Inledning
Brandprovningar spelar en avgörande roll för att säkerställa personsäkerheten, uppfylla lagkrav och minimera eventuella materiella skador genom att utvärdera hur material och system beter sig under brandförhållanden. Kontrollerade provningar verifierar om produkterna tål värme, begränsar brandspridningen och garanterar att kritiska byggnadssystem, såsom brandlarm och brandsläckningssystem, fungerar tillförlitligt i en nödsituation.
Brandprov bekräftar också att nationella och internationella brandsäkerhetsstandarder uppfylls, vilket är nödvändiga förutsättningar för bygglov och produktcertifieringar. Samtidigt utvärderas materialens och skyddssystemens faktiska prestanda för att säkerställa att de ger tillräckligt med tid för säker evakuering och begränsar brandens konsekvenser.
TCC-metoden
Ett polymerbaserat referensmaterial undersöktes. Som en del av ett utvecklingsprojekt tillverkades flera varianter med specifika materialmodifieringar för att systematiskt analysera deras inverkan på viktiga brandegenskapsparametrar.
Fokus låg på att fastställa i vilken utsträckning brandrelaterade parametrar förändras jämfört med referensmaterialet, samt att identifiera samband mellan dessa parametrar.
TCC 918 -metoden (figur 1) användes för den experimentella undersökningen. Denna metod möjliggör samtidig bestämning av flera brandrelaterade parametrar, däribland:
- Tid till antändning (TOI)
- Maximal värmeavgivningshastighet (HHRmax)
- Total rökutsläpp (TSR)
- Massförlust under förbränning
Konkalorimetri möjliggör därmed en omfattande karakterisering av brandbeteendet hos polymerbaserade material under definierade och reproducerbara brandförhållanden.
Bestämningen av värmeavgivningshastigheten baseras på principen om syreförbrukning, där den avgivna värmen beräknas utifrån den uppmätta syreförbrukningen hos förbränningsgaserna.
Mätförhållanden
Mätningarna utfördes med en konkalorimeter från NETZSCH TCC 918 i enlighet med ISO 5660-1. Mätparametrarna anges i tabell 1.
Tabell 1: Mätförhållanden
| Provhållare | Horisontellt |
| Värmeflöde | 50kW/m² |
| Nominellt värmeflöde | 24,0 l/s |
| Avstånd till konvärmaren | 25 mm |
Provkropparna placerades horisontellt i provhållaren och utsattes för en konstant värmeflödesdensitet på 50 kW/m². Denna värmebelastning motsvarar ett typiskt brandscenario, vilket möjliggör en realistisk bedömning av brandbeteendet.
Under mätningen registrerades värmeavgivningshastigheten, rökutvecklingen och massförlusten kontinuerligt.
Testserien omfattade följande material:
- Standardmaterial
- Utvecklingsvarianterna A, B, C och D
Alla prover var polymerbaserade material med följande geometriska egenskaper:
- Yta: 100 x 100 mm
- Tjocklek: 3,3–3,9 mm
- Massa: 53–62 g
Även om materialbasen är jämförbar i samtliga fall har varianterna modifierats specifikt. Figur 2 visar proverna i provhållaren före mätningen.
Mätresultat
Tändningsbeteende – Fördröjning som utvecklingsmål
De uppmätta tiderna till antändning (TOI1) varierade mellan 69 s och 86 s.
Med 86 s uppvisade variant A den längsta tiden till antändning, medan standardmaterialet låg i mitten av skalan bland de testade materialen.
Resultaten visar att riktade modifieringar kan förbättra antändningsmotståndet. En längre antändningstid innebär att materialet övergår till självunderhållande förbränning i ett senare skede vid identisk värmebelastning.
1TOI(Time to Ignition): Tidsintervallet från början av värmeavgivningen till dess att provet antänds.
Värmeavgivning – standarden är fortfarande riktmärket
De maximala värmeavgivningshastigheterna (HRRmax2) låg mellan 102 och 128kW/m² (se figur 3).
