Ignition, Combustion and Detection of Polyurethane Foams with ammonium nitrate and sodium bicabornate additives

Abstract

Neste trabalho é apresentada a propagação de chama de espumas de poliuretano expandido e sintático, obtidas por auto-expansão ou pela adição de esferas ocas de plástico. Ao poliuretano original foram adicionadas pequenas concentrações de nitrato de amónio, com o objectivo aumentar a chama local existente. Para diminuir a temperatura da chama foi adicionado, também em pequenas quantidades, bicarbonato de sódio. Com o intuito de se compreender o efeito de outros aditivos na superfície das espumas de poliuretano, foi adicionada tinta de alumínio celluloso. A previsão das características de combustão destes sistemas energéticos foi realizada pelo código THOR. Também foi estudada a previsão de temperatura e o atraso da ignição pelo modelo de inflamação de Semenov e pela aproximação fenomenológica de Frank-Kamenetskii abordagem fenomenológico. Foram realizadas análises térmicas (DSC-TGA) de um dos polióis usado e das esferas ocas de plástico. Amostras cilíndricas, dentro de um tubo de PVC, foram preparadas e queimadas. Espumas de poliuretano expandido apresentaram sempre extinção. Foram testadas diversas configurações: configuração original, amostras onde foram abertos 7 túneis e amostras onde foi aberto apenas um túnel, onde era colocada uma placa de PMMA para funcionar como impulsionador de propagação de chama. Algumas destas amostras foram pintadas com tinta de alumínio celuloso. Propagação da chama, pela placa de PMMA, permite uma pirólise e combustão mais completa do material. Amostras pintadas apresentaram uma ignição mais fácil. Espumas de poliureatno sintático com concentrações de nitrato de amónio acrescidas queimam bem. O bicarbonato de sódio tem um influência muito pequena na nestes materiais reactivos, porque com concentrações mais baixas que 5 percento de massa, os materiais queimam muito bem. As microsferas ocas de polietileno contribuem para o fenómeno de combustão nas espumas de poliuretano, permitindo a propagação da chama nas espumas sintáticas em condições nas quais ocorre a extinção para a espumas expandidas. As microsferas asseguram uma distribuição mais homogénea e um aumento de isolação térmicas da espuma, pela redução da espessura entre a chama existente e a camada interna da ignição. As espumas de poliuretano sintáticas pintada perdem menos massa que as outras. Nalguns testes foi permitido a medição directa da massa da amostra, enquanto está a ser testada Os registos dos termopares mostram temperaturas de queima até ≈ 1400 ºC e propagação das chamas sobre o nível de mm.s-1. A detecção foi realizada por espectroscopia de infravermelho comparando os espectros de amostras frescas e queimada com os aditivos. Palavras-chave: Ignição; Combustão; Detecção; Espuma de poliuretano; Expandida; Sintática; Microsferas ocas de Plástico; Nitrato de Amónio; Bicarbonato de Sódio; Alumínio; DSC-TGA; Infravermelho da