Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Fakulta lesnická a dřevařská BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Fakulta lesnická a dřevařská Ústav nauky o dřevě BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Odolnost dřeva vůči ohni v závislosti na tloušťce materiálů Brno 2006 Pavel Husek 2

2 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Odolnost dřeva vůči ohni v závislosti na tloušťce materiálů zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. V Brně dne: Pavel Husek 3

3 Poděkování: Mé poděkování patří především panu Ing. Jiřímu Holanovi, Ph.D. z Ústavu nauky o dřevě, za odborné vedení, cenné připomínky a náměty k bakalářské práci. Dále bych chtěl poděkovat Ing. Daniele Tesařové Ph.D. z Ústavu nábytku, designu a bydlení za to, že mi umožnila vykonávat zkoušku v laboratoři. Poděkování patří i mým rodičům, kteří mi umožnili studovat na Mendelově zemědělské a lesnické univerzitě v Brně za účinnou podporu během studia. 4

4 Název bakalářské práce: Odolnost dřeva vůči ohni v závislosti na tloušťce materiálů Jméno a příjmení: Pavel Husek Abstrakt Bakalářská práce se zabývá porovnáním odolnosti neošetřeného smrkového dřeva vůči působení plamene v závislosti na tloušťce materiálu. Potřebné hodnoty pro stanovení doby prohoření zkušebního vzorku za působení plamene získáme pomocí provedení zvolené zkoušky dle normy ČSN změny b Stanovení stupně hořlavosti stavebních hmot, kde jsme nechali působit plamen, až do úplného prohoření zkušebního vzorku. Pro tuto zkoušku byly požity vzorky ze smrkového dřeva o tloušťce 5, 10, 15, 20 mm a rozměrech 100 x 200 mm. Sledují se zde hmotnostní úbytky, vizuální změny a především doba, kdy dojde k prohoření zkušebního vzorku. Po provedení zkoušky bylo zjištěno, že čím je větší tloušťka materiálu, tím déle materiál odolává působení plamene. Dále bylo zjištěno, že hustota a vlhkost nemají vliv na dobu prohoření dřeva. Klíčová slova: dřevo, Picea abies (L.) Karst, hoření, hmotnostní úbytky, doba prohoření. 5

5 Title of the bachelors work: The fire resistence of wood depended on thickness of material. Name: Pavel Husek Abstract The bachelors work is intrested in the comparsion of the fire resistence of the spruces wood, which is not treatemented by anti-fire facilites, depended on thickness of material. We will acquire the necessary values for determine the time of burn through the sample through the realizaton of the elective experiment by standard ČSN změny b Stanovení stupně hořlavosti stavebních hmot, where we let the flame work until the sample is burned through. For experiment were used samples with width 100 mm, lenght 200milimertres, thickness 5, 10, 15,20 mm. There is followed the weight decline, the visual transformations in the the work and especialy the time which is needed to burn through sample. By the experiments was established, that increasing thickness of sample means that the material resist the flame longer. There is not influence of density and wetness to time which is needed to burn through sample. Keywords: wood, Norway spruce, burning, weight declines, burn through time. 6

6 Obsah 1 Úvod Cíl práce: Proces hoření dřeva Vlastnosti plamene Teplota plamene Laminární a turbulentní proudění Svítivost plamene Rychlost šíření plamene Termolitycká degradace polysacharidů a ligninu Termolýza celulózy Termolýza hemicelulózy Termolýza ligninu Materiály a metody používané k zjišťování hořlavosti Laboratorní testovací metody pro stanovení hořlavosti ČSN Stanovení stupně hořlavosti stavebních hmot ČSN Změna b Stanovení stupně hořlavosti stavebních hmot Metoda DIN Další metody zkoušení hořlavosti Zkouška zapalitelnosti podle ČSN EN ISO Výběr metody Zkušební zařízení Zkušební vzorky Postup zkoušky Vyhodnocení zkoušky Výsledky jednotlivých zkušebních vzorků Skupina zkušebních vzorků o tloušťce 5 mm smrk ztepilý Skupina zkušebních vzorků o tloušťce 10 mm smrk ztepilý Skupina zkušebních vzorků o tloušťce 15 mm smrk ztepilý

7 6.4 Skupina zkušebních vzorků o tloušťce 20 mm smrk ztepilý Srovnání času prohoření zkušebních vzorků Diskuse Závěr Summary Seznam použité literatury Přílohy Fotodokumentace průběhu hoření u vzorku o tloušťce 5 mm Fotodokumentace průběhu hoření u vzorku o tloušťce 10 mm Fotodokumentace průběhu hoření u vzorku o tloušťce 15 mm Fotodokumentace průběhu hoření u vzorku o tloušťce 20 mm Tabulky hodnot

