การประดิษฐ์เครื่อง Cone Calorimeter

มีวิธีการทดสอบมากมายเพื่อประเมินประสิทธิภาพการตอบสนองต่อไฟของวัสดุ เช่น การทดสอบ Small Flame Source (ISO 11925-2), การทดสอบ Oxygen Index (LOI) (ISO 4589-2, ASTM D2863), การทดสอบ Horizontal and Vertical Flammability (UL 94), การทดสอบ NBS Smoke Density (ISO 5659-2, ASTM E662) ส่วนใหญ่เป็นวิธีการทดสอบขนาดเล็กที่ทดสอบคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุ ประเมินประสิทธิภาพของวัสดุภายใต้เงื่อนไขการทดสอบบางอย่างเท่านั้น และไม่สามารถใช้เป็นพื้นฐานในการประเมินพฤติกรรมของวัสดุในไฟไหม้จริงได้

นับตั้งแต่มีการประดิษฐ์ขึ้นในปี 1982 เครื่อง Cone Calorimeter ได้รับการยอมรับว่าเป็นเครื่องมือทดสอบสำหรับการประเมินประสิทธิภาพการตอบสนองต่อไฟของวัสดุอย่างครอบคลุม

มีข้อได้เปรียบคือมีความครอบคลุม เรียบง่าย และแม่นยำเมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม ไม่เพียงแต่สามารถวัดอัตราการปล่อยความร้อนเท่านั้น แต่ยังสามารถวัดความหนาแน่นของควัน การสูญเสียมวล พฤติกรรมการติดไฟ และพารามิเตอร์อื่นๆ ในการทดสอบได้อีกด้วย

นอกจากนี้ ผลลัพธ์ที่ได้จากการทดสอบ Cone Calorimeter ยังมีความสัมพันธ์ที่ดีกับการทดสอบการเผาไหม้ขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการประเมินประสิทธิภาพการติดไฟของวัสดุและประเมินการลุกลามของไฟ

การปฏิบัติตามมาตรฐาน

เครื่อง Cone Calorimeter เป็นหนึ่งในเครื่องมือทดสอบไฟที่สำคัญที่สุดสำหรับการศึกษาคุณสมบัติการเผาไหม้ของวัสดุ และถูกนำไปใช้โดยหลายประเทศ ภูมิภาค และองค์กรมาตรฐานสากลในด้านวัสดุก่อสร้าง โพลิเมอร์ วัสดุคอมโพสิต ผลิตภัณฑ์ไม้ และสายเคเบิล

• ISO 5660-1

• ASTM E1354

• BS 476 Part 15

• ULC-S135-04  

หลักการของ Cone Calorimeter

การปล่อยความร้อน

หลักการของการปล่อยความร้อนขึ้นอยู่กับความร้อนสุทธิของการเผาไหม้ที่แปรผันตามสัดส่วนกับปริมาณออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับการเผาไหม้ โดยประมาณ 13.1MJ ของความร้อนจะถูกปล่อยออกมาต่อกิโลกรัมของออกซิเจนที่ถูกใช้ไป ตัวอย่างในการทดสอบจะถูกเผาภายใต้สภาวะอากาศโดยรอบในขณะที่ถูกฉายรังสีภายนอกในช่วง 0 ถึง 100 kW/m2 และวัดความเข้มข้นของออกซิเจนและอัตราการไหลของก๊าซไอเสีย

การปล่อยควัน

หลักการของการวัดควันขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงที่ส่งผ่านปริมาตรของผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ ซึ่งเป็นฟังก์ชันที่ลดลงแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลตามระยะทาง การบดบังควันวัดเป็นเศษส่วนของความเข้มของแสงเลเซอร์ที่ส่งผ่านควันในท่อไอเสีย เศษส่วนนี้ใช้ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การสูญพันธุ์ตามกฎของ Bouguer ตัวอย่างในการทดสอบจะถูกเผาภายใต้สภาวะอากาศโดยรอบในขณะที่ถูกฉายรังสีภายนอกในช่วง 0 ถึง 100 kW/m2 และวัดการบดบังควันและอัตราการไหลของก๊าซไอเสีย

