Inledning
Isoleringsmaterial spelar en nyckelroll i fasadkonstruktioner inom byggnadsindustrin: De minskar överföringen av värme, kyla, ljud och, i vissa fall, fukt mellan inomhus- och utomhusområden. Detta minskar en byggnads energiförbrukning, håller inomhusklimatet mer stabilt och ökar boendekomforten avsevärt.
Vad används isoleringsmaterial till?
- Värmeisolering: Minimerar värmeförlusten på vintern och förhindrar överhettning på sommaren
- Fuktskydd: Vissa material reglerar fukt och förhindrar kondens
- Ljudisolering: Isoleringsmaterial minskar luftburet ljud och stegljud
- Brandskydd: Vissa isoleringsmaterial fungerar som en barriär mot brand eller fördröjer dess spridning.
Isoleringsmaterial bidrar väsentligt till byggnaders energieffektivitet, ljud- och fuktskydd samt brandsäkerhet. Förutom termisk prestanda blir brandbeteendet allt viktigare, eftersom det har en betydande inverkan på brandspridning, rökutveckling och utrymningssäkerhet.
TCC 918 Cone Calorimeter (figur 1) enligt ISO 5660-1 är en etablerad testmetod för kvantitativ utvärdering av materialens brandbeteende under definierade värmeeffekter.
I denna Application Note testas och jämförs olika varianter av isoleringsmaterial med hjälp av NETZSCH TCC 918 Cone Calorimeter.
Mätförhållanden
Fem isoleringsvarianter med olika formuleringar och färger (vit, röd och tre nyanser av grå) testades i TCC 918 Cone Calorimeter för att undersöka brandbeteendet.
Denna enhet registrerar olika parametrar, inklusive värmeavgivningshastighet (HRR), tid till antändning (TOI) och total rökproduktion (TSP). Den gör det också möjligt att göra förutsägelser om brandutvecklingen.
Alla tester utfördes under identiska förhållanden i enlighet med ISO 5660-1 för att säkerställa en direkt och meningsfull jämförbarhet.
Var och en av de undersökta isoleringsmaterialen (figur 2) mättes upprepade gånger med hjälp av enskilda prover.
Omfattningen av testerna framgår av tabell 1 och mätförhållandena anges i tabell 2. Varje prov av de olika isoleringsmaterialen mättes oberoende av varandra och under identiska förhållanden.
Miljöförhållandena i laboratoriet förblev stabila under hela testserien med en ungefärlig temperatur på 24-25°C och en relativ luftfuktighet på 22-23%.
Tabell 1: Omfattning av testproverna
| Tillverkarens ID | Färg | Antal uppmätta prover |
|---|---|---|
| Prov W | vit | 4 |
| Prov R | rött | 3 |
| Prov G4 | grå1 | 3 |
| Prov G5 | grå2 | 3 |
| Prov G6 | grå2 | 3 |
Tabell 2: Mätförhållanden
| Provhållare | Horisontell |
| Värmeflöde | 25 kW/m2 |
| Nominell flödeshastighet | 24.0 l/s |
| Avstånd till konvärmaren | 25 mm till värmekonen |
Mätresultat och jämförande översikter
Alla slutsatser som presenteras i detta avsnitt baseras uteslutande på resultaten från de enskilda prover som uppmätts.
Beteende vid antändning
Antändningstiden (TOI1) utvärderar hur snabbt ett material antänds när det utsätts för en definierad värmenivå. Provet utsattes för en konstant värmestrålning på 25 kW/m². Tidsperioden från det att bestrålningen börjar till dess att lågorna syns första gången definieras som antändningstid. Denna tidsstämpel visas direkt i utvärderingen av Cone Calorimeter-programvaran som TOI-värde.
En kort antändningstid indikerar att materialet är mycket lättantändligt och absorberar energi och värms upp snabbt, vilket resulterar i tidig antändning av de gasformiga pyrolysprodukterna. Mer svårantändliga material kräver mer energi för att värmas upp och genomgå PyrolysPyrolys är den termiska nedbrytningen av organiska föreningar i en inert atmosfär.pyrolys, vilket resulterar i en fördröjd antändning.
För alla testade material finns det en tydlig och konsekvent differentiering i antändningsbeteendet. En jämförelse finns i figur 3.
- Den vita varianten av de undersökta proverna har de kortaste antändningstiderna och därmed det lägsta motståndet mot värmestrålning. Detta resulterar i en genomsnittlig antändningstid på 414 s.
- Den röda varianten har ett genomsnittligt antändningsmotstånd och antänds senare än den vita varianten men tidigare än de grå varianterna. Den genomsnittliga antändningstiden är här 599 s.
- De grå varianterna uppvisar genomgående de längsta tändtiderna. Den beräknade genomsnittliga antändningstiden är 862 s, vilket tyder på ökat motstånd mot det applicerade värmeflödet.
Detta innebär att de grå materialen uppvisar det högsta motståndet mot den applicerade värmestrålningen.
1Tidentill antändning (TOI) definierar hur snabbt en flammande förbränning uppstår i ett material. (NTA_Cone_Calorimeter_en_web.pdf, s. 7).
Värmeavgivningens intensitet och brandens utveckling
Värmeavgivningshastigheten (HRR2) är en av de viktigaste parametrarna för att bedöma brandintensiteten. Den anses vara den drivande kraften bakom en brand: ju högre HRR, desto större är antändligheten och den potentiella brandrisken.