8 1 Úvod Proces hoření byl jedním z prvních jevů, který lidstvo využívalo už na začátku svojí existence. Z počátku ho člověk používal k úpravě potravin a k ohřevu, později se tento děj naučil ovládat a měnit energii hořící soustavy na jiné druhy energie, např. mechanickou, elektrickou apod. (Bučko, Osvald, 1998). Představy člověka o hoření se měnily souběžně s jeho vyvíjecími se znalostmi o přírodě. Řekové věřili, že každý prvek (živel) má dvě vlastnosti. Oheň pokládaly za prvek (živel), který je horký a suchý, vzduch horký a mokrý. Později nastupuje flogistonová teorie (15-16 století), která vysvětluje, že hořlavé látky obsahují flogiston. Příčinou hoření byl právě flogiston, který se uvolňoval z látek v podobě tepla a světla. Tyto představy se udržely až do r. 1661, kdy R. Boyle popisuje hoření a popírá teorii Řeků. Poukazuje na to, že při hoření látek se sice tvoří voda (pára), dým (vzduch), ale to neznamená, že by látky před hořením uvedené složky musely obsahovat. N. M. Lomonosov (1744) vyvrací teorii flogistonu a pokouší se vysvětlit příčinu uvolňování tepla v průběhu hoření na základě experimentů.ve svých pokusech kladl důraz na měření hmotnosti a dokázal, že hořením látka na hmotnosti neztrácí, ale právě naopak hmotnost se zvětšuje. Vyslovil názor, že kovy hořením zvětšují svoji hmotnost, protože se slučují se vzduchem (kyslík ještě nebyl objevený). V r Francouz Lavoisier opakoval Lamonosovy pokusy a dospěl k závěru, že při hoření se s kovem slučuje pouze určitá část vzduchu, přesně jen jedna pětina tedy kyslík. Tak byly položeny základy nauky o hoření. Postupem času na základě práce mnohých vědců (zde je potřeba vzpomenout Angličana Davyho studium plamene svíčky a Faradaye s jeho do teď známým pokusem), vznikla věda o hoření (Bučko, Osvald, 1998). Tepelná degradace dřeva je ovlivněna především: chemickými vlastnostmi (chemické složení, tj. podílem celulózy, hemicelulózy, ligninu a doprovodných složek dřeva); fyzikálními vlastnostmi (vlhkost, tepelná vodivost, měrná teplota); mechanickými vlastnostmi (snížení pevnostních vlastností v důsledku výskytu trhlin); atmosféra okolí (koncentrace hořlavých zplodin, rychlostí a směrem proudění vzduchu); antipyrogenní úprava povrchu dřeva. 9

9 Termický rozklad dřeva probíhá přes celý komplex chemické reakce spojených s procesy přenosu hmoty a tepla, což značně komplikuje popisování mechanismů degradace. Charakteristiku rozkladu dřeva teplem za přítomnosti vzduchu (kyslíku) a nebo bez přístupu vzduchu do značné míry ovlivňuje chemické složení lignocelulózového materiálu (chemické složení dřeva) (Bučko, Osvald, 1998). 10

10 2 Cíl práce: Cílem práce je zjištění a porovnaní odolnosti neošetřeného masivního smrkového dřeva (Picea abies (L.) Karst.) vůči ohni v závislosti na tloušťce materiálu (5, 10, 15, 20 mm). Zkušební vzorky jsou opracovány frézováním. Sledují se zde především hmotnostní úbytky, vizuální změny a doba prohoření vzorku. Pro výše uvedený cíl je nutno stanovit vhodný metodický postup, který bude umožňovat provedení dané zkoušky. Metodický postup bude založen na principu dle normy ČSN změny b Stanovení stupně hořlavosti stavebních hmot. Tato norma bude modifikována tak, aby bylo možné stanovit dobu, kdy dojde k prohoření zkušebního vzorku. 11