การสูญเสียมวล

ตัวอย่างในการทดสอบจะถูกเผาเหนืออุปกรณ์ชั่งน้ำหนักในขณะที่ถูกฉายรังสีภายนอกในช่วง 0 ถึง 100 kW/m2 และวัดอัตราการสูญเสียมวล

รายงาน

ข้อมูลการทดสอบสามารถคำนวณได้สำหรับอัตราการปล่อยความร้อนต่อพื้นที่ที่สัมผัสหรือต่อกิโลกรัมของวัสดุที่สูญเสียไปในระหว่างการทดสอบ การปล่อยความร้อนทั้งหมด อัตราการผลิตควันต่อพื้นที่ที่สัมผัสหรือต่อกิโลกรัมของวัสดุที่สูญเสียไปในระหว่างการทดสอบ การผลิตควันทั้งหมด อัตราการสูญเสียมวล และการสูญเสียมวลทั้งหมด

• เวลาในการลุกไหม้และดับไฟอย่างต่อเนื่อง, TTI, เป็นวินาที

• อัตราการปล่อยความร้อน, HRR, เป็น MJ/kg, kW/m2

• อัตราการปล่อยความร้อนเฉลี่ยใน 180 วินาทีแรกและ 300 วินาที, เป็น kW/m2

• อัตราการปล่อยความร้อนเฉลี่ยสูงสุด, MARHE, เป็น kW/m2.s

• การปล่อยความร้อนทั้งหมด, THR, เป็น MJ

• การสูญเสียมวล, เป็น g/m2.s

• อัตราการผลิตควัน, SPR, m2/m2

• การผลิตควัน, TSP, เป็น m2

อุปกรณ์ Cone Calorimeter

• เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าแบบแผ่รังสีรูปกรวย ผลิตเอาต์พุตการฉายรังสี 100 kW ต่อตารางเมตร

• อุปกรณ์ควบคุมการฉายรังสีและเครื่องวัดฟลักซ์ความร้อน

• โหลดเซลล์ฉนวนความร้อนที่ดี

• ระบบก๊าซไอเสียพร้อมเซ็นเซอร์วัดการไหลของอากาศ

• ระบบสุ่มตัวอย่างก๊าซจากการเผาไหม้พร้อมอุปกรณ์กรอง

• เครื่องวิเคราะห์ก๊าซ รวมถึงเครื่องวิเคราะห์ความเข้มข้นของ O2, CO และ CO2

• ระบบวัดการบดบังควัน

• ระบบสอบเทียบตัวเอง

• ระบบจัดเก็บข้อมูล

• ซอฟต์แวร์การทำงาน

การประยุกต์ใช้งาน

การประเมินคุณสมบัติการเผาไหม้ของวัสดุ

ประเมินอันตรายจากการเผาไหม้ของวัสดุตามข้อมูลการทดสอบของ Cone Calorimeter (เช่น HRR, Peak HRR, TTI, SPR ฯลฯ) และระบุวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน

การศึกษากลไกสารหน่วงไฟ

โดยวิธีการทดสอบซ้ำและการเปรียบเทียบข้อมูลการทดสอบ องค์ประกอบของวัสดุสามารถปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติหน่วงไฟที่ดีกว่า

การศึกษาแบบจำลองไฟ

โดยการวิเคราะห์อัตราการปล่อยความร้อน อัตราการปล่อยควันจากวัสดุที่เผาไหม้ การวิเคราะห์แนวโน้ม หรือเชื่อมต่อกับแบบจำลองการทดสอบขนาดกลาง (ISO 9705) สร้างแบบจำลองไฟประเภทต่างๆ

สรุป

เครื่อง Cone Calorimeter นำเสนอวิธีการประเมินอัตราการปล่อยความร้อนและอัตราการผลิตควันแบบไดนามิกของตัวอย่างที่สัมผัสกับระดับการฉายรังสีที่ควบคุมไว้ที่ระบุด้วยตัวจุดระเบิดภายนอก เป็นเครื่องมือสำคัญในการทดสอบและวิจัยไฟ ซึ่งสามารถทำซ้ำได้มากกว่า ทำซ้ำได้ง่ายกว่า และดำเนินการได้ง่ายกว่า