом потребления кислорода.
Дополнительное ИК-Фурье соединение расширяет этот подход и позволяет количественно определять продукты дальнейшего разложения и сгорания. Это позволяет более детально исследовать состав дымовых газов, особенно в отношении токсичных компонентов.
ИК-Фурье-муфта OMEGA
Соединение (рис. 2) осуществляется через обогреваемую линию передачи, аналогично соединению ИК-Фурье линии передачи в других анализаторах NETZSCH (например, TG-FT-IR). Контроль температуры предотвращает образование конденсата, обеспечивает быструю транспортировку газа и позволяет проводить анализ дымовых газов в режиме реального времени.
ИК-Фурье спектроскопия одновременно количественно определяет различные газы на основе их характерных спектров поглощения. Это позволяет обнаружить множество продуктов сгорания и разложения.
Помимо типичных продуктов сгоранияCO2, CO и H2O, к ним относятся углеводороды (CH4, этен, этин), галогенные соединения (HCl, HBr, HF), азотные соединения (HCN, NH3, NO, NO2, N2O), органические вещества (акролеин, формальдегид, бензол, фенол) и сернистые соединения (SO2).
Такой расширенный газовый анализ дает ценную информацию о потенциально токсичных побочных продуктах, особенно в областях применения с высокими требованиями к пожарной безопасности, например, при строительстве железнодорожных транспортных средств.
Типичными примерами являются полиамиды (PA), которые часто используются в отделке салона, сиденьях, изоляции кабелей и формованных деталях благодаря своей прочности и термостойкости. Их также можно встретить в общественных зданиях и домах, например, в напольных покрытиях, мебели и электрических компонентах. Будучи органическими полимерами, они могут выделять значительное количество дыма и токсичных газов в случае пожара, поэтому детальное изучение их поведения при пожаре имеет решающее значение для безопасного использования.
Условия измерения
Исследовался текстиль из PA6 размером 50 x 50 x 7 мм3 (8 слоев) и весом 10,58 г. Параметры испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1: Условия измерения
| Держатель образца | Горизонтальный |
|---|---|
| Тепловой поток | 50 кВт/м2 |
| Номинальный расход | 24.0 л/с |
| Расстояние до конусного нагревателя | 25 мм |
| Температура интерфейса ИК-Фурье | 180°C |
| Параметры ИК-Фурье измерений | Режим пропускания; разрешение: 1 см-1; усредненное сканирование одного спектра: 10 частей |
Classic Значения измерений конусного калориметра
На следующих рисунках представлены наиболее важные параметры пожара classic, на основе которых можно оценить поведение огня:
Скорость тепловыделения (HRR, рис. 3) является мерой интенсивности пожара и, таким образом, ключевым показателем потенциальной опасности.
Скорость образования дыма (SPR, рис. 4) дает информацию об ухудшении видимости и возможном токсическом воздействии.
Потеря массы (ML, рис. 5) напрямую коррелирует со сгоранием материала и предоставляет информацию о стабильности и образовании остатков.
Расширенный ИК-Фурье анализ газов
В дополнение к этим установленным параметрам дополнительный ИК-Фурье анализ позволяет получить новые сведения о химическом составе образующихся дымовых газов.
С помощью ИК-Фурье анализа OMEGA можно точно определить состав дымовых газов во время сгорания (рис. 6).
В частности, были зарегистрированы следующие компоненты (см. также рисунок 6):
- CO2 - основной продукт сгорания, коррелирует с потреблением кислорода
- H2O- водяной пар, образующийся при разложении материалов и добавок
- CO - индикатор неполного сгорания (бесцветный и не имеющий запаха асфиксиант)
- NO - Образуется из соединений азота в полиамиде
- N2O- побочный продукт окисления нитроксена (сильно раздражает дыхательные пути)
- HCN - высокотоксичен, подавляет клеточное дыхание
Одновременное обнаружение этих газов позволяет всесторонне оценить материалы как с точки зрения их термического поведения при пожаре (HRR, SPR, MLR), так и с точки зрения их токсикологической значимости.
Резюме
Сочетание конусного калориметра TCC 918 с газоанализатором Bruker OMEGA FT-IR расширяет возможности анализа пожарных газов classic, включая одновременное определение многочисленных токсичных и пожароопасных газов. В дополнение к стандартным параметрам TCC 918 можно получить подробную информацию о составе дымового газа.
Это позволяет проводить целостную оценку материалов с точки зрения поведения при пожаре, токсичных выбросов и требований безопасности - значительная добавленная стоимость для исследований, разработки продукции и оценки безопасности.
Благодаря сочетанию точной калориметрии и современной ИК-Фурье спектроскопии, NETZSCH предлагает мощный инструмент для инновационного анализа материалов и оценки безопасности при огневых испытаниях.