11 3 Proces hoření dřeva Různé materiály reagují na zvýšení teploty různě. Některé vstupují do reakce s kyslíkem (hořlavé materiály) a jiné zase ne (nehořlavé materiály). Všechny látky reagují na dodávku tepelné energie změnou vnitřní energie. Jestliže je látka v pevném skupenství, změna se projeví ve formě tepelné roztažnosti. V případě, že látka obsahuje vodu, dochází k sušení. Některé látky reagují změnou krystalické struktury, která může vyvrcholit a často i vyvrcholí, změnou skupenství. Dřevo patří mezi materiály, u kterých vyvrcholením reakce je hoření. Všechny hořlavé materiály se nechovají stejně. Jedna skupina materiálů vstupuje do reakce s kyslíkem přímo, druhá až po předcházejícím termickém rozkladu. Do této druhé skupiny materiálů patří i dřevo. Reakce dřeva na oheň se vyznačuje poměrně malou tepelnou roztažností v porovnání s jinými materiály (např. kovy). Při tepelném namáhání dochází zároveň k vysušení dřeva, což vede k dalším jevům (vznik napětí a trhlin), které mohou ovlivňovat reakci na oheň (Javořík, 1999). Hoření je nejintenzivnější a součastně i nejnebezpečnější fází termické degradace dřeva. Při požárech v lesích, na skladech kulatiny, v budovách a v různých nadzemních i podzemních objektech, dochází k znehodnocování surovinných zdrojů, nehnutelných a hnutelných výrobků z masivního dřeva nebo z jeho různých kompozitních a panelových kombinací, ale i k znehodnocení nedřevěných materiálů typu textilií, plastů a často i materiálů nehořlavých, z minerálů a kovů, především lidským ztrátám v důsledku uhoření, udušení apod. (Reinprecht, 2001). Proces hoření lze rozdělit do tří fází: Iniciace: Vzplanutí. Propagace: Šíření plamene a intenzivní termický rozklad dřeva spojený s exotermickými reakcemi. Pro tuto fázi je typická tvorba hořlavých plynů a jejich termooxidační reakce s kyslíkem s produkcí tepelné i světelné energie. Terminace: Bezplamenné hoření dřeva po předcházejícím ústupu plamenného hoření, až po úplný útlum hoření. 12

12 N základě součastných poznatků se dá vyslovit následující definice hoření dřeva:,,hoření dřeva je chemický proces, při kterém plynné produkty vznikají po čase prvního termolitického rozkladu polysacharidů a ligninu (resp. podle druhu dřeva a také doprovodných látek), reagují s kyslíkem v exotermických reakcích za uvolňováním tepelné i světelné energie (Reinprecht, 2001). Podmínkou hoření dřeva je trvalá stabilita tzv. Faradayova trojúhelníku hoření: hořlavý materiál zdroj tepla kyslík. Z tohoto trojúhelníka odvodil Košík a kol. (1986) rotační model hoření (obr. 1), který znázorňuje vzájemné provázání děje pro celkový průběh hoření: rozklad makromolekulární látky (polysacharid, lignin) na prachové produkty; přeměna hořlavých prchavých produktů na reaktivní částice plamene a tvorbu tepelného a světelného záření; rozdělení tepla jednak zpět k povrchu makromolekulární látky a jednak do okolí. Q 2 nehořlavý zbytek Q 2 teplo polymer teplo A RH B voda, CO, CO 2 RH Q 1 aktivní částice plamene Q 2 D teplo C Q 2 ztráty Obr. 1: Rotační model hoření makromolekulových látek (dřeva) (Reinprecht, 2001) 13

13 Do boxu A vstupuje polymer a teplo z vnějšího zdroje. Za přítomnosti kyslíku nebo jiného oxidujícího plynu podléhá materiál termooxidačnímu rozkladu s uvolněním tepla, vzniká z něho plynné palivo (RH) a nehořlavé produkty, které jsou plynné nebo pevné. V boxu B se palivo (RH) vlivem kyslíku a tepla přeměňuje na aktivní částice plamene, (atomární kyslík, vodík atd.), přičemž součastně vznikají další nehořlavé produkty (CO 2 voda, případně saze). Z aktivních částic za spoluúčasti paliva (RH) vzniká v boxu C značné množství tepla, které snížené o ztráty, se v boxu D rozděluje mezi boxy A a B. Je zřejmé, že pro ustálení hoření plamene (bez vnějšího zdroje tepla), musí dosáhnout tepelné toky Q 1 a Q 2 takovou hodnotu, aby rychlosti rotace dvou hlavních cyklů (A, B, C, D, A a B, C, D, B) byly dostatečně velké a součastně synchronizované. To znamená, že rychlosti přívodu a odvodu hmoty, resp. energie do jednotlivých boxů a z nich musí být v rovnováze. Intenzifikace kteréhokoliv vstupu do některého boxu, vyvolá zrychlení příslušného cyklu a tím i rychlosti ohřívání vzorku. Pro různé způsoby hoření materiálů lze rotační model odpovídajícím způsobem upravit. Např. při hoření cigarety nebo dřevěného uhlí je množství plynných produktů velmi malé. V tomto případě se box B stává součástí boxu D a cyklus se uzavírá ve smyslu rotace A, C, D, A (bezplamenné hoření) (Reinprecht, 2001). 3.1 Vlastnosti plamene Plamen může být definován i jako plynový objem, ve kterém probíhá proces hoření par a plynů. Můžeme ho rozdělit na dvě části: vnitřní, který obsahuje pásmo nehořlavých plynů a par; vnější, pásmo hořících plynů a par Teplota plamene Teoretická teplota plamene je maximální teplota, které se dosahuje při spalování technických paliv nebo látek při požáru vznikajících. 14

