Emsegurança contra incêndio de materiaisavaliação, a “densidade da fumaça” é um indicador quantitativo chave que mede a quantidade de fumaça produzida quando aquecida ou queimada. Está diretamente relacionado à visibilidade, probabilidade de evacuação de pessoal e dificuldade de resgate em caso de incêndio. Testar a densidade da fumaça de forma científica e precisa e compreender o sistema padrão por trás dela é a base para que cientistas de materiais, projetistas de produtos e reguladores de segurança tomem decisões. Este artigo analisará sistematicamente os princípios fundamentais, os métodos convencionais e os padrões de aplicação global de testes de densidade de fumaça.
A fumaça é um aerossol composto por partículas sólidas e líquidas suspensas no ar. O princípio fundamental do teste é quantificar a capacidade da fumaça de bloquear a luz, que é dividida principalmente em dois caminhos técnicos:
1. Método de atenuação de luz (método convencional)
Este é o método principal mais amplamente utilizado e padronizado. Baseia-se na lei de Lambert Beer, que afirma que a atenuação da luz que passa pela fumaça é proporcional à concentração da fumaça e ao comprimento do caminho.
·Princípio: Um feixe de luz paralelo de um comprimento de onda específico (normalmente luz branca ou uma banda específica) passa através de uma câmara de teste cheia de fumaça. Meça a relação entre a intensidade da luz transmitida (I) e a intensidade da luz inicial (I ₀).
·Parâmetros principais:
·Densidade Óptica (OD): DO=log ₁₀ (I ₀/I). Quanto maior o valor de DO, mais densa será a fumaça.
·Densidade Óptica Específica (Ds): Utilizada para comparar diferentes materiais a fim de eliminar a influência da espessura e área da amostra. Ds = (V / (A * L)) * OD， Onde V é o volume da caixa de fumaça, A é a área exposta da amostra e L é o comprimento do caminho óptico.
· Densidade de fumaça ou taxa de sombreamento: normalmente expressa em percentagem da perda de fluxo luminoso.
·Vantagens: Registro direto, contínuo e em tempo real do processo dinâmico de geração de fumaça, diretamente relacionado à diminuição da visibilidade durante um incêndio.
2. Lei da Qualidade
Avalie o volume de fumaça medindo a massa total de partículas em suspensão nos produtos de combustão.
·Princípio: Recolha toda a fumaça do filtro e aumente o peso do filtro.
·Padrão representativo: ASTM D4100.
·Características: Centra-se mais no rendimento mássico total da fumaça, mas sua correlação com a visibilidade óptica não é tão direta quanto o método de atenuação da luz e não consegue obter processos dinâmicos.
Método 1: Teste de densidade de fumaça estática (método NBS Smoke Box)
Trata-se de um teste realizado em ambiente fechado e estático, simulando o acúmulo de fumaça gerada pela combustão de materiais em um espaço limitado.
·Dispositivo de teste: O núcleo é uma caixa de fumaça cúbica selada (geralmente com dimensões internas de 914 mm × 914 mm × 610 mm, ou 3 pés cúbicos), que contém:
1. Um rack de amostras instalado verticalmente.
2. Fonte de calor padronizada: O modo de chama usa um queimador de propano/ar (altura da chama de cerca de 127 mm); O modo sem chama utiliza um cone de radiação de aquecimento elétrico (a intensidade da radiação é geralmente 25 kW/m² ou 50 kW/m²).
3. Sistema de caminho óptico vertical (fonte de luz e receptor fotoelétrico).
4. Sistema de exaustão e limpeza.
·Processo de teste: A amostra é exposta a uma fonte de calor selecionada e a cronometragem começa. Meça e registre continuamente as mudanças na transmitância ao longo do tempo, geralmente por 20 minutos. Registre o valor máximo de densidade de fumaça (transmitância mínima) e a curva de densidade de fumaça de todo o processo.
