Giriş
Malzemelerin yangın davranışı inşaat, ulaşım ve elektronik gibi alanlarda güvenlik değerlendirmelerinde çok önemli bir faktördür. NETZSCH TCC 918 Koni Kalorimetresi (şekil 1) oksijen tüketimi prensibine dayalı olarak aşağıdakiler de dahil olmak üzere temel yangın parametrelerini belirler:
- O2,CO2 ve CO konsantrasyonları
- Isı salınım oranı (HRR)
- Ortalama ısı salınım oranı (ARHE)
- Duman üretim oranı (SPR)
- Kütle kaybı oranı (MLR)
- Tutuşmaya kadar geçen süre (TOI)
- Alev sönme süresi (TOF)
Bu parametreler, tutuşmadan alevin sönmesine kadar bir malzemenin termal yangın davranışının kapsamlı bir resmini sunar ve gerçek yangın olaylarının modellenmesi ve tahmin edilmesi için temel oluşturur.
Bruker OMEGA FT-IR gaz analizörü ile isteğe bağlı bağlantı, ortaya çıkan duman gazlarının bileşiminin ayrıntılı olarak analiz edilmesini sağlar. Çok sayıda Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma ve yanma ürününün kantitatif tespiti, toksik emisyonların kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesini sağlar ve güvenli, sürdürülebilir malzemelerin geliştirilmesini destekler.
Ölçüm Prensibi
TCC 918 adresinde, numune bir koni ısıtıcı kullanılarak tanımlanmış bir ısı akışına maruz bırakılır, ateşlenir ve kontrollü koşullar altında yakılır. Ortaya çıkan baca gazları, daha fazla analiz için bir egzoz sistemi aracılığıyla aktarılır.
Standart olarak, ilgili baca gazları, özellikleO2, CO veCO2, bir Siemens Oxymat/Ultramat gaz analizörü kullanılarak analiz edilir. Ölçülen bu değişkenler, oksijen tüketimi prensibine göre ısı salınım oranını (HRR) hesaplamak için kullanılır.
İsteğe bağlı FT-IR bağlantısı bu yaklaşımı genişletir ve ayrıca daha fazla Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma ve yanma ürünlerinin kantitatif olarak tespit edilmesini sağlar. Bu, baca gazı bileşiminin özellikle toksik bileşenler açısından çok daha ayrıntılı bir şekilde incelenmesine olanak tanır.
OMEGA FT-IR Bağlantısı
Bağlantı (şekil 2), diğer NETZSCH analizörlerinin (örn. TG-FT-IR) FT-IR transfer hattı bağlantısına benzer şekilde ısıtmalı bir transfer hattı aracılığıyla gerçekleştirilir. Sıcaklık kontrolü yoğuşmayı önler, hızlı gaz taşınmasını sağlar ve baca gazlarının gerçek zamanlı analizini mümkün kılar.
FT-IR spektroskopisi, karakteristik absorpsiyon spektrumlarına dayanarak çeşitli gazları eşzamanlı olarak ölçer. Bu, çok sayıda yanma ve Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma ürününün tespit edilmesini sağlar.
Tipik yanma gazlarıCO2, CO veH2O'ya ek olarak, bunlar hidrokarbonları (CH4, eten, etin), halojen bileşiklerini (HCl, HBr, HF), azot bileşiklerini (HCN, NH3, NO, NO2, N2O), organik maddeleri (akrolein, formaldehit, benzen, fenol) ve kükürt bileşiklerini (SO2) içerir.
Bu genişletilmiş gaz analizi, özellikle raylı araç yapımı gibi yüksek yangın güvenliği gereksinimleri olan uygulamalarda potansiyel olarak toksik yan ürünler hakkında değerli bilgiler sağlar.