14 Skutečná teplota hoření je vždy nižší. Ke snížení dochází v důsledku disociace CO 2 a H 2 O, děj probíhá s tepelnými ztrátami, hoření se neuskutečňuje přesně s teoreticky potřebným množstvím vzduchu. Teplota hoření je závislá na složení spalin a je vždy vyšší tam, kde převažuje obsah dvojatomových plynů s nízkým molovým teplem. Teploty plamene se pohybují od 500 do více než 5000 C. Tab. 1: Teploty plamene některých tepelných zdrojů (Bučko, Osvald, 1997) Tepelný zdroj Teplota [ C] Plynový hořák Lihový hořák Hořící zápalky Hořící svíčka Cigareta Laminární a turbulentní proudění kritérium: O laminárním a turbulentním proudění rozhoduje Reynoldsové bezrozměrové vdr R e = h v rychlost proudění [m. s -1 ]; d průměr [m]; r hustota [kg. m -1 ]; h dynamická viskozita [kg. m -1. s -1 ]. Při R e větším než 2300 je plamen turbulentní. V laminární oblasti je výška plamene přímo úměrná rychlosti proudění pohybu hořlavých plynů a par. Tento plamen vzniká jen při velmi malé ploše hoření a malých příčných řezech proudění plynů. Vyskytuje se v ohništi jako je plynový hořák, svíčka atd. Při zvyšování rychlosti pohybu hořlavých plynů a par se výška plamene zvyšuje, dokud 15

15 nedosáhne kritické rychlosti. Špička plamene se při tom stane nestálou a začne pulzovat. Při dalším vzrůstání rychlosti (nad kritickou rychlost) se laminární proudění narušuje a vzniká proudění turbulentní. Při turbulentním proudění, vnikající pulzační rychlost začíná měnit rovný povrch plamene tak, jako by se dělil na jednotlivé objemy. Přitom, čím větší je rychlost proudění plynů a par, tím blíže k povrchu hořlaviny začíná turbulence. Tato změna tvaru plamene zapříčiňuje zvětšení celkového povrchu plamene a urychluje hoření Svítivost plamene Svítivost plamene je jev, ke kterému dochází při hoření organických látek. Podle svítivosti rozeznáváme: Plamen svítivý při nízkém obsahu kyslíku v organické látce (pod 50%), v plameni se objevuje volný uhlík a plamen se stává svítivý. Plamen nesvítivý hořlavá látka obsahuje 50% a více kyslíku, uhlík zhoří a v plameni se nevyskytuje. Nesvítivý plamen má bleděmodré zbarvení a na denním světle je těžko pozorovatelný. Plamen čadivý organická látka neobsahuje kyslík, anebo jen jeho nepatrné množství (a obsah uhlíku v jeho složení převyšuje 60%), uvolňují v plameni také množství volného uhlíku, které nestačí shořet a vylučuje se ve formě sazí Rychlost šíření plamene Při hoření rozlišujeme dvě složky rychlosti: rychlost šíření plamene (u 1 ) způsobená průnikem ohřátých produktů do neshořené směsi; rychlost hoření (u 2 ) rychlost, kterou proniká plamen do neshořené směsí. Hmotnostní spalovací rychlost v m se vyjadřuje v hmotnostních jednotkách látky spálených za jednotku času na jednotku průřezu [kg. m -3. s -1 ]. 16

16 Lineární rychlost v o je určena vztahem: v 0 = v m / ρ [m. s -1 ] ρ hustota výchozí hořlavé směsi [kg. m -3 ]. (Bučko, Osvald, 1997) Tab. 2: Rychlost hoření tuhých materiálů (Bučko, Osvald, 1997) Název Střední rychlost hoření [kg. m -3. s -1 ] Dřevo (14% vlhkosti) 50 Přírodní kaučuk 30 Fenoplasty 10 Papír 30 Žak, Reinprecht (1998) uvádí, že při požáru dřevo postupně od povrchu odhořívá rychlostí cca 0,7-1 mm.min -1. Dřevo tedy ztrácí svou pevnost postupně. 17

