Studium hoření textilních modelových materiálů

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.

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.