Kundens framgångshistoria
Provning av brandmotstånd och brandsäkerhetsteknik
NETZSCH TAURUS-konkalorimetern TCC 918 i bruk vid Luleå tekniska universitet, Sverige
Detta är en framgångshistoria frånRhoda Afriyie Mensah, postdoktoral forskare vid avdelningen för byggnads- och brandteknik, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser, vid Luleå tekniska universitet (LTU) i Sverige. Hon berättar om användningen av TCC 918 Cone-kalorimetern och dess unika programmeringsvariationer i värmeflödet under hela testperioden, vilket var avgörande för brandmotståndsprovningsprojekten vid LTU och som har lett till utvecklingen av innovativa metoder inom brandsäkerhetsteknik.
“Jag skulle beskriva era lösningar och tjänster som effektiva. Konkalorimetern är särskilt imponerande med sin förmåga att simulera olika brandscenarier och sin användarvänlighet. Dessutom ger den snabba kundsupporten från ert team ett betydande mervärde till er produkt.”
Om Luleå tekniska universitet
Luleåtekniska universitet (LTU) ligger i norra Sverige, Luleå, Norrbottens län. LTU är känt för sin banbrytande forskning och sina innovativa utbildningsprogram. För närvarande har LTU en årlig omsättning på 2,0 miljarder kronor, 1.500 anställda och 17.900 studenter. Med fokus på hållbarhet, ingenjörsvetenskap och teknik främjar LTU en dynamisk inlärningsmiljö som uppmuntrar till samarbete och kritiskt tänkande. Universitetet har moderna faciliteter och starka band till industrin, vilket säkerställer att studenterna får praktisk erfarenhet och praktiska färdigheter som är avgörande för framgång.
Ett av de nischade utbildningsprogrammen vid LTU är Fire Protection Engineering (FPE) -programmet som övervakas av Prof. Michael Försth. FPE-programmet vid LTU erbjuder en kandidatexamen och en Master of Science-examen. Detta program ligger inom institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser och avdelningen för byggnads- och brandteknik. Det fokuserar på tillämpningen av vetenskapliga och tekniska principer för att skydda människor, egendom och deras miljöer från brand- och rökrisker.
Läroplanen omfattar både teoretiska kurser och praktiskt laboratoriearbete, där man bland annat använder sig av laboratoriet för brandskyddsteknik. Detta laboratorium är välutrustat med avancerade verktyg såsom en konkalorimeter, en mikroskalig förbränningskalorimeter (MCC), en LOI-testare (limiting oxygen index) och en specialiserad brandugn.
Av dessa instrument köptes konkalorimetern och LOI-testaren från NETZSCH TAURUS Instruments GmbH. Dessa instrument är viktiga för att studera materialens värmeöverföring och brandfarlighet, och ger studenterna praktisk erfarenhet av att bedöma branddynamik och olika materials reaktion på brand.
Rhoda, kan du presentera dig själv, ditt universitet och dina tillämpnings-/forskningsområden?
Jag är Rhoda Afriyie Mensah, postdoktoral forskare vid Luleå tekniska universitet (LTU) i Sverige. Jag doktorerade i maskinteknik vid Nanjing University of Science and Technology i Kina, där jag forskade om tillämpningen av artificiell intelligens i termisk analys och materialens antändlighet. Jag inledde mina postdoktorala studier med brandskyddsgruppen under avdelningen för konstruktions- och brandteknik vid LTU 2021. Min forskningsbakgrund handlar om att bedöma materialens brandbeteende och att införliva brandskyddsmedel i material för att göra dem mindre brandfarliga. För min forskning har jag använt olika brandtestinstrument, inklusive konkalorimetern och den mikroskaliga förbränningskalorimetern. Jag undervisar också i en kurs i värmeöverföring för studenterna i brandskyddsteknik och sköter laboratoriet för brandskyddsteknik som en del av mina arbetsuppgifter.
Sedan när har samarbetet med NETZSCH pågått och vilka specifika utmaningar hade er division innan ni började använda våra lösningar?