17 4 Termolitycká degradace polysacharidů a ligninu Termolitické reakce se uskutečňují při zvýšené teplotě dřeva. Jsou to reakce charakteru hemolytického i heterolytického za vzniku různých meziproduktů a produktů. Vlastní průběh termolytické reakce je ovlivněný především: intenzitou přiváděného tepla; katalickými příměsemi především typu anorganických látek, tj. např. minerálie; aditiva (retardéry hoření, biocidy, tvrdidla lepidel, ) nebo emisí; podmínkami přístupu kyslíku ke dřevu (obr. 2). Obr. 2: Vliv tepla, anorganických látek a přítomnost kyslíku na průběh termické degradace dřeva (Reinprecht, 2001) 18

18 Rozdělení termolytických reakcí jednotlivých polymerů dřeva (celulózy, hemicelulózy, lignin) do dvou základních skupin podle Shafizadeha (1984) vzhledem k limitní teplotě 300 C. a) Pří teplotě do 300 C se uskutečňují hlavně následující reakce: štěpení vazeb v makromolekulách polysacharidů spojené s poklesem polymeračního stupně; eliminace (dehydratace) vody; eliminace kyseliny octové z hemicelulóz; štěpení vazeb mezi ligninem a hemicelulózami; tvorba volných radikálů; tvorba karbonylových, karboxylových a hydroperoxidových vazeb; tvorba oxidů uhlíku (CO a CO 2 ); vytvoření reaktivního uhlíkatého zbytku. b) Při teplotě nad 300 C se uskutečňuje hlavně následující reakce: depolymerace celulózy za vzniku anhydromonosacharidů, např. levoglukozanu (1,6-anhydro-β-D-glukopyranóza); štěpení vazeb C-C, C-O, i jiných, za tvorby různých nízkomolekulárních prchavých látek (H 2 O, CO,CO 2, metanol, formaldehyd, acetaldehyd, aj.); repolymerace rozkladných meziproduktů celulózy ligninu za tvorby kondenzovaných látek typu dehtů a karbanového zbytku s vysokým podílem uhlíku (Reinprecht, 2001). Kyslík má ve všeobecnosti podpůrný vliv na intenzitu termolýzy komponentů dřeva, což se spojuje hlavně s možným nástupem exotermických termooxidačních reakcí již při nižších teplotách (Balog a Košík 1985). V daném smyslu, zvýšením přívodu vzduchu k dřevu, se urychluje jeho termický rozklad (obr. 2). Naopak, v inertní atmosféře (např. v dusíku N 2 ) se termické degradace dřeva zpomalují (Reinprecht, 2001). Dřevo nehoří přímou reakcí kyslíkem. První změny v tuhých materiálech, které předcházejí hoření (tzv. iniciační stupeň), se týkají akumulace tepla dodaného určitým zdrojem. Teploty do 150 C podněcují odpařování vody. Nad 160 C se projevuje vlivem postupujících dehydratačních reakcí pomalý rozklad (endotermické povahy). V intervalu 19

19 180 až 210 C už pozorujeme intenzivní rozklad, uvolňuje se velké množství prchavých produktů. Tvoří se hořlavé plyny, které při dostatečné koncentraci a teplotě vzplanou. Začátek exotermického rozkladu nastává při 270 až 280 C. Při tomto procesu se uvolňuje velké množství tepla, které v podmínkách vylučováním ztráty do okolí, je schopné vyvolat hoření bez ohřevu. Tepelným rozkladem se styková vrstva dřeva a energického zdroje mění na dřevěné uhlí, které dosahuje teploty 400 až 500 C. Po shoření dřeva zůstává 0,5 až 1 % podíl popela obsahující převážně anorganické prvky (Ca, K, Mg, Na). Množství popela i jeho složení závisí na dřevině, věku stromu, poloze v kmeni a na stanovišti stromu (Javořík 1999). Ze značného počtu exotermických výsledků Sanderman a Augustin 1963, Nassar a Mackey 1984, Shafizadeh 1984, Košík 1987, ), ke kterým se dospělo pomocí termických analýz (DTA diferenciální termická analýza, TG termogravimetrie, DTG diferenciální termogravimetrie), plynové chromatografie, IČ spektroskopie, kónického kalorimetru, kyslíkového čísla a jiných metod, je zřejmé, že termicky nejlabilnějším komponentem dřeva jsou hemicelulózy a naopak nejstabilnějším je lignin (Reinprecht, 2001). Dřevo celulózy sacharydická část (43 52 %) Hlavní složky hemicelulóza (polymery) (20 35 %) % aromatická část lignin (20 35 %) polymery Doprovodné organické složky (3 10%) monomery (akcesorické, extraktivní) aromáty Obr. 3: Chemické složky ve dřevě 20

