Giriş
Yangın testleri, malzemelerin ve sistemlerin yangın koşulları altında nasıl davrandığını değerlendirerek kişisel güvenliği sağlamada, yasal gereklilikleri karşılamada ve olası maddi hasarı en aza indirmede hayati bir rol oynar. Kontrollü testler, ürünlerin ısıya dayanıp dayanmadığını, yangının yayılmasını sınırlayıp sınırlamadığını ve acil durumlarda yangın alarmları ve söndürme sistemleri gibi kritik bina sistemlerinin güvenilir bir şekilde çalışmasını garanti edip etmediğini doğrular.
Yangın testleri ayrıca, inşaat ruhsatları ve ürün sertifikaları için vazgeçilmez ön koşullar olan ulusal ve uluslararası yangın güvenliği standartlarına uygunluğu da teyit eder. Aynı zamanda, malzemelerin ve koruma sistemlerinin gerçek performansı değerlendirilerek, güvenli tahliye için yeterli süre sağlanması ve yangının etkisinin sınırlandırılması garanti altına alınır.
TCC Yöntemi
Polimer bazlı bir referans malzeme incelenmiştir. Bir geliştirme projesinin parçası olarak, temel yangın performansı parametreleri üzerindeki etkilerini sistematik olarak analiz etmek amacıyla, hedeflenen malzeme değişikliklerine sahip çeşitli varyantlar üretilmiştir.
Odak noktası, yangınla ilgili parametrelerin referans malzemeye kıyasla ne ölçüde değiştiğinin belirlenmesi ve bu parametreler arasındaki korelasyonların tespit edilmesiydi.
Deneysel araştırma için “ TCC 918 ” (Şekil 1) kullanılmıştır. Bu yöntem, aşağıdakiler dahil olmak üzere yangınla ilgili çeşitli parametrelerin eşzamanlı olarak belirlenmesini sağlar:
- Tutuşma süresi (TOI)
- Maksimum ısı salım hızı (HHRmax)
- Toplam duman salınımı (TSR)
- Yanma sırasında kütle kaybı
Böylece koni kalorimetrisi, tanımlanmış ve tekrarlanabilir yangın koşulları altında polimer bazlı malzemelerin yangın davranışının kapsamlı bir şekilde karakterize edilmesini sağlar.
Isı salınım hızının belirlenmesi, oksijen tüketimi prensibine dayanır; burada salınan ısı, yanma gazlarının ölçülen oksijen tüketiminden hesaplanır.
Ölçüm Koşulları
TCC 918 Ölçümler, ISO 5660-1 standardına uygun olarak NETZSCH adresindeki Koni Kalorimetresi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ölçüm parametreleri Tablo 1’de listelenmiştir.
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Numune tutucu | Yatay |
| Isı akışı | 50kW/m² |
| Nominal ısı akışı | 24,0 l/s |
| Konik ısıtıcıya olan mesafe | 25 mm |
Numuneler, numune tutucusuna yatay olarak yerleştirildi ve 50 kW/m²’lik sabit bir ısı akı yoğunluğuna maruz bırakıldı. Bu termal yük, tipik bir yangın senaryosuna karşılık gelir ve yangın davranışının gerçekçi bir şekilde değerlendirilmesini sağlar.
Ölçüm sırasında ısı salınım hızı, duman üretimi ve kütle kaybı sürekli olarak kaydedilmiştir.
Test serisi aşağıdaki malzemeleri içermektedir:
- Standart malzeme
- Geliştirme varyantları A, B, C ve D
Tüm numuneler, aşağıdaki geometrik özelliklere sahip polimer bazlı malzemelerdi:
- Alan: 100 x 100 mm
- Kalınlık: 3,3 - 3,9 mm
- Kütle: 53 - 62 g
Malzeme tabanı her durumda benzer olmakla birlikte, varyantlar özel olarak modifiye edilmiştir. Şekil 2, ölçüm öncesinde numune tutucudaki numuneleri göstermektedir.
Ölçüm Sonuçları
Ateşleme Davranışı – Geliştirme Hedefi Olarak Gecikme
Ölçülen tutuşma süreleri (TOI1) 69 saniye ile 86 saniye arasında değişmiştir.
86 saniye ile varyant A, tutuşma süresinin en uzun olduğu varyant olarak öne çıkarken, standart malzeme test edilen malzemeler arasında orta aralıkta yer aldı.
Sonuçlar, hedeflenen modifikasyonların tutuşma direncini artırabileceğini göstermektedir. Daha uzun tutuşma süresi, malzemenin aynı termal yük altında daha geç bir aşamada kendiliğinden devam eden yanmaya geçtiği anlamına gelir.
1TOI(Tutuşma Süresi): Isı salınımının başlamasından numunenin tutuşmasına kadar geçen süre.
Isı Salınımı – Standart, Referans Noktası Olmaya Devam Ediyor
Maksimum ısı salınım oranları (HRRmax2) 102 ile 128kW/m2 arasında değişmiştir (bkz. Şekil 3).