Samarbetet inleddes i augusti 2022. Innan vi implementerade NETZSCH TCC 918 konkalorimetern stod laboratoriet för brandskyddsteknik inför betydande utmaningar med vår gamla konkalorimeter. Apparaten hade en öppen förbränningskammare, vilket innebar en risk för att användarna exponerades för lågor och värme. Dessutom använde den äldre modellen Drierite, ett torkmedel som innehåller giftiga kemikalier. Vi sökte en lösning som skulle lösa dessa problem och samtidigt förbättra vår förmåga att genomföra effektiva studier av brandbeteende. TCC 918 erbjöd en säkrare, sluten förbränningskammare och eliminerade behovet av giftiga ämnen, vilket därmed löste våra problem.
Varför valde ni NETZSCH? Hur hjälpte våra lösningar till att lösa dessa utmaningar?
Vi valde NETZSCH för deras goda rykte när det gäller att tillhandahålla högkvalitativ och tillförlitlig utrustning för termisk analys som är skräddarsydd för utbildnings- och forskningsmiljöer. Deras TCC 918 modell erbjöd avancerade säkerhetsfunktioner, inklusive en sluten förbränningskammare som minskade tidigare risker, och användarvänlig programvara, vilket är avgörande för effektiv inlärning.
TCC 918 från NETZSCH löste våra utmaningar på ett effektivt sätt genom att erbjuda ett säkrare och mer avancerat kalorimetersystem. Den slutna förbränningskammaren minskar avsevärt riskerna för exponering för lågor och värme, vilket ger en säkrare miljö för vår personal. Elimineringen av giftiga ämnen som Drierite i experimentprocessen ökade säkerheten ytterligare. Dessutom gjorde den användarvänliga programvaran på TCC 918det enklare att utföra experiment och analysera data, vilket bidrog till en mer produktiv och pedagogisk upplevelse. Den här lösningen löste inte bara våra säkerhetsproblem utan höjde också kvaliteten och omfattningen på vår forskning.
Rhoda, kan du berätta mer om din specifika applikation?
Sedan installationen vid Luleå tekniska universitet har NETZSCH TCC 918 konkalorimetern använts flitigt för att undersöka reaktion mot brandegenskaper hos en mängd olika material. Vi har till exempel framgångsrikt använt denna avancerade utrustning för att studera antändligheten och förbränningsbeteendet hos material som trä, plast, textilier, kompositer, biokol, olika växter och till och med betong. Detta har gjort det möjligt för oss att samla in viktiga data om hur dessa material beter sig i brandsituationer, vilket har bidragit väsentligt till vår forskning inom brandsäkerhetsteknik och hjälpt oss att utveckla säkrare materialtillämpningar och brandförebyggande strategier inom bygg- och materialindustrin.
Vänligen gå in i detalj och förklara dina analys- och mätresultat.
Diagrammet nedan visar värmeavgivning (kW/m²) för olika material över tid (sekunder), uppmätt med vårt instrument NETZSCH TAURUS TCC 918. Här är en uppdelning av etiketterna:
Neat WG (Neat vetegluten): Den här linjen (svart) visar värmeavgivningen från ren vetegluten som pressats och gjutits utan några tillsatser. Den uppvisar en skarp topp tidigt och når över 700 kW/m², minskar sedan snabbt och stabiliseras nära noll, vilket tyder på snabb förbränning.
BC_APP_WG_COMP (Biokol-Ammmonium Polyfosfat Veteglutenkomposit): Denna linje (röd) representerar en komposit av vetegluten, biokol och ammoniumpolyfosfat, ett brandhämmande medel. Den visar en mycket lägre och mer gradvis värmeavgivning, med en topp på cirka 150 kW/m² och en långsam avklingning, vilket tyder på att tillsatsen av biokol och ammoniumpolyfosfat avsevärt minskar veteglutenets antändlighet och maximala värmeavgivning med 74%.
BC_Lanosol_WG_COMP (komposit av biokol och vetegluten från lanosol): Linjen (blå) indikerar en komposit av vetegluten, biokol och Lanosol, ett brandhämmande medel. I likhet med BC_APP_WG_COMP visar även denna komposit en minskad maximal värmeavgivning på 14 % jämfört med ren vetegluten. Den toppar högre än BC_APP_WG_COMP men är fortfarande betydligt lägre än Neat WG, vilket indikerar ett effektivt flamskydd.
Kurvorna visar också att tillsatsen av lanosol och biokol förbättrade tiden till antändning av ren WG något, men att APP och biokol förbättrade tiden till antändning avsevärt.
