Hořlavost textilií je náchylnost textilních materiálů ke vznícení a jejich chování při hoření. Hořlavost je ovlivněna fyzikálními (sráživost, tavitelnost), chemickými (obsah C, O atd.) a geometrickými (tvar, hmotnost) vlastnostmi materiálu.
Jelikož může hořlavost textilií přispět k plošnému rozšíření požáru a také může dojít k přímému kontaktu ohně s osobami, je její snížení obecným požadavkem na bezpečnost prakticky všech textilií používaných v osobní dopravě. Dalšími jevy, které mohou být nebezpečné je odkapávání taveniny, tvorba dýmu a také toxické zplodiny, kvůli kterým je možné udušení.[12]
6.1 Proces hoření
Teplotní režim v procesu hoření závisí na dvou hlavních faktorech – na rychlosti přívodu tepla a rychlosti odvodu tepla. Proces hoření závisí na třech faktorech a to na zdroji zapálení, paliva nebo materiálu, který je schopen hoření a přívodu vzduchu, který obsahuje kyslík – zdroj, na kterém spalování závisí. Vše, co snižuje tyto faktory, snižuje spalování – chemickou oxidaci. Tepelná energie nejprve rozebere molekuly paliva na menší části tzv.
"volné radikály", které jsou nestabilní, a proto vysoce reaktivní. Spalování pokračuje tvorbou těchto volných radikálů a jejich následnou reakcí s kyslíkem. Určité látky na zpomalení hoření za působení tepla mají své vlastní volné radikály. Palivové volné radikály pak reagují přednostně s ohnivzdornými volnými radikály místo s kyslíkem, což brání hoření. [14], [15]
Obrázek č. 13: Proces hoření [14]
Studie nehořlavosti textilních materiálů pro potahy autosedaček 26
6.2 Fáze hoření
Celý průběh hoření jde rozdělit do několika dílčích etap:
1. Reakce do zapálení
Při těchto reakcích dochází k uvolňování mezimolekulárních vazeb, ke změnám nadmolekulární struktury u syntetických vláken. Tyto procesy probíhají mezi teplotou skelného přechodu a teplotou tání. Při dalším zvyšování teploty dochází k depolymeraci, k degradaci nadmolekulárního řetězce a přitom vznikají tuhé, kapalné a plynné složky. Rychlost tohoto děje, který se označuje jako pyrolýza, se zvyšuje se stoupající teplotou pyrolýzy a tím vzniká i více plynných zplodin.
2. Zapálení
Při zapálení je nutné rozlišovat mezi zapálením vnějším zápalným zdrojem zápalnou teplotou a samozapálením / samovznícením / bez vnějšího zápalného zdroje. Tento pochod je endotermický.
3. Hoření
Hoření je reakce látky s kyslíkem, při které se vyvíjí tepelná energie a světelné záření.
Jestliže je množství energie vzniklé spalováním plynných zplodin pyrolýzy větší než energie potřebná k pyrolýze vlákenného materiálu, plamen, který vznikl zapálením, hoří i po oddálení zápalného zdroje. [14]
6.3 Rozdělení materiálu podle hořlavosti
Když je uvolněná energie větší než spotřebovaná, materiál hoří, a naopak materiál je nehořlavý nebo samozhášecí, pokud je uvolněná energie menší než spotřebovaná.
vlákna hořlavá – hoří i po vyjmutí z plamene, např. bavlna, len, viskóza a polyakrylonitril vlákna samozhášecí – hoří, ale po vyjmutí z plamene zhasnou, např. vlna, přírodní hedvábí,
polyester, polyamid, polypropylen
vlákna nehořlavá – v plamenu se případně pouze taví, po vyjmutí z plamene ihned zhasínají, např. Polyvinylchlorid
Hořlavost textilních materiálů ovlivňuje řada faktorů, patří mezi ně chemické složení substrátu, fyzikální vlastnosti substrátu, sráživost, tavitelnost, geometrická struktura textilu.
Studie nehořlavosti textilních materiálů pro potahy autosedaček 27
6.3.1 Limitní kyslíkové číslo (= LOI – Limiting Oxigen Index)
Poskytuje důležité údaje o hořlavosti materiálů a účinnosti nehořlavých úprav.
Vyjadřuje nejnižší koncentraci kyslíku s dusíkem v %, která ještě stačí na to, aby materiál při podmínkách zkoušky hořel. Nízká hodnota limitního kyslíkového čísla znamená, že materiál hoří i při malém podílu kyslíku ve směsi. Vypočítáme ho pomocí vzorce:
[%]
Nízká hodnota LKČ znamená, že materiál hoří i při malém podílu kyslíku ve směsi.
6.4 Mechanizmus retardace hoření
Na zpomalení hoření polymerů existuje několik teorií.
Teorie vrstvy
Předpokládá vznik ochranného filmu na povrchu polymeru, který zabraňuje přístupu vzduchu k zóně hoření. Tuto ochrannou vrstvu jsou schopny tvořit anorganické sloučeniny, např. boritany.
