Norma ASTM E2058 Metody badań do pomiaru palności materiałów przy użyciu aparatu do pomiaru rozprzestrzeniania się ognia (FPA)

Norma Amerykańskiego Towarzystwa Badań i Materiałów (ASTM) „ASTM E2058 Standardowe metody badań do pomiaru palności materiałów z wykorzystaniem aparatu do rozprzestrzeniania ognia (FPA)” określa ilościowo właściwości palności materiałów związane z tendencją materiałów do wspomagania rozprzestrzeniania się ognia przez aparat do rozprzestrzeniania ognia. Oznaczone ilościowo właściwości palności materiałów obejmują czas zapłonu, chemiczne i konwekcyjne tempo uwalniania ciepła, tempo utraty masy oraz efektywne ciepło spalania.

W niniejszej normie zdefiniowano następujące metody badań, które można wykonywać oddzielnie i niezależnie:

• Badanie zapłonu w celu określenia wartości czasu zapłonu próbki poziomej;
• Badanie spalania mające na celu określenie szybkości uwalniania ciepła chemicznego i ciepła spalania powstającego w wyniku spalania poziomej próbki
• Badanie rozprzestrzeniania się ognia mające na celu określenie szybkości uwalniania ciepła chemicznego podczas spalania pionowej próbki.

Charakterystyczne cechy urządzeń rozprzestrzeniających ogień obejmują:

• Zewnętrzne, izolowane grzejniki wolframowo-kwarcowe dostarczające do próbki testowej strumień promieniowania o mocy do 110 kW/m2.
• Wymagania dotyczące spalania lub rozprzestrzeniania się ognia w górę w określonych mieszankach powietrza zawierających do 40 procent powietrza wzbogaconego tlenem, powietrza odtlenionego, czystego azotu lub mieszanek gazowych środków gaśniczych.
• Możliwość pomiaru szybkości uwalniania ciepła i przepływu produktów spalania podczas rozprzestrzeniania się ognia ku górze w pionowej próbce testowej na wysokości 0,305 m.

Aparat do pomiaru rozprzestrzeniania się ognia służy do oceny palności materiałów i produktów. Zaprojektowano go również do pomiaru reakcji przejściowej tych materiałów i produktów na określone strumienie ciepła w określonych środowiskach obojętnych lub utleniających oraz do uzyskiwania laboratoryjnych pomiarów szybkości wytwarzania produktów pożaru (dwutlenku węgla, tlenku węgla i, w razie potrzeby, węglowodorów gazowych) do zastosowań w inżynierii bezpieczeństwa pożarowego.

Zapłon próbki następuje za pomocą płomienia pilotującego umieszczonego w określonej pozycji względem powierzchni próbki.

Badanie rozprzestrzeniania się ognia na próbkach pionowych nie jest odpowiednie dla materiałów, które po podgrzaniu topią się na tyle, że tworzą zbiornik cieczy.

Te metody badawcze są integralną częścią istniejących norm dotyczących rozprzestrzeniania się ognia w kablach i palności materiałów w pomieszczeniach czystych, a także normy homologacyjnej dla taśm przenośnikowych. Źródła stosują te metody badawcze, ponieważ wyniki testów ogniowych uzyskanych przy ich użyciu są skorelowane z zachowaniem się ognia podczas rzeczywistych testów rozprzestrzeniania się ognia.

Metodę badania zapłonu, spalania lub rozprzestrzeniania się ognia lub ich kombinację przeprowadzono w przypadku materiałów i produktów zawierających szeroką gamę kompozycji i struktur polimerowych.

Metoda badania rozprzestrzeniania się ognia różni się od metod badawczych zawartych w wymienionych tutaj normach ASTM tym, że umożliwia laboratoryjne pomiary szybkości uwalniania ciepła chemicznego podczas rozprzestrzeniania się ognia w górę i spalania na pionowej próbce testowej w normalnym powietrzu, powietrzu wzbogaconym tlenem lub powietrzu zanieczyszczonym tlenem. Metody badawcze zawarte w innych normach, takie jak metoda badawcza ASTN E1321, która zapewnia pomiary podczas poziomego/poziomego lub w dół rozprzestrzeniania się płomienia na materiałach, oraz metody badawcze ASTM E906, ASTM E1354 i ASTM E1623, które zapewniają pomiary szybkości uwalniania ciepła z materiałów w pełni objętych płomieniowym spalaniem, zazwyczaj wykorzystują zewnętrzny strumień promieniowania, a nie płomienie pochodzące z samego palącego się materiału, do scharakteryzowania zachowania się ognia.

Niniejsze metody badawcze nie są przeznaczone do rutynowych badań kontroli jakości. Służą one ocenie specyficznych właściwości palnych materiałów. Analizowane materiały składają się z próbek pobranych z produktu końcowego lub różnych komponentów użytych w produkcie końcowym. Wyniki procedur laboratoryjnych stanowią dane wejściowe do modeli rozprzestrzeniania się i rozwoju ognia, analiz ryzyka, projektów budynków i produktów oraz badań i rozwoju materiałów.