Sammantaget illustrerar graferna effektiviteten hos olika tillsatser (biokol med ammoniumpolyfosfat och Lanosol) när det gäller att minska värmeavgivningen och tiden till antändning av vetegluten när det utsätts för eld, vilket är viktigt för att förbättra brandsäkerheten hos material som tillverkas av vetegluten.
Finns det några speciella egenskaper hos brandprovningsutrustningen som var särskilt användbara för din specifika tillämpning?
Konkalorimetern TCC 918 har en unik kapacitet som är avgörande för våra projekt för test av brandmotstånd. Till skillnad från traditionella brandreaktionstester där proverna utsätts för ett konstant värmeflöde, kan man med TCC 918 programmera variationer i värmeflödet under hela testets gång. Denna funktion gjorde det möjligt för oss att exakt implementera och simulera olika brandkurvor, inklusive standardbrandkurvan och de parametriska kurvorna. Genom att mata in ekvationerna för dessa kurvor i systemet kunde vi justera parametrarna dynamiskt för att spegla de förhållanden som dessa kurvor representerar.
Denna avancerade funktionalitet bidrog till att betongprover av olika tjocklek på ett effektivt sätt kunde utsättas för både standardiserade och specialiserade temperaturkurvor. Teamet vid Luleå tekniska universitet utnyttjade den här funktionen för att genomföra omfattande brandmotståndstester, vilket ökade vår förståelse för materialbeteenden under olika brandförhållanden. Denna anpassningsförmåga och precision gör TCC 918 till ett ovärderligt verktyg i vår pågående forskning inom området brandsäkerhet.
Hur använde du de erhållna resultaten för att förbättra din forskning, kvalitetskontroll, utveckling eller produktion?
Konkalorimetern bidrog till att vi kunde utsätta material för standardkurvan ISO 834 och de parametriska kurvorna, i small skala, som är avgörande för att utvärdera brandmotståndet hos byggmaterial. Styrsystemet var skickligt på att följa denna kurva upp till dess maximala temperaturgräns på 1000°C, vilket täcker kraven för de flesta materialtester. Denna funktion var särskilt värdefull för att stödja ett av våra projektmål att skala ner storleken på tester för screeningändamål. Konkalorimeterns mångsidighet förbättrade våra testprocesser och hjälpte oss att göra screeningtester av brandmotstånd mer tillgängliga och kostnadseffektiva. Denna förmåga ligger i linje med vårt långsiktiga projektmål att bredda tillgången till brandmotståndstestning, vilket är särskilt fördelaktigt för att bedöma nya material och tekniker inom byggbranschen.
Hur påverkade användningen av våra lösningar eller analysresultaten din verksamhet? Har ni uppnått betydande besparingar eller effektiviseringar?
Ja, vi kommer att uppnå betydande besparingar och effektivitetsvinster genom att använda konkalorimetern jämfört med traditionella brandmotståndstester. Traditionellt kräver dessa tester mycket large prover, men med konkalorimetern behöver vi bara prover som mäter 100 x 100 mm med en tjocklek på upp till 50 mm. Denna minskning av provstorleken minskar avsevärt mängden material som används och, som ett resultat, de totala testkostnaderna. Dessutom är energikonsumtionen för konkalorimetern mycket lägre än för en large -ugn som vanligtvis används vid provning av brandmotstånd. Detta leder inte bara till direkta energibesparingar utan bidrar också till en mer hållbar testprocess genom att minimera miljöpåverkan. Dessa effektivitetsvinster kommer att göra provning av brandmotstånd mer tillgänglig och kostnadseffektiv, vilket ligger i linje med våra mål att förbättra tillgängligheten för provning och minska driftskostnaderna. Det måste dock betonas att detta är small-skaleprovningar för orienterings- och screeningändamål. För klassificering av konstruktionselement krävs large-skaliga ugnstester.
Har våra lösningar också bidragit till att förbättra kvaliteten på era produkter eller optimera era arbetsflöden?
Ja, användningen av konkalorimetern förbättrade avsevärt kvaliteten på våra brandprovningsprocesser, vilket i sin tur förbättrade kvaliteten på de material och produkter som vi utvärderade. Konkalorimeterns precision och anpassningsförmåga gjorde det möjligt för oss att genomföra mer exakta och detaljerade analyser av material under olika brandförhållanden. Denna förbättrade testkapacitet gjorde det möjligt för oss att optimera materialsammansättningar och behandlingar för bättre brandmotstånd, vilket ledde till utveckling av säkrare och mer tillförlitliga material.
