Nejnavštěvovanější odborný portál
pro stavebnictví a technická zařízení budov
estav.tvnový videoportál

Studium hoření textilních modelových materiálů

Výsledky na pracovišti KNT FT TUL ukazují, že při určitých směsových poměrech různých vlákenných surovin, popsaných v níže uvedené studii, je vztah rychlosti hoření a objemové hmotnosti netkaných textilií nelineární. Je tedy možné u takových směsí najít objemovou hmotnost, při které hoří netkaná textilie pomaleji než v okolních objemových hmotnostech. Cílem studie bylo ověření těchto výsledků pomocí kvantitativních metod a rozšíření studie v oblasti termoplastických vláken. Výzkum na dané téma stále na Katedře netkaných textilií a nanovlákenných materiálů pokračuje.

Úvod

Rychlost hoření a čas zapálení jsou podle odborné literatury úměrné objemové hmotnosti a struktuře textilních materiálů. Výsledky na pracovišti KNT FT TUL [1, 2] ukazují, že při určitých směsových poměrech daných vlákenných surovin je tento vztah nelineární a je tedy možné u těchto směsí najít objemovou hmotnost, při které hoří netkaná textilie pomaleji než v okolních objemových hmotnostech. Cílem studie bylo ověření těchto výsledků pomocí kvantitativních metod a rozšíření studie v oblasti termoplastických vláken. Studie pracuje s tzv. modelovými materiály, které jsou ve své podstatě hořlavé a v praxi ne vždy z tohoto důvodu využívané. Studie vztahu hoření textilií na jejich struktuře se ale z podstaty věci nedá provádět na nehořlavých surovinách.

Teorie hoření textilu je v odborné literatuře věnováno mnoho studií. Tyto se často opírají o z dnešního pohledu nedostačující metody hodnocení. Po roce 1982 [3], kdy se začala používat kónická kalorimetrie jako kvantitativní hodnotící metoda, vzniklo několik prací věnujících se studiu hoření textilií v závislosti na vstupním materiálu či konstrukčních parametrech [4–6], ale jejich výsledky nelze aplikovat na oblast netkaných textilií (NT). Od 90. let minulého století se zájem výzkumu soustředil směrem k primárním nehořlavým materiálům či povrchovým úpravám [7–12] a vlivu vlastní struktury NT nebyla již věnována pozornost. Z dostupné literatury vyplývá, že rychlost hoření textilií případně čas zapálení je v lineárním vztahu k jejich objemové hmotnosti. Trend nelineární odezvy, objevující se ve výsledcích této studie, je velice zajímavý z hlediska požární bezpečnosti technických netkaných textilií a může hrát roli ve vývoji materiálů v mnoha průmyslových odvětvích, jako je tepelná a zvuková izolace ve stavebnictví, automobilovém průmyslu i letectví.

Materiály a metody

V experimentu byly sledovány vpichované netkané textilie z modelové směsi 1, sestávající z vláken 75 % viskóza (VS), 25 % PANox, parametry vzorků jsou uvedeny v tabulce 1. Dále byly hodnoceny dva typy termicky pojené netkané textilie: materiál 2 ve složení 90 % PET a 10 % co-PET vláken, a materiál 3 ve složení 85 % PET, 5 % viskózy, 10 % co-PET. Třetí modelový materiál je specifický tím, že kromě termoplastických vláken obsahuje právě 5 % viskózy, která zde funguje jako jakýsi katalyzátor reakce šíření plamene. Díky obsažené viskóze tak lze hodnotit textilní vzorky vícero metodikami a je vůbec možné pozorovat průběh hoření, které u 100% termoplastických vláken nenastává.

