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Brandlasten stellen eine Gefahr für den Menschen sowie für das industrielle Gebäude dar, in dem sie gelagert sind. Das Brandverhalten der Brandlasten bestimmt dabei maßgeblich die Schwere der Gefahr. Brandschutzmaßnahmen dienen dazu, im Brandfall das Schadensausmaß zu minimieren. Um geeignete Brandschutzmaßnahmen ableiten zu können, ist es erforderlich, das Brandverhalten der Materialien zu bewerten. Eine international angewandte Möglichkeit zur Bewertung des Brandverhaltens von Feststoffen und Flüssigkeiten ist die Verbrennungseffizienz χ. Sie ist das Verhältnis der während einer Verbrennung effektiv freigesetzten Wärme (effektive Verbrennungswärme) zu der maximal möglichen Wärmemenge (Heizwert). Die Grundlage zur Bestimmung von Verbrennungseffizienzen stellen die Wärmefreisetzungsrate (HRR) und die Massenverlustrate (MLR) dar. Ein standardisiertes Bestimmungsverfahren existiert nicht. So liegt es in dem Ermessen des Anwenders, in welcher Prüfapparatur die Experimente durchgeführt werden und welcher Zeitbereich der HRR und der MLR zur Berechnung der Verbrennungseffizienz verwendet wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Versuche im Cone Calorimeter und im Single Burning Item test anhand von hölzernen Materialien durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen auf, dass sich in Abhängigkeit von der verwendeten Prüfapparatur und in Abhängigkeit des für die Berechnung betrachten Versuchszeitraumes verschiedene Werte der Verbrennungseffizienz ergeben. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurde eine Methode entwickelt, mit der reproduzierbare Werte berechnet werden können. Dabei erfolgt die Berechnung lediglich für die Vollbrandphase. Diese Brandphase stellt die Hauptbrandphase dar und ist durch eine gleichmäßige Verbrennung mit wenigen Änderungen in der Branddynamik gekennzeichnet.
Entwicklung von flammgeschützten Polymerwerkstoffen - Interpretation von Cone Calorimeter Daten
(2007)
The pyrolysis and the fire behaviour of PC/ABS containing various aryl phosphates and their combinations with aluminium hydroxide oxide, talc and zinc borate were investigated. Main interest was focused on the flame retardant effect and mechanism of aryl phosphates (e.g. BDP) in PC/ABS, especially in combination with the other additives. Therefore the thermal and thermo oxidative decomposition was characterised by the means of thermogravimetry analysis and thermogravimetry coupled with infrared Fourier transform spectroscopy (TG-FTIR). The results were verified with further methods, e.g. pyrolysis-gaschromatography/mass spectroscopy (Py-GC/MS). Kinetic analysis and evolved gas analysis were used to study the pyrolysis mechanisms and to expose existent synergisms in the combined systems. The fire behaviour was investigated by cone calorimeter. The flammability was determined by LOI and UL 94. The chemical compositions of the residues were also examined.
The cone calorimeter has become one of the most important and widely used instruments for the research and development of fire retarded polymeric materials. The paper addresses three important ways in which the principal setup influences the results factors which sometimes do not receive due consideration when drawing conclusions. The paper discusses in detail the impact on cone calorimeter results of the choice of external heat flux, the influence on the peak of heat release rate of sample thickness and thermal feedback from the back of the sample, and the influence on irradiance of the horizontal and vertical distances from the cone heater.
Nanocomposites of polyamide 6 with 5 wt.% multiwall carbon nanotubes are investigated to clarify their potential as regards the fire retardancy of polymers. The nanocomposites are investigated using SEM, electrical resistivity, and oscillatory shear rheology. The pyrolysis is characterized using thermal analysis. The fire behaviour is investigated with a cone calorimeter using different external heat fluxes, by means of the limiting oxygen index and the UL 94 classification. The fire residue is characterized using SEM. The comprehensive fire behaviour characterization not only allows the materials potential for implementation in different fire scenarios and fire tests to be assessed, but also provides detailed insight into the active mechanisms. The increased melt viscosity of the nanocomposites and the fibre-network character of the nanofiller are the dominant mechanisms influencing fire performance. The changes are found to be adjuvant with respect to forced flaming conditions in the cone calorimeter, but also deleterious in terms of flammability.
Pyrolysis and fire behavior of high impact polystyrene (HIPS) containing red phosphorus and melamine polyphosphate were investigated. The thermal and thermo-oxidative decomposition were characterized using thermogravimetry coupled with FTIR and MS, respectively. The fire behavior was monitored with a cone calorimeter using different external heat fluxes and determining the LOI. Red phosphorus reduced the heat release in HIPS due to radical trapping in the gas phase. The reduction in effective heat of combustion was accompanied by an increase of incomplete combustion products such as smoke and carbon monoxide. Melamine polyphosphate in HIPS acted in the condensed phase with barrier formation. The heat release rate was reduced, whereas the total heat evolved, smoke and carbon monoxide formation were not influenced significantly. Using both fire retardants, the resulting fire retardancy was characterized mainly by superposition.