Teorie ochlazování
Předpokládá odčerpávání energie ze zóny hoření uvolňováním a odpařováním vázané vody v retardéru hoření. Jedná se o vodu, která je přítomna např. v hydratovaných solích.
Teorie plynová
Vychází z toho, že některé retardéry hoření pro celulózová vlákna ve skutečnosti snižují teplotu pyrolýzy. Pyrolýza pak proběhne při nižší teplotě, takže se přednostně tvoří jednak uhlíkatý zbytek na úkor hořlavého levoglukosanu a jednak vznikají nehořlavé plyny a páry / N2 , CO2 /, které zřeďují okolní atmosféru a snižují tak přístup vzduchu k zóně hoření a koncentraci hořlavých zplodin v zóně hoření. Tímto mechanizmem působí většina anorganických solí a retardéry založené na organofosforečné bázi.
Teorie chemická
Byla nejdříve vypracována pro retardaci hoření celulózy a předpokládá ovlivnění teploty pyrolýzy a tím i ovlivnění průběhu pyrolýzy; v současné době je tato teorie akceptována i pro ostatní polymery. Např. zvýšením teploty pyrolýzy se stává vlákno termicky stabilnější a to je jedna z příčin, proč vlákna Nomex a Kevlar jsou relativně odolná vůči působení plamene. [14]
Studie nehořlavosti textilních materiálů pro potahy autosedaček 28
6.5 Rozdělení nehořlavých úprav
Úpravy se dělí podle trvanlivosti na dočasnou úpravu, polotrvalou a trvalou.
Dočasná nehořlavá úprava
Je to úprava vypratelná, používají se anorganické soli, které nemají stálost v praní a ve vodě. Při této úpravě dochází ke zhoršení omaku.
Polotrvalá nehořlavá úprava
Tato úprava je založena na esterifikaci, což je reakce alkoholu s kyselinou nebo s jejím derivátem za vzniku esteru vody. Tato úprava má určitou odolnost vůči praní, ale nevýhodou je vysoká ztráta pevnosti. Výhodou je, že se netvoří skvrny po vyloučených solích.
Trvalá nehořlavá úprava
Technologické předpisy pro tuto úpravu jsou uvedeny v informačních listech. Po kondenzaci této úpravy následuje technologické alkalické praní a oplach horkou a studenou vodou. Permanentní nehořlavá úprava je založena na přípravcích, jejichž součástí jsou různé sloučeniny fosforu. Touto úpravou se dociluje nehořlavosti, která musí být stálá nejméně 20 pracích cyklů. Limitní kyslíkové číslo = 33. [14], [16]
6.6 Zkoušení hořlavosti
Zohledňuje se, v jaké oblasti je textilie použita, protože existují rozlišné podmínky při jejím zapálení a hoření. Například vertikální uspořádání vzorku, které je vhodné u dekorační tkaniny, není vhodné pro podlahové krytiny. Proto se vzorek umísťuje tak, aby jeho poloha odpovídala účelu použití textilie.
Rozdělují se 4 geometrická uspořádání vzorku v prostou:
- Vodorovné (horizontální) - Svislé (vertikální)
- Šikmé - Obloukové
Dále se rozeznává způsob zapálení a to zapálení na hraně a zapálení plošné.
Studie nehořlavosti textilních materiálů pro potahy autosedaček 29
6.6.1 Horizontální metoda
Při této metodě je vzorek umístěn ve vodorovné poloze, šíření plamenu je zde nejpomalejší. Jako u jediné metody tu nevzniká tzv. komínový efekt (proudění ohřátého vzduchu zdola nahoru) jako u ostatních metod. Zapálení se provádí většinou na hraně. Princip zkoušky spočívá v tom, že se vzorek textilie upne do rámečku a provede se zapálení definovaným plamenem mikrohořáku po dobu 30 sec. Měří se doba hoření, dožeh a zuhelnatělá plocha.
6.6.2 Vertikální metoda
Zkušební vzorek je umístěn ve vertikální poloze a vystaví se účinkům zapalujícího zdroje. Pro hrubou orientaci hořlavosti sloužil původně test pomocí zápalek. V současnosti se tato metoda provádí tak, že je vzorek materiálu upevněn v rámu a definovaný plamen působí na hranu nebo plochu materiálu po dobu 2 sec. Měří se doba zhasnutí plamene, doba dohořívání žhnutím, jestli plamen dosáhl okraje vzorku, zda se vyskytla odpadlá část, plamenně hořící částice nebo otvor.
