Como la mayoría de los polímeros no cumplen con los estándares de seguridad contra incendios, actualmente se están desarrollando plásticos ignífugos que se pueden usar en la industria del transporte en la industria eléctrica / electrónica, industria de la construcción, productos de consumo y automoción, vehículos ferroviarios y fabricación de aviones. Los métodos pueden usarse para probar polímeros ignífugos: prueba de inflamabilidad UL94 V (prueba vertical), calorimetría de conicidad, calorimetría de microcombustión (MCC), análisis termogravimétrico y termogravimétrico.
Prueba de inflamabilidad basada en UL 94 V
Los estándares UL94 del Laboratorio de Pruebas de Seguridad (UL) de los EE. UU. A menudo se usan como puntos de referencia o como estándar de prueba para guiar el desarrollo de plásticos ignífugos para fabricantes de compuestos químicos y UL. UL inicialmente utilizado UL94 V Las pruebas ignífugas aprueban los plásticos que ingresan al campo eléctrico / electrónico de los EE. UU., Pero a medida que avanza el proceso de globalización, esta prueba se ha convertido en un grado aceptado internacionalmente que demuestra la inflamabilidad de los polímeros en todas las aplicaciones.
Figura 1 Conjunto de prueba (izquierda) y estándar de prueba (derecha) (Fuente: LKT) utilizado para determinar el UL94 V-0, V-1,
Esta prueba requiere una tira reactiva (125 mm x 12,5 mm x espesor) y una llama de metano de 50 mm de largo y 50 vatios. En una prueba de combustión vertical (prueba V), la llama enciende la muestra dos veces durante 10 segundos cada vez que se enciende la llama Posteriormente, con la ayuda de algodón, se evalúa el tiempo de quemado y el goteo de la masa fundida. La Figura 1 muestra el estándar para el pretratamiento de la muestra, el procedimiento de prueba y la capacidad de inflamabilidad de los materiales plásticos.
Dependiendo de su grosor, el material fue calificado V-0, V-1 o V-2:
◆ UL94 V-0: autoextinguible en 10 segundos, sin goteo de fusión, no más de 30 segundos de llama restante.
◆ UL94 V-1: 30 segundos autoextinguible, sin derretimiento, no más de 60 segundos de llama restante.
◆ UL94 V-2: se autoextinguirá en 30 segundos y se derretirá.
UL 5 V, 5 VA y 5 V B representan grados de fuego de plástico más ajustados y una llama de metano de 500 vatios de 125 mm de largo enciende tiras reactivas orientadas verticalmente (125 mm x 12.5 mm x espesor) Los plásticos por encima de la Clase -2 están sujetos a clasificaciones adicionales basadas en el estándar UL 5V para materiales de mayor grosor de pared. Los criterios para lograr este nivel son:
◆ 5V: la llama se enciende cinco veces, cada una dura 5 segundos y luego se detiene durante 5 segundos. Después de encenderse cinco veces, no hay llama residual o residual dentro de los 60 segundos, no gotea el derretimiento, incluida la ignición del algodón.
◆ 5VA, 5VB: 5V Además de los requisitos de la ignición de la llama por debajo de la placa horizontal 5VA: la junta no permite punto de quemado a través de (agujero); 5VB :. Después de permitir que la llama visible punto quemar-a (también).
A diferencia de otras pruebas de fuego, la ventaja sin precedentes de la prueba UL94-V es que los grados de plástico se basan en el espesor de la pared. Los resultados de las pruebas de inflamabilidad en muestras de PC + ABS ignífugas y no ignífugas de diferentes grosores de pared Como se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1 Prueba de clasificación de fuego UL94 V basada en el espesor de la pared: resultados de la prueba para PC + ABS ignífugo y no ignífugo (Fuente: LKT)
El inconveniente es que el dispositivo de prueba UL94-V, que opera y evalúa solo la evidencia empírica y científica, tiene ventajas únicas en las aprobaciones y, por lo tanto, es adecuado para su uso en una amplia gama de aplicaciones.
El mayor problema con las clasificaciones de fuego UL es que principalmente prueba piezas moldeadas (muestras de prueba) y los niveles de inflamabilidad se basan en materias primas plásticas. Por lo tanto, los resultados de la prueba dependen mucho de las condiciones de procesamiento (hasta dos niveles de fuego) , Diseño del molde (desviación hasta una clasificación de fuego), posición relativa de la puerta y cavidad, evaluación subjetiva entre laboratorios dentro y alrededor del mundo, y evaluación de prueba sin análisis estadístico (una vez que falla una muestra, las pruebas Considerado como no calificado).
Por lo tanto, dado que la muestra de prueba no siempre se produce bajo las mismas condiciones, la prueba puede usarse para moldear la pieza y el resultado puede estar sesgado. Una forma razonable de evitar esto es incluir las condiciones del proceso en la prueba de clasificación de incendios.
Prueba de fuego cono calorímetro
El procedimiento para realizar una prueba de fuego con un calorímetro de cono se describe en detalle en las reglas estándar.
La bobina de calentamiento piramidal irradia uniformemente la superficie de una muestra que tiene un tamaño de 100 mm x 100 mm x d (d espesor preferido = 3 mm) bajo una condición de radiación de calor variable de 0 a 100 kW / m2 y quemaduras en la dirección del espesor (Fig. La cantidad liberada se determina por el método de consumo de oxígeno basado en el principio de que la cantidad de calor liberado por kg de oxígeno consumido es 13.1 MJ.
Figura 2 Configuración de prueba de calorímetro de cono (Fuente: LKT)
Durante la prueba, se informó la cantidad de calor liberado por unidad de área y el correspondiente tiempo de quemado. Los resultados de la prueba obtenidos por el cono calorímetro tenían las siguientes características de parámetros: tiempo de ignición (TI), índice de liberación de calor (HRR) Velocidad máxima de liberación de calor (PHR); Disipación total de calor (THR); Volumen total de CO y CO2; Concentración de humo.