Zrozumienie zachowania się materiałów w ogniu jest kluczowe dla badań nad bezpieczeństwem pożarowym i testowaniem materiałów. Jednym z najnowocześniejszych narzędzi do tego celu jest aparat do badania rozprzestrzeniania się ognia. Aparat ten podlega normie ASTM E2058.

Metoda ta pozwala badaczom mierzyć zachowanie zapłonu, szybkość uwalniania ciepła, utratę masy, wytwarzanie dymu i wydzielanie się gazów w kontrolowanych warunkach. Jest ona szczególnie przydatna do oceny materiałów stosowanych w budynkach, transporcie, urządzeniach elektronicznych i dobrach konsumpcyjnych.

Aparat do badania rozprzestrzeniania się ognia to laboratoryjne urządzenie do badania pożarów, zaprojektowane do symulacji realistycznych scenariuszy pożarowych na małej próbce materiałów. Dostarcza ono danych ilościowych na temat zachowania się materiałów pod wpływem kontrolowanego przepływu ciepła i zewnętrznego płomienia. Aparat ten jest wszechstronnym kalorymetrem, który działa w oparciu o kalorymetrię zużycia tlenu, obliczając szybkość uwalniania ciepła na podstawie ilości tlenu zużytego podczas spalania. Norma ASTM E2058 definiuje procedury, oprzyrządowanie, kalibrację i analizę niezbędne do efektywnego wykorzystania aparatu do badania rozprzestrzeniania się ognia.

Główne cele niniejszej normy to:

• Pomiar właściwości palności materiałów w sposób kontrolowany i powtarzalny
• Wspieranie rozwoju materiałów i wyrobów ognioodpornych
• Dostarczanie danych do modelowania pożarów, zapewniania zgodności z przepisami i porównawczej oceny ryzyka

Główne zastosowania tej normy obejmują badanie materiałów stosowanych przy produkcji:

• Wnętrza samolotów i statków kosmicznych
• Pojazdy transportu publicznego
• Urządzenia elektroniczne i kable
• Izolacja budynków i okładziny ścienne
• meble tapicerowane

Głównymi elementami urządzenia rozprzestrzeniającego ogień, używanymi w tych testach, są:

• Grzejnik stożkowy: zapewnia równomierny przepływ ciepła promieniowania.
• Źródło zapłonu: Iskra lub zapłon pilotujący: inicjuje spalanie.
• Bilans masy: Ciągły pomiar utraty masy podczas spalania.
• Układ wydechowy: wychwytuje spaliny w celu analizy.
• Analizatory gazów: mierzą tlen, dwutlenek węgla i tlenek węgla w celu obliczenia szybkości uwalniania ciepła.
• Czujniki optyczne: Monitorują gęstość dymu (opcjonalnie).

Procedura testowania składa się z następujących kroków:

• Przygotowanie próbki: Niewielką, płaską próbkę (zwykle o wymiarach 100 mm x 100 mm) poddaje się kondycjonowaniu i montowaniu.
• Ekspozycja: Próbka jest poddawana działaniu ustalonego strumienia ciepła za pomocą grzałki stożkowej.
• Zapłon: Płomień pilotażowy lub iskra zapala próbkę po osiągnięciu przez nią temperatury zapłonu.
• Monitorowanie spalania:
  • Mierzona jest szybkość wydzielania ciepła, utrata masy, emisja gazów i produkcja dymu.
  • Dane są rejestrowane nieprzerwanie przez cały czas trwania testu (zwykle 10–30 minut).
• Analiza po teście: badane są pozostałości i zwęglenia, porównywana jest wydajność na różnych materiałach.

W przeciwieństwie do prostszych testów ogniowych, takich jak testy płomienia pionowego, aparat do badania rozprzestrzeniania się ognia zapewnia kompleksowy obraz zachowania się spalania, dzięki czemu idealnie nadaje się do:

• Porównanie i rozwój materiałów
• Predykcyjne modelowanie pożarów
• Projektowanie ognioodporne
• Spełnianie kryteriów palności obowiązujących w przepisach lub branży

Metoda ta jest szczególnie cenna w sytuacjach, gdy chodzi o materiały wykorzystywane w lotnictwie lub transporcie masowym, w których rzeczywiste testy ogniowe są zbyt kosztowne lub wymagają zbyt dużej skali.

Nasza organizacja, działająca od wielu lat i skrupulatnie śledząca globalny rozwój nauki i technologii, przeprowadza testy, pomiary i analizy w szerokim zakresie dziedzin dla firm ze wszystkich sektorów, dysponując wykwalifikowanym zespołem i rozbudowaną infrastrukturą. W tym kontekście świadczymy również usługi testowe zgodnie z normą ASTM E2058 „Metody testowe pomiaru palności materiałów z wykorzystaniem aparatury do rozprzestrzeniania ognia” (FPA).