Tab. 1 Specifikace a výsledky materiálu 1: 75 % viskóza, 25 % PANox
Test dle normy VW PV 3357Test dle normy ISO 5660-1
MateriálVzorekObjemová hmotnost
[kg.m−3]
Hmotnostní úbytek
[%]
t
[s]
SDEHC
[MJ.kg−1]
THR
[MJ.m−2]
HRRmax
[kW.m−2]
1_75 % VS/25%PANox424,576,434,251,2510,391,43134,06
643,576,3801214,205,10138,55
84078,550,254,7513,442,99168,27
103075,658,54,513,824,38131,58
113576,463613,843,45126,58
127380,81591314,659,68136,65

Vpichované netkané textilie z materiálu 1 byly vyrobeny ve škále objemových hmotností, kdy se měnila vlivem výrobní technologie i plošná hmotnost. Z toho důvodu bylo v další části experimentu pracováno jen s termicky pojenými netkanými textiliemi, které byly vyrobeny ve škále objemových hmotností se zachovanou plošnou hmotností a bylo tak možné sledovat vliv pouze jednoho parametru.

Hodnotícími metodami v experimentu byly test malým plamenem provedený dle normy VW PV 3357 za vertikálního uložení vzorku a test na kónickém kalorimetru dle normy ISO 5660-1 za použití tepelného toku 35 kW.m−2 a 50 kW.m−2.

Výsledky

Z výsledků testu malým plamenem materiálu 1 vyplývá, že reakce na oheň není v lineární závislosti na objemové hmotnosti textilií. Kónická kalorimetrie však tyto výsledky nepotvrdila, je zde viditelná závislost především na hmotě materiálu, kdy výsledky EHC, HRR a THR jsou v lineární závislosti na plošné hmotnosti vzorků.

Materiál 2, vyrobený z PET termoplastických vláken, také vykazoval nelineární průběhy v případě testu malým plamenem. Pomocí kónické kalorimetrie nebylo bohužel možné materiál změřit. Dříve, než došlo ke vzplanutí, se vlákna roztavila, a tak nebylo možné sledovat závislost hoření na vlákenné struktuře. Z výše uvedených důvodů byl vyroben modelový materiál 3, obsahující termoplastická PET vlákna a 5 % viskózových vláken, která jsou vysoce hořlavá a napomáhají tak včasnému vzplanutí. Tento materiál byl prozatím ve třech objemových hmotnostech otestován na kónickém kalorimetru. Ukázalo se, že při výkonu 35 kW.m−2 materiál hoří až po částečném roztavení, při zvýšení výkonu na 50 kW.m−2 test probíhal standardně.

Závěr

Příspěvek se zabývá studiem hoření netkaných textilií v závislosti na jejich materiálovém složení a struktuře. Výsledky na prvním modelovém materiálu ukazují, že v oblasti kolem 40 kg.m−3 dochází ke změně času hoření, tyto změny ale lze přisuzovat nejen odlišné objemové, ale i plošné hmotnosti. Dalším výsledkem je nalezení vhodného modelového materiálu, směsi 95 % PET a 5 % viskózy, který lze dobře měřit jak testy malým plamenem, tak kónickou kalorimetrií. Ve studii se dosud nepodařilo ověřit uvedené nelineární závislosti hoření a strukturních parametrů na termoplastických materiálech, ale byl nalezen vhodný modelový materiál 3, na kterém bude studie pokračovat.