·Saída principal:
·Densidade óptica específica máxima (Ds max)
·Tempo para atingir a densidade máxima de fumaça
Método 2: Teste Dinâmico de Densidade de Fumaça (Parâmetros de Fumaça Derivados do Calorímetro Cone)
O Calorímetro Cone é uma das ferramentas mais poderosas na ciência do fogo, que testa materiais e simula o desenvolvimento de cenários de incêndio em um ambiente de fluxo de ar aberto, controlável e dinâmico.
·Dispositivo de teste: Integrado com sistema de feixe laser ou LED e fotodetector em calorímetro cônico padrão (ISO 5660-1, ASTM E1354), localizado no duto de exaustão.
·Processo de teste: A amostra é inflamada (ou inflamada espontaneamente) sob um fluxo de calor de radiação definido (como 25, 50, 75 kW/m²), e os produtos de combustão são retirados por um ventilador a uma vazão constante. Medição em tempo real da opacidade da fumaça em tubulações por meio de feixe de luz.
·Saída principal (parâmetros dinâmicos):
·Taxa de Produção de Fumaça (SPR): Quantidade de fumaça produzida por unidade de tempo (expressa em área específica de extinção, m²/s). SPR = (V / L) * (d(OD)/dt), Onde V é a vazão volumétrica.
·Fumaça Total Liberada (TSR): Integral da SPR ao longo do tempo (m²) ao longo de todo o processo de combustão.
·Área Específica de Extinção (SEA): Quantidade de fumaça produzida por unidade de perda de massa (m²/kg), SEA=ATR/perda de massa. Este é um parâmetro chave para avaliar a “toxicidade da fumaça” do próprio material.
·Representantes da norma: ISO 5660-4 (especificamente para medição de parâmetros de fumaça), ASTM E1354 (incluindo seção de medição de fumaça).
Diferentes indústrias e regiões adotaram diferentes padrões de teste e critérios de qualificação com base em cenários de aplicação de produtos.
| Número padrão | Nome padrão | método de teste | Principais áreas de aplicação | Principais resultados e notas |
| ASTM E662 | Método de teste padrão para densidade óptica específica de fumaça gerada por materiais sólidos | Estática (caixa de cigarros NBS) | Materiais de construção, materiais de interior (aviação, ferrovia), invólucros de equipamentos eletrônicos | Ds max。 Amplamente utilizado nos Estados Unidos, os materiais de aviação da FAA devem ser testados. |
| ISO 5659-2 | Plásticos — Geração de fumaça — Parte 2: Determinação da densidade óptica por um teste de câmara única | Estático (caixa de fumaça aprimorada) | Aplicável internacionalmente, especialmente na Europa e no trânsito ferroviário (referenciado na EN 45545) | Ds (4), Ds (16), VOF4 (produção total de fumaça em 4 minutos). |
| GB/T 8323.2 | Geração de fumaça plástica - Parte 2: Determinação da densidade óptica pelo método de câmara única | Estático (equivalente a ISO 5659-2) | Vários materiais na China | Igual à ISO 5659-2. |
| ISO 5660-4 | Ensaios de reação ao fogo — Liberação de calor, produção de fumaça e taxa de perda de massa — Parte 4: Medição da taxa de produção de fumaça | Dinâmico (calorímetro de cone) | Pesquisa e desenvolvimento, comparação de materiais, entrada de modelo de incêndio, certificação de produtos de alta qualidade | SPR, TSR, SEA。 Fornece as informações dinâmicas mais ricas. |
| CEI 61034-1/-2 | Medição da densidade de fumaça de cabos queimados sob condições definidas | Caixa de fumaça de cabo grande (~1m³) | Padrão global para a indústria de fios e cabos | Valor mínimo de transmitância. Teste a produção de fumaça de todo o cabo sob chamas específicas. |
| EN 45545-2 | Aplicações ferroviárias - Proteção contra incêndio em veículos ferroviários - Parte 2: Requisitos para comportamento ao fogo de materiais e componentes | Padrões de sistema, referenciando ISO 5659-2, IEC 61034, etc. | Normas obrigatórias da UE para materiais de trânsito ferroviário | De acordo com o nível de risco (HL1-HL3), existem limites estritos de Ds max, TSR, etc. |
| NFPA 258 | Método de teste de pesquisa padrão para determinar a geração de fumaça de materiais sólidos | estático | Campos relacionados da American Fire Protection Association | O método básico é semelhante ao ASTM E662. |
A escolha depende do uso final do produto, das regulamentações do mercado-alvo e da profundidade de informações necessária.
