Uma vez que a maioria dos polímeros não atende aos padrões de segurança contra incêndio no local, atualmente estão sendo desenvolvidos plásticos ignífugos que podem ser utilizados em todo o setor de transporte na indústria elétrica / eletrônica, indústria da construção, produtos de consumo e veículos automotores, ferroviários e aeronáuticos. Os métodos podem ser utilizados para testar polímeros retardadores de chama: teste de inflamabilidade UL94 V (teste vertical), calorimetria cônica, calorimetria de micro combustão (MCC), análise termogravimétrica e termogravimétrica.
Teste de inflamabilidade baseado em UL 94 V
Os padrões UL94 utilizados pelo Laboratório de Teste de Segurança dos Estados Unidos (UL) são freqüentemente usados como benchmarks ou como um padrão de teste para orientar o desenvolvimento de plásticos ignífugos para fabricantes de produtos químicos e compostos UL inicialmente usado UL94 V Testes retardadores de chamas aprovam plásticos que entram no campo eletrônico / eletrônico dos EUA, mas à medida que o processo de globalização progride, esse teste tornou-se um grau internacionalmente aceito que demonstra a inflamabilidade dos polímeros em todas as aplicações.
Figura 1 Conjunto de teste (esquerda) e padrão de teste (direito) (Fonte: LKT) usado para determinar o UL94 V-0, V-1,
Este teste requer uma tira de teste (125 mm x 12,5 mm x espessura) e uma chama de metano de 50 watts de 20 mm de comprimento. Em um teste de combustão vertical (teste V), a chama acende a amostra de teste duas vezes por 10 segundos cada vez que a chama é acesa Depois, com a ajuda de algodão, o tempo de queimação e o gotejamento da massa fundida são avaliados. A Figura 1 mostra o padrão para o pré-tratamento da amostra, o procedimento de teste e a classificação de inflamabilidade dos materiais plásticos.
Dependendo da sua espessura, o material foi classificado V-0, V-1 ou V-2:
◆ UL94 V-0: auto-extinguível dentro de 10 segundos, sem gotejamento de derretimento, não mais de 30 segundos de chama restante.
◆ UL94 V-1: 30 segundos auto-extinguindo, sem gotejamento de derretimento, não mais do que 60 segundos de flama restante.
◆ UL94 V-2: auto-extinguível dentro de 30 segundos, um gotejamento de derretimento.
UL 5 V, 5 VA e 5 V B representam classificações de fogo de plástico mais rígidas e uma chama de metano de 500 watts de 125 mm de comprimento inflamam tiras de teste orientadas verticalmente (125 mm x 12,5 mm x espessura) Os plásticos acima da Classe -2 estão sujeitos a classificações adicionais com base no padrão UL 5V para materiais maiores de espessura de parede. Os critérios para atingir esse nível são:
◆ 5V: a flama acende-se cinco vezes, cada uma com duração de 5 segundos e depois pausa por 5 segundos. Depois de acender cinco vezes, não há chama residual ou residual dentro de 60 segundos, sem derretimento, incluindo ignição de algodão.
◆ 5VA, 5VB: acenda a chama abaixo da placa horizontal, além da exigência de 5V. 5VA: Nenhum ponto de queima (buraco) permitido na placa; 5VB: Permitir o ponto de queimação visível (furo) após o fogo.
Ao contrário de outros testes de fogo, a vantagem incomparável do teste UL94-V é que as notas de plástico são baseadas na espessura da parede. Os resultados dos testes de inflamabilidade em espécimes de PC + ABS ignífugos e não ignífugos de diferentes espessuras de parede Conforme mostrado na Tabela 1.
Tabela 1 Teste de classificação de fogo UL94 V com espessura de parede: resultados de teste para PC + ABS retardador de chama e não retardador de chama (Fonte: LKT)
A desvantagem é que o dispositivo de teste UL94-V, que opera e avalia apenas evidências empíricas e científicas, tem vantagens únicas nas aprovações e, portanto, é adequado para uso em uma ampla gama de aplicações.