Použitá literatura

  1. VČELIŠ, D.: Hoření vpichovaných netkaných textilií. Liberec, 2020. Diplomová práce, Technická univerzita v Liberci, Katedra netkaných textilií a nanovlákenných materiálů, Jiří Chaloupek.
  2. HODKOVÁ, Z.: Studium hoření kolmo kladených netkaných textilií. Diplomová práce, Technická univerzita v Liberci, Katedra netkaných textilií a nanovlákenných materiálů, Jiří Chaloupek.
  3. BABRAUSKAS, V.; PEACOCK, R. D.: Heat release rate: The single most important variable in fire hazard. Fire Safety Journal. 1992, 18(3), 255-272. ISSN 03797112. Available at: https://doi.org/10.1016/0379-7112(92)90019-9.
  4. BALTUŠNIKAITĖ, J.; ŠUMINSKIENĖ, R.; MILAŠIUS, R.: Influence of Woven Fabrics Structure upon Flammability Properties. Materials Science. 2006, 12(2), 167-170. ISSN 2029-7289.
  5. FREIVALDE, L.; KUKLE, S.; ANDŽS, M.; BUKŠANS, E.; GRAVITIS, J.: Flammability of raw insulation materials made of hemp. Composites Part B: Engineering. 2014, 67, 510-514. ISSN 13598368. Available at:
    https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2014.08.007.
  6. HAWAS, H. S.: Effect of Some Construction Elements on the Flammability of Upholstery Fabrics. International Design Journal. 2017, 7(4), 77-83. ISSN 20909632. Available at: https://doi.org/10.12816/0044478.
  7. KAMATH, M. G.; BHAT, G. S.; PARIKH, D. V.; CONDON, B. D.: Processing and characterization of flame retardant cotton blend nonwovens for soft furnishings to meet federal flammability standards. Journal of Industrial Textiles. 2009, 38(3), 251-262. ISSN 15280837. Available at: https://doi.org/10.1177/1528083708098912.
  8. FAHEEM, S.; BAHETI, V.; BEHERA, P.; NAEEM, S.: Development of flame retardant high loft polyester nonwovens. Journal of the Textile Institute. 2017, 108(8), 1357-1364. ISSN 0040-5000. Available at:
    https://doi.org/10.1080/00405000.2016.1251289.
  9. PARIKH, D. V.; NAM, S.; HE, Q.: Evaluation of three flame retardant (FR) grey cotton blend nonwoven fabrics using micro-scale combustion calorimeter. Journal of Fire Sciences. 2012, 30(3), 187-200. ISSN 07349041. Available at: https://doi.org/10.1177/0734904111432838.
  10. MASNICOVÁ, K.: Studium hoření kolmo kladených netkaných textilií upravených vodním sklem. Liberec, 2017. Bakalářská práce, Technická univerzita v Liberci, Katedra netkaných textilií a nanovlákenných materiálů, Jiří Chaloupek.
  11. HORROCKS, A. R.; PRICE, D.: Fire retardant materials. B.m.: Woodhead Publishing Ltd, 2001. ISBN 0849338832.
  12. WEIL, E. D.; LEVCHIK, S. V.: Flame retardants for plastics and textiles: Practical applications. 2009. ISBN 9783446416529. Available at: https://doi.org/10.3139/9783446430655.
 
Komentář recenzenta Ing. Otto Dvořák, Ph.D, VŠB TU Ostrava, externí školitel

Článek velmi stručně popisuje výsledky studie chování netkaných vpichovaných textilií (NT) o složení 75 % VS s 25 % PANOX, dále 90 % PET s 10 % COPET a 85 % PET s 5 % VS a 10 % COPET z hlediska zapalitelnosti a hoření podle zkuš. norem VW PV 3357 a ISO 5660-1. Provedené zkoušky NT o složení 75 % VS a 25 % PANOX jsou specifikovány v tab. 1 pro 6 rozdílných hustot v rozmezí od 24,5 kg/m3 do 73 kg/m3 s následujícími výsledky podle zkuš. norem: - VW PV 3357: hmotnostní úbytek (%), doba do zapálení a hoření t (s), směrodatná odchylka SD, - ISO 5660-1: Efektivní spalné teplo (MJ/kg), maxim. rychlost uvolňování tepla (kW/m2) a celkové uvolněné teplo (MJ/m2). Naměřené výsledky jsou stručně vyhodnoceny s tím, že bude provedeno testování NT o složení 85 % PET s 5 % VS a 10 % COPET. Pokud je článek zamýšlen jako úvod k dalšímu podrobnějšímu textu, lze jej doporučit publikaci. Věřím, že Technická univerzita v Liberci má na to vhodné kapacity i profesionální kádry.

English Synopsis

The results at the KNT FT TUL show that for certain mixing ratios of different fibre raw materials, as described in the study below, the relationship between burning rate and bulk weight of the nonwovens is non-linear. Thus, it is possible to find a bulk density for such blends at which the nonwoven burns more slowly than at ambient bulk densities. The aim of the study was to verify these results using quantitative methods and to extend the study to thermoplastic fibres. Research on the topic is still ongoing at the Department of Nonwovens and Nanofibrous Materials.

 
 
Reklama