تحديد معدلات إطلاق الحرارة والدخان الظاهري للمواد والمنتجات باستخدام مقياس السعرات الحرارية لاستهلاك الأكسجين ASTM E1354

تحديد معدلات إطلاق الحرارة والدخان الظاهري للمواد والمنتجات باستخدام مقياس السعرات الحرارية لاستهلاك الأكسجين ASTM E1354

طريقة الاختبار القياسية ASTM E1354 لتحديد معدلات إطلاق الحرارة والدخان الظاهري للمواد والمنتجات باستخدام قياس السعرات الحرارية لاستهلاك الأكسجين، والتي طورتها الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM)، هي معيار استجابة لاختبار الحريق يسمح بقياس استجابة المواد المعرضة لمستويات متحكم بها من التسخين الإشعاعي، مع أو بدون مشعل خارجي.

تحديد معدلات إطلاق الحرارة والدخان الظاهري للمواد والمنتجات باستخدام مقياس السعرات الحرارية لاستهلاك الأكسجين ASTM E1354

تُستخدم طريقة الاختبار الموضحة هنا لتحديد قابلية الاشتعال، ومعدلات إطلاق الحرارة، ومعدلات فقدان الكتلة، والحرارة الفعالة للاحتراق، وتكوين الدخان المرئي للمواد والمنتجات.

يُحدد معدل انبعاث الحرارة بقياس استهلاك الأكسجين، والذي يتحدد بدوره بتركيز الأكسجين ومعدل تدفقه في تيار نواتج الاحتراق. وتُحدد حرارة الاحتراق الفعالة من خلال القياس المتزامن لمعدل فقدان كتلة العينة مع معدل انبعاث الحرارة. ويُقاس تكوّن الدخان بحجب الضوء بواسطة تيار نواتج الاحتراق.

يجب تعريض العينات لاختبارات تدفق حراري أولية تتراوح بين 0 و 100 كيلوواط/م² . عند استخدام الإشعال الخارجي، يجب أن يتم ذلك بشرارة كهربائية. يجب أن تتوافق قيمة التدفق الحراري الأولي للاختبار واستخدام الإشعال الخارجي مع المواصفات المحددة في معيار المادة أو الأداء ذي الصلة. يكون وضع العينة في الاختبار أفقيًا في الوضع الافتراضي، بغض النظر عما إذا كان التطبيق النهائي يتطلب وضعًا أفقيًا أو رأسيًا. يتضمن الجهاز أيضًا إمكانية إجراء الاختبار في الوضع الرأسي، والذي يُستخدم فقط لأغراض الاستكشاف أو التشخيص.

تُعرَّف قابلية الاشتعال بأنها الوقت المنقضي منذ التعرض الأولي للهب المستمر.

طُوِّرت طريقة الاختبار هذه لاستخدامها في تقييم المواد والمنتجات، والنمذجة الرياضية، وأغراض التصميم، أو التطوير والبحث. وتشمل أمثلة عينات المواد أجزاءً من المنتج النهائي أو مكونات مختلفة تُستخدم فيه.

يُعدّ معيار ASTM E1354 معيارًا شائع الاستخدام لاختبارات مقاومة الحريق، وهو من أهمّ طرق اختبار الحريق على نطاق المختبر لتقييم سلوك المواد عند تعرّضها لظروف الحريق. يُجرى الاختبار باستخدام جهاز يُسمى مقياس السعرات الحرارية المخروطي، والذي يُحاكي التعرّض الحقيقي للحريق في بيئة مختبرية مُحكمة.

يتمثل الغرض الأساسي من معيار ASTM E1354 في قياس خصائص تفاعل المواد مع الحريق عند تعرضها لمستوى محدد من الحرارة الإشعاعية. ويُقيّم هذا المعيار تحديدًا المعايير التالية:

  • معدل إطلاق الحرارة
  • إنتاج الدخان
  • خصائص الاشتعال
  • فقدان الكتلة أثناء الاحتراق
  • تكوين الغازات السامة (أول أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكربون)

تعتبر هذه المعايير بالغة الأهمية لأن معدل إطلاق الحرارة هو العامل الأكثر أهمية في نمو وانتشار الحريق.

تعتمد طريقة الاختبار القياسية ASTM E1354 على مبدأ قياس السعرات الحرارية لاستهلاك الأكسجين، وهو كما يلي:

  • كمية الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق تتناسب طردياً مع كمية الأكسجين المستهلكة.
  • يتم إطلاق ما يقرب من 13,1 ميغا جول من الحرارة لكل كيلوغرام من الأكسجين المستهلك، مما يسمح بحساب دقيق لشدة الحريق.