Standardmaterialet uppvisade den lägsta maximala värmeavgivningshastigheten, medan utvecklingsvarianterna A till D uppvisade jämförbara eller något högreHRRmax-värden.
Ingen ytterligare minskning av den maximala värmeavgivningen jämfört med referensmaterialet kunde observeras. När det gäller den maximala värmeavgivningen förblir standardmaterialet därför riktmärket.
Medan endast måttliga skillnader observerades vad gäller antändningsbeteende och maximal värmeavgivning, uppstod mer uttalade skillnader mellan materialen när det gäller rökutveckling.
2HRRmax: Maximal värmeavgivningshastighet; det högsta uppmätta värdet för HRR under provningen och parameter för maximal brandintensitet.
Rökutveckling – tydliga skillnader
Som framgår av figur 4 är de största skillnaderna mellan materialen tydliga när det gäller rökutvecklingen.
Standardmaterialet uppvisar den lägsta totala rökavgivningen (TSR3). Variant C uppvisar den högsta rökbildningen, medan varianterna A, B och D ligger i mellanintervallet.
3TSR(Total Smoke Release): Den totala mängden rök som avges under provningen; en integrerad parameter för den kvantitativa bedömningen av rökutvecklingen under hela brandens varaktighet.
Dessa resultat visar att en förbättring av enskilda parametrar, såsom antändningstid, inte nödvändigtvis minskar rökutvecklingen. Brandbeteendet hos polymermaterial utgör därför ett flerdimensionellt optimeringsproblem, där förändringar i materialets sammansättning kan påverka antändningsbeteendet, värmeavgivningen och rökutvecklingen på olika sätt.
Massförlust – jämförbara nedbrytningsmekanismer
Den relativa massförlusten under mätningen varierade mellan 14 % och 21 % (se figur 5). Genom att uttrycka resultaten som relativ massförlust kan nedbrytningsprofilerna jämföras direkt, trots små skillnader i provmassan. Det finns endast små skillnader i hur materialnedbrytningen förlöper över tid mellan de undersökta varianterna. De likartade kurvprofilerna tyder på att alla material genomgår termisk nedbrytning och förbränning på ett jämförbart sätt. Standardmaterialet uppvisar en något lägre massförlust i början av förbränningen, och kurvorna konvergerar allteftersom processen fortskrider.
Beskriv provet efter mätningen
Efter avslutad mätning observerades betydande restbildning för alla material (figur 6). Skillnaderna i resternas struktur, integritet och ytegenskaper korrelerar med de variationer som observerats i förbränningsprofilen.
Sammanfattning
Konkalorimetri med hjälp av systemet ” NETZSCH ” ( TCC 918 ) möjliggör samtidig mätning av värmeavgivning, rökbildning och massförlust, vilket ger en omfattande experimentell grund för utvärdering och optimering av polymermaterial med avseende på deras brandbeteende.
En undersökning av olika varianter av ett polymerbaserat referensmaterial visar på betydande skillnader i de enskilda brandrelaterade parametrarna.
Bland de testade materialen uppnår variant A den längsta antändningstiden på 86 s och uppvisar därmed den högsta antändningsmotståndskraften.
Standardmaterialet förblir dock riktmärket när det gäller den maximala värmeavgivningshastigheten, eftersom det uppvisar den lägstaHRRmax.
Standardmaterialet uppvisar också de mest gynnsamma egenskaperna vad gäller rökutveckling, med den lägsta totala rökutsläppsmängden, medan variant C uppvisar den högsta rökproduktionen.
Den relativa massförlusten för alla material ligger inom ett liknande intervall mellan 14 och 11 %, vilket indikerar jämförbara mekanismer för termisk nedbrytning.
Resultaten visar att det inte är lätt att samtidigt optimera alla brandrelaterade parametrar. Förbättring av enskilda parametrar kan åtföljas av förändringar i andra brandegenskaper.
Konkalorimetri möjliggör en känslig differentiering även mellan nära besläktade materialformuleringar.