O maior problema com as classificações de fogo da UL é que eleva principalmente as peças moldadas (espécimes de teste) e os níveis de inflamabilidade são baseados em matérias-primas plásticas. Portanto, os resultados do teste são muito dependentes das condições de processamento (até dois níveis de fogo) , Design do molde (desvio até classificação de fogo), posição relativa de portão e cavidade, avaliação subjetiva entre laboratórios dentro e ao redor do mundo e avaliação de teste sem análise estatística (uma vez que uma amostra falha, testes Considerado como não qualificado).
Portanto, uma vez que a amostra de teste nem sempre é produzida nas mesmas condições, o teste pode ser usado para moldar a peça e o resultado pode ser polarizado. Uma maneira razoável de evitar isso é incluir as condições do processo no teste de classificação de fogo.
Teste de fogo do calorímetro do cone
O procedimento para a realização de um teste de incêndio com um calorímetro de cone é descrito detalhadamente nas regras padrão.
A bobina de aquecimento piramidal irradia uniformemente a superfície de uma amostra com um tamanho de 100 mm × 100 mm × d (d espessura preferida = 3 mm) sob uma condição de uma radiação de calor variável de 0 a 100 kW / m 2 e queima na direção da espessura (FIG. A quantidade liberada é determinada pelo método de consumo de oxigênio com base no princípio de que a quantidade de calor liberada por kg de oxigênio consumido é de 13,1 MJ.
Figura 2 Configuração do teste do calorímetro do cone (Fonte: LKT)
Durante o teste, a quantidade de calor liberada por unidade de área e o tempo de queimação correspondente foram relatados. Os resultados do teste obtidos pelo calorímetro de cone tiveram as seguintes características de parâmetro: tempo de ignição (TI), taxa de liberação de calor (HRR) Taxa máxima de liberação de calor (PHR); Liberação de calor total (THR); Volume total de CO e CO2; Concentração de fumaça.
Os valores próprios das amostras de PC + ABS ignífugas e não ignífugas medidas com um calorímetro de cone são mostrados na Figura 3. Pode-se ver que o tempo de ignição do PC + ABS retardador de chama é cerca de 75% maior, A liberação máxima de calor é apenas cerca de 50% da amostra não ignífuga, razão pela qual a amostra retardadora de chama atinge a classificação UL94 V-0 e a resina ABS PC + não é.
Figura 3 Calorimetria do cone: As curvas de PC + ABS retardadores de chama e não retardantes de chama são medidas em um calorímetro de cone em um fluxo de calor de 50 kW / m2 (Fonte: LKT)
A ampla gama de propriedades que os plásticos exigem para reações de fogo exigem mais tempo, custo e esforço de teste do que o teste UL94 V, que é limitado pelo método de produção de amostra que é usado para testar materiais de paredes finas (d <1mm)时不够精准。
Calorimetria de micro-combustão (MCC)
A vantagem da microcalorimetria é que é independente do processo, e é capaz de deduzir os efeitos do processamento inspecionando os grânulos e as amostras das partes antes do processamento. Uma pequena porção de plástico (2-3 mg) é tratada com um gás inerte (por exemplo, Nitrogênio) aquecido por uma bobina de aquecimento que circunda a câmara (Figura 4). Após o aquecimento e o fornecimento de nitrogênio foram interrompidos, o ignitor externo acendeu o gás combustível liberado e o oxigênio fornecido. A quantidade de calor liberada foi determinada pelo método de consumo de oxigênio. Durante o teste, O calor liberado por unidade de material e a temperatura correspondente da amostra são marcados (Figura 5).