يتكون المسعر المخروطي المستخدم في الاختبارات من عدة مكونات أساسية:

  • سخان إشعاعي مخروطي (حوالي 100 كيلوواط/م²)2(يوفر تدفقًا حراريًا متحكمًا به يصل إلى)
  • حامل العينات (عادةً للعينات بحجم 100 مم × 100 مم)
  • نظام الإشعال (مشعل الشرارة)
  • نظام العادم (يجمع غازات الاحتراق)
  • جهاز تحليل الأكسجين (يقيس نقص الأكسجين)
  • خلية قياس الحمل (تقيس فقدان الكتلة)
  • نظام قياس الدخان

يتيح هذا النظام مراقبة تفصيلية في الوقت الفعلي لسلوك الاحتراق.

تتبع عملية الاختبار عموماً الخطوات التالية:

  • تحضير العينات: تُهيأ العينات في درجة حرارة ورطوبة مضبوطتين. وهي عادةً ما تكون بسيطة وتمثل مواد فعلية للاستخدام.
  • التعرض للحرارة: يتم تعريض العينة لتدفق حراري إشعاعي محدد مسبقًا (عادة 35 أو 50 كيلوواط/م³).2) يتعرض لـ.
  • الاشتعال: قد تشتعل العينة تلقائيًا أو باستخدام مشعل شرارة.
  • جمع البيانات: يتم أخذ القياسات بشكل مستمر للمعايير التالية:
    • معدل إطلاق الحرارة
    • كثافة الدخان
    • فقدان كامل
    • تركيزات الغاز
    • مدة الاختبار

يستمر الاختبار حتى يتوقف الاحتراق أو حتى يتم الوصول إلى فترة زمنية محددة.

  • المعايير الرئيسية المقاسة: يوفر معيار ASTM E1354 مجموعة بيانات واسعة تشمل:
    • أعلى معدل لإطلاق الحرارة
    • إجمالي الحرارة المنبعثة
    • وقت الاشتعال
    • معدل فقدان الكتلة
    • معدل إنتاج الدخان
    • حرارة احتراق فعالة
    • انبعاثات الغازات (أول أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكربون، الغازات السامة)

تساعد هذه النتائج المهندسين على فهم كيفية مساهمة المادة في شدة الحريق.

يُستخدم معيار ASTM E1354 في العديد من الصناعات، بما في ذلك:

  • مواد البناء (العزل، الألواح، الأرضيات)
  • السيارات والنقل
  • الإلكترونيات والكابلات
  • الأثاث والمنسوجات

تشمل التطبيقات النموذجية لهذا المعيار ما يلي:

  • تطوير المنتجات والبحث والتطوير
  • هندسة السلامة من الحرائق
  • الامتثال للوائح القانونية
  • بيانات الإدخال لنمذجة الحرائق

تتمثل مزايا معيار ASTM E1354 فيما يلي:

  • يتطلب الأمر حجم عينة صغير ولكنه يوفر بيانات شاملة.
  • إنها قابلة للتكرار بدرجة عالية وموثوقة للغاية.
  • مناسب للبحث ومقارنة المنتجات.
  • يوفر بيانات يمكن استخدامها في نماذج محاكاة الحرائق.

ومع ذلك، فإن هذا المعيار لديه بعض القيود:

  • هذا اختبار على نطاق تجريبي، وليس سيناريو حريق كامل النطاق.
  • قد لا تعكس النتائج بدقة ظروف الحرائق في الواقع.
  • يتطلب نمذجة الحرائق رأي الخبراء.

في الختام، يُعدّ معيار ASTM E1354 أحد أهم معايير اختبار الحريق لتقييم سلوك المواد عند تعرضها للحريق. فمن خلال قياس انبعاث الحرارة، وإنتاج الدخان، وخصائص الاحتراق، يُوفّر هذا المعيار بيانات بالغة الأهمية لتصميم أنظمة السلامة من الحرائق، واختيار المواد، والامتثال للوائح التنظيمية. كما أن قدرته على محاكاة ظروف الحريق الواقعية على نطاق صغير تجعله أداة لا غنى عنها في علوم وهندسة الحرائق الحديثة.

على مدى سنوات عديدة، دأبت مؤسستنا، بفريقها الكفؤ والمتمرس، على فهم احتياجات عملائها، وتوفير خدمات الاختبار المتقدمة التي تتطلبها، ومساعدتهم في إنشاء أنظمة الإدارة وتطبيقها وتحسينها. وفي هذا الإطار، نقدم أيضًا خدمات الاختبار وفقًا لمعيار ASTM E1354.

واتس اب