20 4.1 Termolýza celulózy Celulóza je odolnější než hemicelulóza. Při teplotách do 150 C se z celulózy odpařuje koloidně vázaná voda (endotermický proces). Výsledkem je pokles polymeračního stupně a nárůst krystalického podílu (Fengel, 1967). Termooxidační homolitycké radikálové depolymerizační reakce se zvýrazňují při teplotě nad 150 C. Laktony a jiné oxidované formy celulózy se rozkládají dekarbonilací a dekarboxylací za tvorby oxidu uhelnatého (CO) a oxidu uhličitého (CO 2 ), ale i dehydratací za tvorby vody (H 2 O). Komplexnější proces dehydratace celulózy nastává hlavně v její amorfní oblasti v rozmezí teplot 180 až 270 C. Při teplotě nad 300 C se makromolekula celulózy dostává do flexibilnějšího stavu, který umožňuje degradaci celulózy, která se projevuje narušením vazeb v základním řetězci podle radikálového mechanismu, koncový článek celulózy se mění na levoglukozan. Levoglukozan vzniká hlavně z krystalické celulózy. Při postupném zvyšování teploty do oblasti 500 C se zvyšují buď reakce, při kterých se levoglukozan přeměňuje na hořlavé plyny, CO, CO 2, a H 2 O, nebo reakce vedoucí více k tvorbě dehtových látek a zuhelnatého zbytku (Reinprecht, 2001). 4.2 Termolýza hemicelulózy Termolýza hemicelulózy je v porovnání z termolýzou celulózy podstatně intenzivnější už při relativně nízkých teplotách. Její rozklad nastává už do 170 C. Maximální míra rozkladu byla zaznamenána při teplotách 250 až 300 C (Reinprecht, 2001). 4.3 Termolýza ligninu Termolýza ligninu je komplikovaný proces, při kterém se prolínají nejrůznější štěpení, ale i kondenzační reakce. Pří ohřevu ligninu v oblasti teploty 100 až 180 C dochází nejprve k jeho plastifikaci (endotermická fáze). Další fáze jsou spojené 21

21 s průběhem různých chemických reakcí a mají převážně exotermický charakter (Reinprecht, 2001). Aktivní rozklad ligninu probíhá při teplotě 300 až 400 C. Rozrušuje se struktura makromolekul a uvolňují se prchavé produkty. Rychlost jejich tvorby je nižší než u celulózy. Se zvyšováním teploty se rychlost rozkladu zpomaluje a dochází k akumulování kondenzujících aromatických struktur v tuhé fázi (Javořík, 1999). Při teplotách nad 400 C se nerozložené meziprodukty ligninu přeměňují v značné míře i na dehtové látky, v závislosti od reakčních podmínek (Reinprecht, 2001). Rozdílná odolnost základních stavebních složek dřeva se projeví nejen u rozdílných dřevin, ale i v jednotlivých vrstvách buněčné stěny. Dá se předpokládat, že termický rozklad buněk bude postupovat od lumenu směrem ke střední lamele, která má největší obsah ligninu a je termicky nejodolnější. Různost rozkladu základních složek dřeva a různost charakteristických reakcí při jednotlivých teplotních intervalech způsobuje diferenciaci procesu hoření na několik etap (tab. 3). 22

22 Tab. 3: Etapy termické degracace dřeva při různých teplotách (Reinprecht, 2001) Teplota Fáze hoření Komentář Druh rozkladu 900 C 800 C Hoření plynných produktů rozkladu 700 C (již od samo vznícení C) 600 C Dohasínání uhlí 500 C 400 C Rozklad krystalické celulózy 300 C 200 C Samovznícení plynů Bod vzplanutí Zapálení a hoření bez vnějšího zdroje Krátké vzplanutí Rozklad vláknité struktury Měknutí ligninu, rozklad celulózy a hemicelulózy 100 C 0 C při vnějším zdroji Reakce s O2, tvorba trhlin, zvětšení povrchu Horní hranice Sušení tepelné únosnosti Produkt termického rozkladu Tvorba popela Konec uhelnění Tvorba dýmu z dehtových kapek Začátek uhelnatění Začátek tvorby plynů Plynné látky (především pára) Změna vlastností Nevratné ztráty pevnosti Zvyšování pevnosti vlivem poklesu vlhkosti 23