Figura 4 ícone do dispositivo de teste de calorimetro de micro-combustão (Fonte: LKT)
Os valores próprios das misturas de PC + ABS retardadas a chama e não retardantes de chama são mostrados na Figura 6. Pode ver-se que a mistura retardadora de chama causou uma alteração de temperatura correspondente a uma alteração de massa máxima de cerca de 95 K (de cerca de 445 ° C Cerca de 540 ° C. A taxa de libertação de calor da mistura retardadora de chama foi reduzida em média em cerca de 130 W / g. A dispersão (diferença de pico) da taxa de liberação de calor de PC + ABS foi de 80 W / g, embora a taxa de libertação de calor tenha sido significativamente reduzida, A mistura de combustão é de 10 W / g maior. O motivo da grande dispersão nos resultados do teste é a distribuição desigual dos aditivos nas pastilhas.
Figura 5 MCC com autovalor (Fonte: LKT)
Análise termogravimétrica e termogravimétrica (TGA)
As configurações de ensaios termogravimétricos e termogravimétricos e os procedimentos de teste foram padronizados em ISO 11385 e DIN 51006. As amostras foram preparadas a partir de 5-10 mg de plástico e foram observadas a 0-50 K / min (tipicamente 20 K / min) A massa da amostra é afetada por temperatura e tempo, quando aquecida até um máximo de 1000 ° C à taxa de aquecimento. Para comparação e compreensão, a Figura 7 mostra o sinal diferencial dm / dt como função da temperatura (método termogravimétrico derivado, em%, temperatura de massa Resultados derivados da curva) na forma de resultados de teste de mistura de PC + ABS retardadores de chama e não retardadores de chama.
Figura 6 Resultados de medição do MCC: PC + ABS não retardador de chama (à esquerda) e PC + ABS retardador de chamas (à direita) (Fonte: LKT)
Pode ver-se que existem dois picos característicos distintos para PC + ABS, um a 458 ° C para ABS e um a 538 ° C para PC. A temperatura máxima da mistura ignífuga varia entre 476 ° C e 547 ° C, Expresso como a maior mudança de massa e / ou exotermia, o que corresponde a uma mudança de cerca de 95K e, portanto, está dentro da gama dos resultados da microcalorimetria.
Conclusão
Esses testes não avaliam com precisão a resposta ao fogo das misturas de PC + ABS retardadoras de chama e não retardantes de chama, mas isso não importa, mas esses resultados ilustram as limitações dos métodos utilizados, sem uma base científica sólida (UL94 ), Ou a falta de um padrão claro e consistente na prática para avaliar e comparar a eficácia das medidas de prevenção de incêndio de fogo retardador de fogo. TGA e MCC deram resultados semelhantes na temperatura de decomposição, mas a TGA não forneceu nenhuma informação sobre o comportamento de combustão plástica. O processo de desenvolvimento de materiais é uma ajuda prática, mas não pode explicar a forma e a estrutura do comportamento de combustão.
Figura 7 Método termogravimétrico de derivação: PC retardador de chama + ABS (amarelo) e não retardador de chama PC + ABS (verde) (Fonte: LKT)
Portanto, para ilustrar a relação entre a inflamabilidade e o material, a forma e as condições de processamento, precisamos de novas maneiras de quantificar cientificamente a reação ao fogo e podermos executar rapidamente, e também mudar a forma e a estrutura, ajustar a chama de acordo com a peça e analisar a fumaça. O teste é ideal para amostras de várias espessuras de parede - amostras produzidas por um sistema de moldagem Campus ou uma máquina de moldagem por injeção equipada com um parafuso de 25-30 mm de diâmetro, com variabilidade na forma da amostra e nas condições de fabricação Componentes e configurações não controladas podem ser preditos por redes neurais.
O novo Laboratório Chave do Instituto de Pesquisa de Polímeros da Baviera (BPI) na Universidade de Friedrichs, em Nuremberg, na Alemanha, está investigando os mais recentes métodos de análise de sistemas para testar grânulos e espécimes bidimensionais.