Tipik örnekler, mukavemetleri ve ısı dirençleri nedeniyle genellikle iç döşemelerde, koltuklarda, kablo yalıtımında ve kalıplanmış parçalarda kullanılan poliamidlerdir (PA). Ayrıca kamu binalarında ve evlerde, örneğin zemin kaplamalarında, mobilyalarda ve elektrikli bileşenlerde bulunurlar. Organik polimerler olarak, bir yangın durumunda önemli miktarda duman ve zehirli gaz açığa çıkarabilirler, bu nedenle yangın davranışlarının ayrıntılı olarak incelenmesi güvenli kullanım için çok önemlidir.
Ölçüm Koşulları
50 x 50 x 7 mm3 (8 katman) ölçülerinde ve 10,58 g ağırlığında bir PA6 tekstili incelenmiştir. Test parametreleri tablo 1'de özetlenmiştir.
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Örnek tutucu | Yatay |
|---|---|
| Isı akışı | 50 kW/m2 |
| Nominal akış hızı | 24.0 l/s |
| Koni ısıtıcıya olan mesafe | 25 mm |
| FT-IR arayüz sıcaklığı | 180°C |
| FT-IR ölçüm parametreleri | İletim modu; çözünürlük: 1 cm-1; spektrum başına ortalama taramalar: 10 parça |
Classic Koni Kalorimetre Ölçüm Değerleri
Aşağıdaki şekillerde yangın davranışının değerlendirilmesinde temel teşkil eden en önemli classic yangın parametreleri gösterilmektedir:
Isı yayılım oranı (HRR, şekil 3) yangın yoğunluğunun bir ölçüsüdür ve dolayısıyla potansiyel tehlikenin önemli bir göstergesidir.
Duman üretim oranı (SPR, Şekil 4) görüşün bozulması ve olası toksik maruziyet hakkında bilgi sağlar.
Kütle kaybı (ML, şekil 5) doğrudan malzemenin yanmasıyla ilişkilidir ve stabilite ve kalıntı oluşumu hakkında bilgi sağlar.
Gelişmiş FT-IR Gaz Analizi
Bu belirlenmiş parametrelere ek olarak, tamamlayıcı FT-IR analizi artık üretilen baca gazlarının kimyasal bileşimi hakkında yeni bilgiler sağlamaktadır.
OMEGA FT-IR bağlantısı ile yanma sırasındaki baca gazı bileşimi kesin olarak belirlenebilmektedir (Şekil 6).
Özellikle aşağıdaki bileşenler kaydedilmiştir (ayrıca bkz. Şekil 6):
- CO2 - Yanmanın ana ürünüdür, oksijen tüketimi ile ilişkilidir
- H2O- Malzeme ve katkı maddesi ayrışmasından kaynaklanan su buharı
- CO - Tamamlanmamış yanma göstergesi (renksiz ve kokusuz asfeksiyan)
- NO - Poliamid içindeki nitrojen bileşiklerinden oluşur
- N2O- Nitroksen oksidasyonunun yan ürünü (solunum yollarını oldukça tahriş eder)
- HCN - Yüksek derecede toksiktir, hücresel solunumu engeller
Bu gazların eşzamanlı tespiti, malzemelerin hem termal yangın davranışları (HRR, SPR, MLR) hem de toksikolojik uygunlukları açısından kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesini sağlar.
Özet
TCC 918 Koni Kalorimetresinin Bruker OMEGA FT-IR gaz analizörü ile birleştirilmesi, classic yangın gazı analizini çok sayıda toksik ve yangınla ilgili gazın eşzamanlı tespitini içerecek şekilde genişletmektedir. Böylece TCC 918 standart parametrelerine ek olarak duman gazının bileşimi hakkında ayrıntılı bilgi elde edilebilir.
Bu, malzemelerin yangın davranışı, toksik emisyonlar ve güvenlik gereksinimleri açısından bütünsel olarak değerlendirilmesine olanak tanır - araştırma, ürün geliştirme ve güvenlik değerlendirmesi için önemli bir katma değer.
Hassas kalorimetri ve modern FT-IR spektroskopisinin bu kombinasyonu ile NETZSCH, yangın testlerinde yenilikçi malzeme analizi ve güvenlik değerlendirmesi için güçlü bir araç sunmaktadır.