Giriş
Polivinil klorür (PVC), elektrik kabloları, yapı ürünleri ve mühendislik plastik bileşenleri gibi artan yangın güvenliği gereksinimlerinin geçerli olduğu çok sayıda uygulamada kullanılır. Yüksek klor içeriği nedeniyle PVC, diğer birçok termoplastikle karşılaştırıldığında termal Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma sırasında farklı kalıntı oluşumuyla birlikte nispeten iyi bir içsel alev geciktiriciliği sergiler.
Bununla birlikte, duman oluşumu bir yangın durumunda özel bir güvenlik sorunu teşkil eder. Yoğun duman görüşü önemli ölçüde bozabilir ve tahliye çabalarını zorlaştırabilir.
Ayrıca, dumanda bulunan gaz ve partikül Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma ürünleri insanlar ve acil durum personeli için sağlık riskleri oluşturabilir.
Duman üretimini özellikle azaltmak için PVC malzemelerinin bileşimi genellikle dikkatlice ayarlanır.
ISO 5660-1 uyarınca koni kalorimetresi, malzemelerin yangın davranışını nicel olarak değerlendirmek için kullanılan yerleşik yöntemlerden biridir. Yangın süreçlerinin deneysel analizi için en anlamlı laboratuvar yöntemlerinden biri olarak kabul edilen bu yöntem, tanımlanmış ısı akışı koşulları altında tutuşma davranışı, ısı salınımı, duman oluşumu ve kütle kaybı için tekrarlanabilir parametreler sağlar.
Bu Uygulama Notu, dört PVC bazlı malzeme için test sonuçlarını sunmaktadır. Bir örnek referans olarak kullanılırken, A, B ve C varyantları duman oluşumunu azaltmak için tasarlanmış modifiye formülasyonları temsil etmektedir. Çalışma, bu malzemelerin yangın ve duman davranışlarını koni kalorimetresi kullanarak aynı test koşulları altında karşılaştırmayı amaçlamaktadır.
Ölçüm Koşulları
Testler ISO 5660-1 uyarınca NETZSCH TCC 918 Koni Kalorimetresi (bkz. Şekil 1) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu, tanımlanmış ısı akışı koşulları altında yangın davranışının deneysel analizlerini gerçekleştirmek için iyi kurulmuş bir test cihazıdır.
Numuneler yatay olarak yerleştirilmiş ve 50 kW/m²'lik sabit bir ısı akışı yoğunluğuna maruz bırakılmıştır. Ölçüm sırasında ısı salınım oranı (HRR)1, kütle kaybı ve duman üretimini tanımlayan parametreler, özellikle duman üretim oranı (SPR) ve toplam duman salınımı (TSR) sürekli olarak kaydedilmiştir.
Temel test parametreleri Tablo 1'de özetlenmiştir.
1Isısalınım hızı, yangının yoğunluğunun ve ısının salınım hızının (kW/m²) bir ölçüsüdür.
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Örnek tutucu | Yatay |
| Isı akışı | 50 kW/m2 |
| Nominal ısı akış hızı | 24.0 l/s |
| Koni ısıtıcıya olan mesafe | 25 mm |
| Örnek kütle | 42.8 g - 51,5 g |
Şekil 2, ölçümden önce numune tutucudaki numuneleri göstermektedir.
Tutuşma Davranışı ve Isı Yayılımı
Test edilen tüm malzemeler yaklaşık 16 ila 20 saniyelik bir zaman aralığında tutuşmuştur. Bu tutuşma davranışı, 50 kW/m²'lik harici ısı akışı yoğunluğuna maruz kalan PVC sistemleri için tipiktir.
Genel olarak, ısı salınım oranları orta seviyede kalmıştır (Şekil 3). Ana farklılıklar maksimum ısı salınım hızında (HRRmax) belirgindir. Referans malzeme en yüksek HRRmax değerini sergilerken, varyant A en düşük değere sahiptir.
Bununla birlikte, genel olarak, farklılıklar sınırlıdır, yani incelenen PVC sistemlerinin temel yanma davranışı karşılaştırılabilir olarak kabul edilebilir. Bu durum, temel yanma süreçleri büyük ölçüde değişmeden kalırken malzeme modifikasyonlarının öncelikle duman davranışını etkilediğini göstermektedir.
Temel Farklılaştırıcı Parametre Olarak Duman Üretimi
Şekil 4, test edilen malzemeler arasındaki en belirgin farkların duman üretiminde ortaya çıktığını göstermektedir.
Referans malzeme (siyah eğri) en yüksek toplam duman salınımını (TSR2) sergilerken, özellikle varyant (yeşil eğri) önemli ölçüde daha düşük duman emisyonu göstermektedir. Referans malzeme ile karşılaştırıldığında, toplam duman salınımı yaklaşık %43'e kadar azalmaktadır.
Azaltılmış duman salınımı yangın durumunda görünürlüğü artırarak tahliye ve acil müdahale çabalarını kolaylaştırabilir. Gerçek dünyadaki yangın senaryolarında, daha düşük duman üretimi kritik görüş koşullarının daha uzun süre korunmasına yardımcı olabilir ve böylece mevcut tahliye süresini uzatabilir.