23 5 Materiály a metody používané k zjišťování hořlavosti Hořlavost nelze jednoznačně definovat jako fyzikální veličinu. I když v současné době díky výpočetní technice existuje řada matematicko-fyzikálních modelů hoření tuhých materiálů, jejich aplikace na dřevo a materiály na bázi dřeva není zatím možná. Při hoření dřeva působí řada faktorů, které nelze do existujících modelů zařadit. Z toho plynou problémy se stanovením metody pro měření hořlavosti. Pro stanovení hořlavosti se tedy musí použít fyzikálních veličin, které mohou charakterizovat změny dřeva vystaveného teplu nebo hoření. Jde především o úbytek hmotnosti zkušebního vzorku vystaveného tepelnému namáhání, vznikajícímu teplu, spotřebě kyslíku a další. Dále je velmi obtížné přesně stanovit způsob a podmínky tepelného zatížení zkušebního materiálu. Používají se různé tepelné zdroje s rozdílnými parametry, liší se i tvar a rozměry zkušebních vzorků pro jednotlivé metody. Jsou dvě hlavní skupiny tepelných zdrojů: plamenný zdroj a tepelný zářič. Moderní zkušební metody v současnosti používají různé kombinace obou uvedených zdrojů a zároveň sledují více než jednu fyzikální veličinu. U moderních metod je samozřejmostí využití výpočetní techniky. Je jisté, že vývoj v této oblasti bude pokračovat a povede ke zvyšování objektivnosti metod, které budou schopny popsat více procesů probíhajících ve dřevě při jeho hoření. Z uvedených důvodů se problém hořlavosti řeší empiricky. Dosud neexistuje testovací metoda, která by byla úplně objektivní a dokázala by v sobě zachytit všechna specifika, která se vyskytují při hoření dřeva. Pro zkoušení hořlavosti existuje v současnosti velké množství testovacích metod, které jsou založeny na různých fyzikálních principech měření. Testovací metody hořlavosti lze rozdělit do třech základních skupin (Osvald, 1997): testovací metoda na bázi analytických chemických metod; laboratorní testovací metody; velkorozměrové testy. Každá z uvedených skupin má své specifika. Problémem je výběr správné testovací metody v dané skupině metod a korelace mezi výsledky v jedné skupině i mezi jednotlivými skupinami metod. Z analytických chemických metod stojí za zmínku metoda kyslíkového čísla. Své uplatnění nachází hlavně při vzájemném porovnávaní hořlavosti syntetických i přírodních 24

24 polymerů. Podstatou této metody je určení minimální koncentrace kyslíku, při které je zkušební vzorek ještě schopen hořet. V současné době u nás platí pro zkoušení touto metodou ČSN EN ISO 4589 (nahrazující ČSN ). Velkou předností této metody je její dobrá reprodukovatelnost a možnost poskytnout číselné výsledky pro řadu materiálů v širokém rozmezí hodnot. K použití této metody ještě existuje mnoho výhrad. Hlavní nevýhodou je výrazná odlišnost podmínek pro stanovení OI (oxygen index) od podmínek hoření materiálů v reálné situaci. Už samotná koncentrace kyslíku je při zkoušce většinou úplně odlišná od běžných atmosférických podmínek. Dále do analytických chemických metod patří metody termické analýzy, které umožňují sledovat procesy při zahřívání nebo ochlazování pevných látek (dehydrataci, oxidaci, krystalizaci, sublimaci, polymerizaci, fázové přeměny atd.). Při velkorozměrových testech jsou zkoušeny konkrétní hotové výrobky nebo jejich modely. Nevýhodou je jejich ekonomická náročnost. Výhodou těchto metod je to, že podmínky a průběh hoření jsou v podstatě shodné jako při skutečném požáru (Osvald, 1997). 5.1 Laboratorní testovací metody pro stanovení hořlavosti ČSN Stanovení stupně hořlavosti stavebních hmot Podle metody ČSN se testuje hořlavost všech stavebních materiálů, které se zařazují do jednotlivých tříd hořlavosti na základě hodnoty Q. Hodnota Q se stanoví na základě testů ve speciálním zkušebním zařízení. Používají se zkušební vzorky o rozměrech 195 x 220 x tloušťka, která se liší podle objemové hmotnosti zkoušeného materiálu a pohybuje se v rozmezích 3 až 30 mm. Zkušební soubor tvoří 5 vzorků. Tato metoda používá na testování hořlavosti dva tepelné zdroje: sálavý a plamenný. Nejprve se provede kalibrační zkouška v uzavřeném zkušebním zařízení za podmínek, které přesně stanoví norma. Při této zkoušce se zaznamenává teplota spalin v komíně zkušební komory v závislosti na čase. Z těchto údajů se sestaví tzv. kalibrační křivka. Poté se testují jednotlivé zkušební vzorky. 25

