پلیمرها و کامپوزیت‌ها به دلیل خواص خوب، وزن پایین و سادگی فرآورش به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند ولی به دلیل اشتعال‌پذیری کاربردشان محدود شده است. اشتعال مواد پلیمری فرآیند پیچیده‌ای است که انتقال جرم، انتقال انرژی و حرات، دینامیک سیالات و فرآیند تجزیه در آن دخیل هستند. میزان اشتعال‌پذیری مواد پلیمری می‌تواند از طریق سرعت گسترش پیدا کردن آتش و مقدار گرمای آزاد شده مشخص شود. با مطالعه رفتار مواد در آتش می‌توان به شناخت خوبی در مورد محافظت از حریق دست پیدا کرد. گرماسنج مخروطی یکی از مهم‌ترین دستگاه‌ها در مهندسی ایمنی آتش بوده که از آن در تحقیقات بسیاری استفاده شده و در بررسی عملکرد مواد در حریق کاربرد زیادی دارد. این دستگاه از بخش‌های زیر تشکیل شده است:
• گرم‌کن برقی مخروطی شکل
• نگهدارنده نمونه
• سیستم گاز خروجی حساس به اکسیژن
• دستگاه اندازه گیری جریان
• بخش جرقه زنی
• سیستم آنالیز و ثبت نتایج
• بخش اندازه گیری کاهش جرم نمونه
تصویر گرماسنج مخروطی را می‌توان در شکل1 مشاهده کرد. در این آزمون نمونه با ورقه آلومینیوم و پشم پوشانده شده و از گرم‌کن مخروطی شکل به منظور مشتعل کردن مواد استفاده می¬شود. در نبود این بخش از دستگاه، اندازه گیری دما، فشار و دود خارج شده از نمونه بسیار سخت خواهد بود. تهویه بخش مهمی از گرماسنج مخروطی است و دستگاه به یک منبع آب کوچک برای خنک‌سازی و تنظیم حرارت سیستم نیاز دارد.
شکل1 گرماسنج مخروطی
با استفاده از این آزمون، میزان اشتعال‌پذیری و گازهای سمی و دود آزاد شده اندازه‌گیری می‌شود. همچنین با توسعه گرماسنج مخروطی می‌توان مجموعه‌ای از پارامترهای شیمیایی و فیزیکی احتراق را مورد ارزیابی قرار داد. در حال حاضر گرماسنج مخروطی مهم‌ترین دستگاه در مقیاس آزمایشگاهی در زمینه آزمون آتش می‌باشد. نحوه انجام این آزمون و بخش‌های مختلف دستگاه گرماسنج مخروطی در شکل2 نشان داده شده است.
شکل2 شماتیک دستگاه گرماسنج مخروطی
گرماسنج مخروطی دستگاهی است که بوسیله آن رفتار نمونه‌های کوچک از مواد در حریق و در فاز متراکم مطالعه می‌شود. این آزمون برای ارزیابی مواد در حریق، مدل‌سازی کامپیوتری، اهداف طراحی، توسعه و پیش‌بینی آتش به کار می‌رود. محققین از نتایج آزمون گرماسنجی مخروطی می‌توانند به طور مستقیم استفاده کنند و یا با بهره‌گیری از این نتایج در روابط و مدل‌های ریاضی، گسترش پیدا کردن آتش را پیش‌بینی کنند. در این آزمون، پارامترهایی نظیر حداکثر و میانگین سرعت گرمای آزاد شده، گرمای آزاد شده کل، گرمای احتراق مؤثر، منطقه (مساحت) ویژه اطفا، سرعت جریان خروجی، سرعت اتلاف جرم، جرم نهایی نمونه، زمان احتراق پایدار، غلظت اکسیژن، مونوکسید کربن، دی اکسید کربن، گازهای سمی و چگالی دود را می‌توان بر حسب زمان اندازه‌گیری کرد. حداکثر سرعت گرمای آزاد شده و سرعت رسیدن به آن پارامترهایی هستند که با سنجش آنها، سرعت گسترش پیدا کردن آتش مشخص می‌شود. برای بررسی خواص مختلف مواد در آتش از استانداردهایی استفاده می‌شود که به برخی از آنها اشاره شده است:
• ISO 5660
• ASTM E1354
• ASTM E1474
• ASTM E1740
• ASTM F1550
• ASTM D6113
• ULC 135
• BS 476
قاعده کلی در آزمون گرماسنج مخروطی، اندازه گیری میزان کاهش غلظت اکسیژن در گازهای حاصل از احتراق در نمونه است که معمولا سطح نمونه با ابعاد mm 100mm × 100 و ضخامت mm 50 در معرض تابش گرمایی kW/m2100-0 قرار می¬گیرد (شکل3). گازهای فرار حاصل از نمونه حرارت داده شده تحت جرقه الکتریکی مشتعل می‌شوند و برای آنالیز بیشتر مورد بررسی قرار می‌گیرند. با تجزیه و تحلیل نتایج، سرعت گرمای آزاد شده و مقدار گازهای سمی در نمونه به دست می‌آید. همچنین با اندازه گیری میزان تضعیف پرتوی لیزر توسط دود می‌توان مقدار دود تولید شده را تخمین زد. بعلاوه، با قرار گرفتن نمونه روی حسگر وزنی، میزان اتلاف جرم نمونه حین احتراق مشخص می‌شود. برای آنالیز دقیق، نمونه باید در شارهای گرمایی متفاوت (25، 35، 50 و 75 kW/m2) مورد ارزیابی قرار گیرد. سطح نمونه مسطح بوده و نمونه مورد آزمایش نمایانگر محصول و تا آنجا که ممکن است باید شبیه به محصول نهایی باشد.
نظرات کاربران