Toplam duman salınımına ek olarak, duman üretim oranı (SPR) bir yangının gelişimi sırasında dumanın ne kadar hızlı salındığını gösterir. Bu parametre, bir yangın durumunda kritik görüş koşullarının ne kadar hızlı ortaya çıkabileceğini etkilediği için güvenlikle ilgilidir.
Karşılaştırılabilir tutuşma sürelerine ve benzer ısı salınım oranlarına rağmen, malzemeler duman davranışlarında önemli ölçüde farklılık göstermektedir. Sonuçlar, hedeflenen malzeme modifikasyonlarının PVC sistemlerinin temel yanma davranışını önemli ölçüde değiştirmeden duman salınımını önemli ölçüde azaltabileceğini göstermektedir.
2TSR(toplam duman salınımı) yanma sırasında üretilen kümülatif duman miktarını ifade eder ve Bouguer-Lambert yasasına göre ışık zayıflamasına dayalı olarak değerlendirilen lazer ışık geçirgenliği ölçümlerinden elde edilir.
Kütle Kaybı
Bağıl kütle kaybı, yangına maruz kalma sırasında malzemelerin termal bozunmasını tanımlar ve Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma davranışları hakkında sonuçlar çıkarılmasını sağlar.
Referans malzeme %23,95 ile en yüksek bağıl kütle kaybını sergilemektedir. Buna karşılık, A'dan C'ye kadar olan varyantlar yaklaşık %16,45 ile çok benzer değerler göstermektedir (Şekil 5).
Kütle kaybı eğrilerinin zamana bağlı kursu genel olarak karşılaştırılabilirdir, bu da malzemelerin benzer bir şekilde termal ayrışmaya uğradığını göstermektedir. Bununla birlikte, modifiye edilmiş varyantların daha düşük kütle kaybı, yanma sırasında daha fazla kalıntı oluşumuna işaret etmektedir.
Artan kalıntı oluşumu uçucu PirolizPiroliz, organik bileşiklerin inert bir atmosferde termal olarak ayrışmasıdır.piroliz ürünlerinin miktarını azaltabilir ve dolayısıyla duman oluşumunu etkileyebilir. Belirgin kalıntı oluşumu PVC sistemlerinin karakteristik özelliğidir ve genellikle yangına maruz kalma sırasında inorganik bileşenlerin yanı sıra kömürleşme süreçleriyle ilişkilendirilir.
Ölçümden Sonra Numunelerin Durumu
Ölçümler tamamlandıktan sonra, numuneler kalan kalıntıların yapısı ve stabilitesinde belirgin farklılıklar göstermiştir (bkz. Şekil 6). Tüm malzemeler karakteristik kömürleşme sergilerken, kalıntıların kapsamı ve yüzey yapısı referans malzeme ile modifiye edilmiş varyantlar arasında farklılık göstermiştir.
Bu farklılıklar, malzeme bozunması ve duman emisyonunda daha önce gözlemlenen varyasyonları yansıtmaktadır. Özellikle, modifiye edilmiş varyantlar bazen daha kompakt kalıntı yapıları sergiler, bu da potansiyel olarak değişen termal ayrışmayı ve yangına maruz kalma sırasında kalan malzemenin daha fazla stabilizasyonunu gösterir. Bu gözlemler, kütle kaybı ve duman salınımında daha önce tartışılan farklılıklarla tutarlıdır.
Özet
Koni kalorimetresi, incelenen PVC malzemelerin duman davranışında önemli farklılıklar ortaya koyarken, tutuşma davranışı ve ısı salınım oranları aynı test koşulları altında büyük ölçüde karşılaştırılabilir kalmıştır. Tüm malzemeler yaklaşık 16 ila 20 saniyelik bir zaman aralığında tutuşmuş ve orta düzeyde ısı salınım hızları sergilemiştir.
Test edilen malzemeler arasındaki en önemli fark duman gelişiminde gözlenmiştir. Özellikle B varyantı, referans malzemeye kıyasla %43'e varan bir azalma sağlayarak toplam duman salınımını önemli ölçüde azaltmıştır. Azaltılmış duman emisyonu, yangın durumunda görünürlüğü artırarak tahliye prosedürlerini ve acil durum personelinin çalışmasını kolaylaştırabilir.
Modifiye edilmiş varyantlar ayrıca referans malzemeden daha düşük kütle kaybı değerleri sergilemiştir. Bu, yanma sırasında uçucu bozunma ürünlerinin daha az salınması ve dolayısıyla daha az duman oluşumu ile ilişkili olabilecek daha fazla kalıntı oluşumuna işaret etmektedir.
Bu sonuçlar, malzeme bileşiminde hedeflenen ayarlamaların PVC sistemlerinin yangın ve duman davranışını önemli ölçüde etkileyebileceğini göstermektedir. Koni kalorimetresi, tanımlanmış test koşulları altında temel yangın parametrelerinin tekrarlanabilir, nicel karakterizasyonunu sağlar.
Bu nedenle NETZSCH Cone Calorimeter TCC 918 farklı malzeme formülasyonlarının karşılaştırmalı değerlendirmesi için güçlü bir yöntem sunar ve polimer malzemelerin yangın ve duman davranışını optimize etmeyi amaçlayan geliştirme süreçlerini destekler.