1. Conformidade e acesso ao mercado:
·Os produtos vendidos para o trânsito ferroviário da UE devem ser submetidos a testes ISO 5659-2 de acordo com EN 45545-2.
·O produto é um fio e cabo, e o relatório IEC 61034 geralmente é exigido em todo o mundo.
·O produto é um material para interior de aeronave que atende aos requisitos da FAA, geralmente ASTM E662.
·A certificação contra incêndio no mercado chinês geralmente exige conformidade com GB/T 8323.2.
2. Pesquisa e triagem de materiais:
·Na fase inicial de pesquisa e desenvolvimento, a ISO 5660-4 (calorímetro cônico) é a melhor ferramenta para compreender o comportamento de combustão e geração de fumaça dos materiais. Ele pode fornecer curvas SPR para ajudar a identificar picos de produção de fumaça e estágios de combustão, além de correlacionar a análise com a taxa de liberação de calor (HRR).
3. Testes estáticos versus dinâmicos:
·O teste estático (caixa de fumaça NBS) simula uma cena de fumaça fechada e acumulada, e o resultado é um valor extremo do “pior cenário”, adequado para conformidade regulatória e classificação.
·Testes dinâmicos (calorímetro cônico) simulam cenários de ventilação e incêndio, resultando em dados dinâmicos contínuos que refletem melhor o processo de desenvolvimento dos riscos de fumaça em incêndios reais.
Testar a densidade do fumo dos materiais está longe de obter um simples “valor máximo de densidade do fumo”. É um processo sistemático de avaliação científica que combina física óptica, química de combustão e engenharia padrão.
A estratégia correta para desenvolvedores de materiais e fabricantes de produtos é:
1. Esclarecer o objetivo: a primeira prioridade é esclarecer se se trata de cumprir regulamentações obrigatórias ou de realizar pesquisa interna e otimização de desenvolvimento.
2. Compreender os padrões: Realize pesquisas aprofundadas sobre os padrões de teste específicos (métodos, condições, indicadores de julgamento) referenciados pelo mercado-alvo.
3. Faça bom uso das ferramentas: Combine testes de conformidade estáticos com ferramentas dinâmicas de análise de P&D. Compreender profundamente o comportamento do material e otimizar formulações (como selecionar borato de zinco supressor de fumaça eficiente) usando um calorímetro cônico (dinâmico); Obtenha relatórios de conformidade utilizando caixas de cigarros padrão (estáticas) e abra a porta para o mercado.
4. Interpretação dos dados: Concentre-se em toda a curva do processo de geração de fumaça, não apenas no valor máximo. Por exemplo, um material pode ter um Ds max elevado, mas alcançá-lo muito tarde, enquanto outro material tem um Ds max médio, mas produz fumo muito rapidamente, e este último pode ter um risco inicial maior.
Através deste sistema científico de testes e avaliação, você pode não apenas garantir que seus produtos atendam aos requisitos de acesso ao mercado global, mas também projetar e desenvolver materiais avançados que sejam mais seguros em incêndios reais e economizem um tempo valioso para a evacuação de pessoal. Seus materiais ou produtos precisam ser certificados de acordo com padrões específicos de densidade de fumaça? Ou você deseja avaliar e otimizar sistematicamente o desempenho da supressão de fumaça durante a fase de pesquisa e desenvolvimento? Podemos fornecer um conjunto completo de serviços de teste de densidade de fumaça cobrindo os principais padrões globais, como ASTM, ISO, IEC, GB, etc., combinados com calorímetro cônico para análise do comportamento de combustão profunda, para salvaguardar a segurança e a conformidade de seus produtos.