6.6.3 Šikmé uložení vzorku
Při této metodě se zkoušený materiál vystavuje působení přímého plamene. Vzorek se nejčastěji zapaluje pod úhlem 45° nebo 60°. Výsledek zkoušky je dán délkou zuhelnatění v mm, která je určena dotrhávací zkouškou. Pro tuto zkoušku se vzorek po provedeném stanovení nastřihne v polovině šíře do délky jedné třetiny zuhelnatělé plochy a do rohů vzniklých proužků se asi 5 mm od okrajů vpíchnou háčky. Háček s jedním proužkem se zavěsí na laboratorní stojan a na druhý háček se se zavěsí závaží hmotnosti podle ČSN 80 0824. Působením závaží se poškozená část vzorku roztrhne. Délka zuhelnatění je pak dána rozdílem mezi hodnotou délky původního vzorku a hodnotou zjištěnou změřením vzdálenosti od začátku neporušeného konce vzorku k místu jeho roztržení. Současně se sleduje, zda na zkoušeném vzorku probíhá žhnutí.
6.6.4 Oblouková metoda
Jde zde o zkoušení vzorku upnutého do půlobloukového držáku, který se na jednom konci vystaví plamenu hořáku. Na stupnici se odečítá úhel, do kterého zkouška prohořela a doba hoření. [14]
Studie nehořlavosti textilních materiálů pro potahy autosedaček 30
6.7 Provedené testy hořlavosti
Stejně tak, jako v automobilech, musí být bezpečná i sedadla ve veřejných dopravních prostředcích. V roce 2004 byl proveden, stavební a požární výzkumnou laboratoří amerického národního institutu standardů a technologie NISTIR, test hořlavosti pro osobní a vysokorychlostní vlaky. Cílem testu hořlavosti, bylo posoudit, do jaké míry dosahují výsledky různých plnohodnotných testů za pomoci ohně. Série testů hořlavosti na sedadla byla provedena se třemi zápalnými zdroji.
Pomocí hořáku na zapalování sedáku TB 133
Plynový hořák s výkonem 17kW je po dobu 10 - ti minut umístěn na sedáku. Vrchol tepelného proudění z ohně byl 0,24 kW/m. Teplota na vrchní vrstvě sedáku dosáhla 47°C.
a b c
Obrázek č. 14: a) sedadlo před testem b) během testu c) po testu[13]
Pomocí pískového plynového hořáku pod sedadlem
Výkon hořáku 25kW zvýšil teplotu na vrchní vrstvě sedáku na 53°C a tepelné proudění z ohně dosáhlo 0,46 kW/m.
Studie nehořlavosti textilních materiálů pro potahy autosedaček 31
a b c
Obrázek č. 15: a) sedadlo před testem b) během testu c)po testu [13]
Pomocí zapáleného pytle na odpadky
Zapálený pytel s odpadky vykazoval značné šíření plamene. Vrcholné proudění z ohně dosahovalo 27 kW/m. Teplota vrchní vrstvy sedáku dosahovala 341°C.
a b c
Obrázek č. 16: a) sedadlo před testem b) během testu c) po testu [13]
Závěr testu hořlavosti sedaček ve vlaku
Nejnebezpečnějším zdrojem zapálení sedačky ve vlaku se v tomto testu hořlavosti projevil pytel na odpadky. Zatímco u testu pomocí hořáku na zapalování sedáku TB 133 a testu pomocí pískového plynového hořáku se teplota vrchní vrstvy sedáku pohybovala kolem 50°C, u testu hořlavosti se zapáleným pytlem na odpadky dosáhla tato teplota 341°C.
Rozšířený plamen od zapáleného pytle na odpadky navíc poškodil i další sedačky, stěnu vlaku a rám okna. To se u ostatních dvou zkoušek nestalo.
Studie nehořlavosti textilních materiálů pro potahy autosedaček 32
Experimentální část
Experimentální část je založena na provedení zkoušek hořlavosti materiálů, dle příslušných norem v laboratoři hořlavosti, která se nachází na katedře oděvnictví Technické univerzity v Liberci.
Hlavním cílem, bylo otestovat nehořlavost poskytnutých materiálů, určených k výrobě autopotahů, dále také testování těchto materiálu s aplikovanou údržbou.
Před měřením byly připraveny zkušební vzorky z dodaných materiálů o určitých rozměrech, také byla zjištěna jejich plošná hmotnost, materiálové složení, druh plošné textilie, vazba a šíře materiálu.
Textilní materiály určené k výrobě autopotahů a které byly ke zkouškám hořlavosti použity, byly poskytnuty firmou Johnson Controls ve Strakonicích a další jejich pobočkou v České Lípě. Ze Strakonic byly poskytnuty materiály VIEW a ZARAH, na které nebyla při jejich výrobě aplikována žádná nehořlavá úprava, další dva materiály z České Lípy, Scotland a Aeromesh, nehořlavou úpravu mají.
Postupy k vykonání jednotlivých zkoušek hořlavosti na měřících zařízeních jsou podle norem ČSN EN ISO 15025 – Ochrana proti ohni a teplu, ČSN ISO 3795 – Stanovení hořlavosti materiálů použitých v interiéru vozidla a ČSN EN 1021-1 – Test hořlavosti pomocí žhnoucí cigarety.