TCC 918 optimerade våra arbetsflöden avsevärt och minskade arbetsbelastningen för våra anställda, särskilt i samband med utbildnings- och forskningsmiljöer på universitetet. Dess effektivitet och användarvänlighet möjliggjorde snabbare installation och utförande av experiment, vilket är idealiskt för studentlaboratorier där tid och användarvänlighet är viktigt. Studenterna kunde utföra flera tester på kortare tid, vilket förbättrade deras inlärningsupplevelse genom att de fick mer praktisk tid med utrustningen och omedelbara resultat för analys. För forskningsprojekt säkerställer konkalorimeterns smarta egenskaper att forskarna kan utföra fler tester med mindre förberedelsetid, vilket leder till effektivare forskningscykler och snabbare framsteg från hypotes till slutsats. Införandet av den nya konkalorimetern i vårt labb har förbättrat produktiviteten genom att möjliggöra effektivare tidshantering och minska det manuella arbete som krävs för att ställa in och genomföra brandtester.
Har du kunnat få nya forskningsinsikter eller har det lett till en helt ny utveckling?
Ja, användningen av konkalorimetern har gjort det möjligt för oss att få nya forskningsinsikter och har till och med lett till utvecklingen av innovativa metoder inom området brandsäkerhetsteknik. Apparatens precision och flexibilitet när det gäller att simulera olika brandscenarier har gjort det möjligt för oss att på djupet undersöka brandbeteendet hos olika material, inklusive sådana som vanligtvis inte ingår i vanliga brandtester, t.ex. biokol. Detta har öppnat nya vägar för att förstå hur material förbränns och samverkar under brandförhållanden. Ett viktigt framsteg är utvecklingen av brandhämmande materialformuleringar. Genom att observera hur olika kompositer beter sig i kontrollerade brandtester har våra forskare kunnat justera materialsammansättningarna för att förbättra deras motståndskraft mot värme. Dessa insikter har också bidragit till det bredare området brandsäkerhet. Dessutom har kalorimetern underlättat tvärvetenskapliga samarbeten, där insikter från kemi, trävetenskap och brandsäkerhetsteknik från andra institutioner har kombinerats för att utforska materialens antändlighet. Denna samarbetsstrategi har inte bara breddat omfattningen av vår forskning utan också ökat dess genomslagskraft.
Har du också gjort någon erfarenhet av vår kundsupport och service?
Vår erfarenhet av er kundsupport och service har varit exceptionellt positiv, särskilt tack vare bidragen från expertteamet på NETZSCH TAURUS Instruments. Deras snabba och kunniga svar har varit avgörande för att säkerställa att vår användning av konkalorimetern är både effektiv och ändamålsenlig. Närhelst vi stötte på tekniska utmaningar under driftsättningen eller hade frågor om utrustningen, gav teamet på NETZSCH Taurus snabb och korrekt support, vilket avsevärt minimerade eventuella driftstopp och ökade vår totala produktivitet. Deras expertis hjälpte oss inte bara med rutinunderhåll och felsökning utan också med att optimera användningen av kalorimetern för våra specifika forskningsbehov. Vi uppskattar verkligen deras engagemang och professionalism, som markant har förbättrat vår upplevelse och tillfredsställelse med era tjänster.
Finns det några andra utmaningar som du skulle vilja ta upp med oss inför framtiden?
Framöver ser vi fram emot att fördjupa vårt samarbete med ert team, med fokus på avancerad brandprovning av material och utveckling av miljövänliga och brandbeständiga material som kan omdefiniera industristandarder. Vi förutser också att det kommer att behövas avancerad teknik i utrustningen, t.ex. en kamera för att kunna göra mätningar på plats i realtid. Dessutom ser vi ett stort värde i att utöka utbildningsprogram och workshops för att säkerställa att vårt team fullt ut kan utnyttja de nya möjligheterna med er utrustning. Detta fortsatta partnerskap kommer inte bara att förbättra vår forskningskapacitet utan också bidra till betydande framsteg inom brandsäkerhetsteknik.
Tack så mycket!
Rhoda, tack så mycket för den här intervjun, den spännande inblicken i ditt arbete och de positiva orden! Vi ser fram emot att få följa med dig i framtiden med hjälp av våra analysapparater på den fortsatta vägen mot avancerad brandprovning av material och utveckling av miljövänliga och brandbeständiga material.