Los valores propios de las muestras de PC + ABS retardantes de llama y no ignífugos medidas con un calorímetro de cono se muestran en la Fig. 3. Se puede ver que el tiempo de ignición del grupo ignífugo PC + ABS es aproximadamente un 75% más prolongado, La liberación máxima de calor es solo alrededor del 50% de la muestra no retardante de llama, por lo que la muestra ignífuga alcanza la clasificación UL94 V-0 y la resina PC + ABS no lo es.
Figura 3 Calorimetría de cono: Las curvas de PC + ABS retardantes de llama y no ignífugas se miden en un calorímetro de cono a un flujo de calor de 50 kW / m2 (Fuente: LKT)
La amplia gama de propiedades que requieren los plásticos para las reacciones al fuego requiere más tiempo, costo y esfuerzo de prueba que la prueba UL94 V, que está limitada por el método de producción de muestras que se usa para probar materiales de paredes delgadas (d <1mm)时不够精准。
Calorimetría de microcombustión (MCC)
. Micro ventaja calorimetría de combustión en que pueda ser afectado por la transformación comprueba pellets y componentes de la muestra antes de la elaboración, y el procesamiento para inferir la influencia causada por una pequeña parte de plástico (2-3 mg) en un gas inerte (por ejemplo .: antes de nitrógeno) con una bobina de calentamiento que rodea la cámara se calienta (Fig. 4). después de la interrupción de calefacción y de nitrógeno de alimentación, el dispositivo de ignición externa para encender el gas combustible y el oxígeno de liberación. consumo de oxígeno se determina por el proceso de liberación de calor. durante la prueba, de calor liberado por unidad de masa y la temperatura de la muestra respectiva se indican (Fig. 5).
La figura 4 micro dispositivo de prueba de calorimetría de combustión muestra (Fuente: LKT)
Los valores propios de las mezclas de PC + ABS retardantes de llama y no retardantes de llama se muestran en la Figura 6. Se puede ver que la mezcla ignífuga provocó un cambio de temperatura correspondiente a un cambio de masa máximo de aproximadamente 95 K (desde aproximadamente 445 ° C Aproximadamente 540ºC. La velocidad de liberación de calor de la mezcla ignífuga se redujo en promedio aproximadamente 130 W / g. La dispersión (diferencia máxima) de la velocidad de liberación de calor de PC + ABS fue 80 W / g, aunque la velocidad de liberación de calor se redujo significativamente. La mezcla de combustión es 10 W / g superior. La razón de la gran dispersión en los resultados de la prueba es la distribución desigual de los aditivos en los gránulos.
Figura 5 MCC con valor propio (Fuente: LKT)
Análisis termogravimétrico y termogravimétrico (TGA)
pruebas termogravimétrico y dispositivos de medición y proceso de pruebas en el análisis termogravimétrico de la ISO 11385 y DIN 51006 hecho en estandarizado. Plastic como 5-10 mg de muestra de observación 0-50K / min (normalmente 20 K / min) de velocidad de calentamiento a la masa de la muestra está influenciada por la temperatura y el tiempo en el más alto 1.000 ° C. para facilitar la comparación y comprensión, la Fig. 7 de la señal diferencial que varía con la temperatura dm / dt (medición termogravimetría derivada, expresada en% en temperatura de la masa Resultados derivados de la curva) en forma de resultados de prueba de mezcla PC + ABS ignífugos y no ignífugos.
Los resultados de medición de la figura 6 MCC:. No FR PC + ABS (izquierda) y retardante de la llama PC + ABS (derecha) (Fuente: LKT de)
Se puede ver que hay dos picos característicos distintos para PC + ABS, uno a 458 ° C para ABS y uno a 538 ° C para PC. La temperatura máxima de la mezcla ignífuga varía entre 476 ° C y 547 ° C, Expresado como el mayor cambio en masa y / o exotermia, que corresponde a un cambio de aproximadamente 95 K y, por lo tanto, está dentro del rango de los resultados de la micro-calorimetría.
Conclusión
Estas pruebas no evalúan con precisión la respuesta al fuego de las mezclas PC + ABS retardantes de flama y no ignífugas, pero esto no importa, sino que estos resultados ilustran las limitaciones de los métodos utilizados sin una base científica sólida (UL94 ), o la falta de normas claras y consistentes en la práctica para evaluar y comparar la eficacia de las medidas de prevención de incendios plásticos ignífugos. TGA y MCC en la temperatura de descomposición alcanzaron resultados similares, pero la TGA no proporcionó información sobre el comportamiento del plástico quemado. MCC en proceso de desarrollo material es un complemento útil, pero no puede explicar el impacto de la forma del comportamiento de combustión de la estructura.
7 mediciones termogravimétricos derivados: retardante de llama PC + ABS (amarillo) y no retardante de llama PC + ABS (verde) (Fuente: LKT de)
En consecuencia, con el fin de ilustrar la relación con el material combustible, la forma de la estructura y las condiciones de procesamiento, necesitamos ser capaces de cuantificar el nuevo método científico de reacción al fuego y se puede realizar rápidamente, pero también cambiar la forma de la estructura, según el miembro de ajuste de la llama y el análisis de humo. Si diferentes espesores de pared se pueden aplicar a la muestra de ensayo - como por el sistema de matriz o Campus con diámetro 25-30mm máquina de moldeo por inyección de tornillo produjo una muestra, es más variabilidad en la forma de la muestra, y condiciones de fabricación. se puede predecir componente y sin el control de la configuración de la red neural.
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