Den maximala värmeavgivningen (peak HRR) anger det ögonblick då ett material avger som mest värme, vilket är särskilt farligt i en nödsituation eftersom det bidrar till att branden sprids snabbt och intensivt.
Peak HRR gör det möjligt att göra tydliga och enkla jämförelser mellan olika material och formuleringar.
Figurerna 4 till 6 visar mätkurvorna för värmeavgivningshastigheten för olika isoleringsmaterial.
2Värmeavgivningshastigheten (HRR) är ett mått på den mängd värme som avges per tidsenhet under förbränningen av ett material. (NTA_Fire_Testing_Systems_en_web.pdf s. 6)
Tabell 3 visar den maximala värmeavgivningen (peak HRR3) för de olika isoleringsmaterialen.
För att förbättra jämförbarheten beräknades medelvärdet för högsta HRR-värden för varje materialvariant.
Följande slutsatser kan dras av resultaten:
- vit variant: ca 572 kW/m² → mycket hög brandintensitet
- röd variant: ca 306 kW/m² → medelhög till mycket hög brandintensitet
- grå variant: ca 289 kW/m² → genomsnittlig brandintensitet
De vita materialen uppvisar alltså den mest intensiva värmeutvecklingen efter antändning, medan de grå varianterna kännetecknas av lägre toppvärden för HRR.
3Peak-HRR- Maximal värmeavgivning (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
Tabell 3: Jämförelse av högsta HRR
| grupp-ID | Färg | Värden för topp-HRR (kW/m²) | Peak-HRR-intervall (kW/m²) | Medelvärde för topp-HRR (kW/m²) | Observerad brandintensitet |
|---|---|---|---|---|---|
| Prov W | vit | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | Mycket hög |
| Prov R | röd | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | Genomsnittlig till hög |
| Prov G4 | grå1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | Medelvärde |
| Prov G5 | grå2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | Genomsnitt |
| Prov G6 | grå2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | Medelvärde |
Brandtillväxtens intensitet
Den maximala genomsnittliga värmeavgivningen (MARHE4) illustrerar skillnader i brandtillväxtens intensitet eftersom den representerar den tidsmässigt utjämnade maximala värmeavgivningen under testet, vilket gör det möjligt att jämföra brandbeteendet hos olika material.
Figur 7 visar MARHE-värdena (maximal genomsnittlig värmeavgivning) för de olika materialproverna, uppdelade efter färg: vitt, rött och grått. Värdena visas som vertikala staplar, med motsvarande provbeteckning under varje stapel. MARHE-värdena anger den maximala genomsnittliga värmeavgivningen under hela brandprovet.
4MARHE- Värde, (Max. Average Rate of Heat Emission) är den maximala värmeavgivning som bestämts under ett test med Cone Calorimeter enligt ISO 5660-1.
Tolkning
- Prover i den vita kategorin visar övervägande MARHE-värden, som sträcker sig från 76,7 kW/m² till 90 kW/m²
- Flera prover visar värden över 80 kW/m², två av dem till och med nära 90 kW/m².
→ De vita materialen har de högsta MARHE-värdena, som representerar det mest kritiska brandbeteendet, vilket motsvarar de höga toppvärdena för HRR och indikerar snabb brandutveckling.
- Proverna i den röda kategorin ligger i mellanområdet och uppvisar betydande variationer: Värden: 56.5 kW/m², 37,7 kW/m², 57,6 kW/m².
→ De röda proverna uppvisar ett måttligt högt brandbeteende, med viss variation från prov till prov.
- Proverna i den grå kategorin har oftast de lägsta MARHE-värdena, men det finns också två avvikande värden.
- Huvudintervallet ligger mellan 39 och 60 kW/m².
→ De grå proverna har oftast de lägsta MARHE-värdena, vilket tyder på en mer kontrollerad brandtillväxt.
Rökutveckling
Den totala rökutvecklingen (TSP5) beskriver den totala mängden rök som frigörs under konkalorimetertestet enligt ISO 5660-1, och är en viktig parameter för att bedöma rökbeteendet.
Den totala rökutvecklingen skiljer sig avsevärt mellan formuleringarna (figur 8 till 10).
- Alla gråa material når sin slutliga platå efter ca 25 minuter och ger typiska värden mellan 1650 m² och 1950 m².
- De vita materialen uppvisar en måttlig total rökutveckling, med värden mellan 1450 m² och 1650 m². Den slutliga platån nås redan efter 15 minuter.
- De röda varianterna uppvisar den lägsta totala rökproduktionen av alla testade material. Värdena når sin platå efter 18 minuter mellan 1290 m² och 1350 m².
5Totalrökproduktion (TSP) beskriver den totala mängden rök som produceras under hela brandförloppet (enligt ISO 5660-1)
Sammanfattning
De mätningar som utförts med TCC 918 Cone Calorimeter TCC 918 visar tydligt reproducerbara skillnader i brandbeteendet hos de undersökta isoleringsmaterialen.
Kvantitativa parametrar som antändningstid, värmeavgivningshastighet, brandtillväxtintensitet och rökutveckling kan användas för att tydligt karakterisera och direkt jämföra antändlighet, branddynamik och rökbeteende.
Resultaten visar tydligt effekterna av olika materialformuleringar och ger en robust grund för materialutveckling, formuleringsoptimering och benchmarking i en kontrollerad laboratoriemiljö.