Standart malzeme en düşük maksimum ısı salınım oranını sergilerken, A'dan D'ye kadar olan geliştirme varyantları benzer veya biraz daha yüksekHRRmax değerleri gösterdi.
Referans malzemeye kıyasla maksimum ısı salınım oranında ek bir azalma gözlemlenmemiştir. Bu nedenle, maksimum ısı salınımı açısından standart malzeme referans noktası olmaya devam etmektedir.
Tutuşma davranışı ve maksimum ısı salınımı açısından sadece ılımlı farklılıklar gözlemlenirken, duman oluşumu konusunda malzemeler arasında daha belirgin farklılıklar ortaya çıkmıştır.
2HRRmax: Maksimum ısı salım hızı; test sırasında ölçülen en yüksek HRR değeri ve maksimum yangın yoğunluğu parametresi.
Duman Üretimi – Belirgin Farklılıklar
Şekil 4'te gösterildiği gibi, malzemeler arasındaki en büyük farklılıklar duman oluşumunda belirgindir.
Standart malzeme en düşük toplam duman salınımını (TSR3) sergilemektedir. C varyantı en yüksek duman üretimini gösterirken, A, B ve D varyantları orta aralıkta yer almaktadır.
3TSR(Toplam Duman Salımı): Test sırasında salınan toplam duman miktarı; yangının tüm süresi boyunca duman üretiminin nicel değerlendirmesi için temel parametre.
Bu sonuçlar, tutuşma süresi gibi tek tek parametrelerin iyileştirilmesinin, duman salınımını her zaman azaltmayacağını göstermektedir. Dolayısıyla, polimerik malzemelerin yangın davranışı, malzeme bileşimindeki değişikliklerin tutuşma davranışını, ısı salınımını ve duman oluşumunu farklı şekillerde etkileyebileceği çok boyutlu bir optimizasyon problemini temsil etmektedir.
Kütle Kaybı – Karşılaştırılabilir Bozunma Mekanizmaları
Ölçüm sırasında göreceli kütle kaybı %14 ile %21 arasında değişmiştir (bkz. Şekil 5). Sonuçların göreceli kütle kaybı olarak ifade edilmesi, numune kütlesindeki küçük farklılıklara rağmen bozunma profillerinin doğrudan karşılaştırılmasını sağlar. İncelenen varyantlar arasında malzeme bozunmasının zaman içindeki seyrinde sadece küçük farklılıklar vardır. Benzer eğri profilleri, tüm malzemelerin benzer bir şekilde termal ayrışmaya ve yanmaya uğradığını göstermektedir. Standart malzeme, yanmanın başlangıcında biraz daha düşük kütle kaybı sergilemektedir ve süreç ilerledikçe eğriler birbirine yaklaşmaktadır.
Ölçüm Sonrası Numunenin Durumu
Ölçümlerin tamamlanmasının ardından, tüm malzemelerde önemli miktarda kalıntı oluşumu gözlemlenmiştir (şekil 6). Kalıntıların yapısı, bütünlüğü ve yüzey özelliklerindeki farklılıklar, yanma profilinde gözlemlenen farklılıklarla ilişkilidir.
Özet
NETZSCH ’i ( TCC 918 ) kullanan koni kalorimetrisi, ısı salınımı, duman üretimi ve kütle kaybının eşzamanlı olarak ölçülmesini sağlar ve polimerik malzemelerin yangın davranışlarının değerlendirilmesi ve optimize edilmesi için kapsamlı bir deneysel temel sunar.
Polimer bazlı bir referans malzemenin varyantlarının incelenmesi, yangınla ilgili bireysel parametrelerde önemli farklılıklar ortaya koymaktadır.
Test edilen malzemeler arasında, varyant A 86 saniye ile en uzun tutuşma süresine ulaşarak en yüksek tutuşma direncini sergilemiştir.
Bununla birlikte, standart malzeme en düşükHRRmax değerini gösterdiği için maksimum ısı salınım hızı açısından referans noktası olmaya devam etmektedir.
Standart malzeme, en düşük toplam duman salınımıyla en uygun duman oluşum özelliklerini sergilerken, varyant C en yüksek duman üretimini ortaya koymaktadır.
Tüm malzemeler için göreceli kütle kaybı %14 ile %11 arasında benzer bir aralıkta yer almaktadır; bu da benzer termal Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen reaksiyonudur. ayrışma mekanizmalarına işaret etmektedir.
Sonuçlar, yangınla ilgili tüm parametrelerin aynı anda optimize edilmesinin kolayca gerçekleştirilemeyeceğini göstermektedir. Tek tek parametrelerin iyileştirilmesi, diğer yangın performansı özelliklerinde değişikliklere yol açabilir.
Koni Kalorimetrisi, birbiriyle yakından ilişkili malzeme formülasyonları arasında bile hassas bir ayrım yapılmasına olanak tanır.