25 Hlavním hodnotícím kritériem je rozdíl teplot spalin mezi materiálovou a kalibrační křivkou, které se měří termočlánkem v komíně zkušební komory. Materiál se zkouší při režimu, který má následující etapy: 1. etapa 0. až 3. min. - působí plamen plynového hořáku; 2. etapa 4. až 5. min. - bez působení tepelného zdroje; 3. etapa 6. až 20. min. - působení plynové hořáku a elektrických spirál. Jednotlivé etapy zahrnují všechny fáze hoření, což zaručuje vysokou objektivitu testu. Etapy představují vzplanutí, šíření plamene a vlastní hoření. Z naměřených hodnot se vypočte hodnota Q podle vzorce: 1 2 T 5 20 Q = max 3 ρ T T τ max Q - poměrné číslo [bez rozměru]; T 3 - aritmetický průměr rozdílů teplot mezi kalibrační a materiálovou křivkou v třetí T 5 minutě zkoušky [ C]; - aritmetický průměr rozdílů teplot mezi kalibrační a materiálovou křivkou v páté minutě zkoušky [ C]; ρ - objemová hmotnost testovaného materiálu [g.cm -3 ]; T max - aritmetický průměr maximálních rozdílů teplot mezi kalibrační a materiálovou křivkou v čase τ max [ C]; τ max - aritmetický průměr časů k dosažení maximálního rozdílu teplot [min.]. Tab. 4: Třídy hořlavosti dle ČSN Označení stupně hořlavosti Hodnota Q A nehořlavé do 50 B nesnadno hořlavé nad 50 do 150 C 1 těžce hořlavé nad 150 do 300 C 2 středně hořlavé nad 300 do 600 C 3 lehce hořlavé nad

26 I přesto, že jde o vcelku objektivní metodu, vyskytuje se zde několik nedostatků. Vzorec pro výpočet hodnoty Q používá rozdíly teplot ve zlomku. Může dojít k situaci, kdy bude hodnota Q při různých rozdílech ve 3. a 5. minutě stejná, např. bude-li rozdíl 2 a 3 C, ale i 20 a 30 C. Dále je zde jeden technický nedostatek, a to neschopnost testovat pěnotvorné retardéry. Ty při ohřevu napěňují tak, že ucpávají trysky plynového hořáku anebo zkratují elektrické topné spirály. Z toho důvodu byla tato metodika doplněna Změnou b, která je určena pro testování uvedených materiálů. Tato změna je návratem k dříve používané metodě stanovení hořlavosti ČSN Změna b Stanovení stupně hořlavosti stavebních hmot Zkoušení dle ČSN Změna b je založena na přímém působení plamene na testovaný materiál po dobu 10 minut. Zkušební těleso (o rozměrech 200 x 100 x h dle normy) je umístěno pod úhlem 45 vůči vodorovné rovině. Pod středem zkušebního tělesa je umístěn plynový hořák. Ten je seřízen tak, aby plamen dosahoval výšky 100 mm a vzdálenost mezi ústím hořáku a středem vzorku byl 90 mm. vzorce: Hodnotícím kritériem je úbytek hmotnosti zkušebního tělesa, který se vypočte dle m0 m1 m = 100 [%] m 0 Δm úbytek hmotnosti [%]; m 0 m 1 hmotnost zkušebního vzorku před zkouškou [g]; hmotnost zkušebního vzorku po zkoušce [g]. 27

27 Podle Q i podle Δm se materiály zařazují do pěti tříd hořlavosti: Tab. 5: Třídy hořlavosti dle ČSN Změny b Označení stupně hořlavosti Hmotnos. úbytek Δm [%] A nehořlavé Δm 2 B nesnadno hořlavé 2 < Δm 5 C 1 těžce hořlavé 5 < Δm 10 C 2 středně hořlavé 10 < Δm 50 C 3 lehce hořlavé Δm > Metoda DIN 4102 Stejně jako ČSN používá i DIN 5 tříd hořlavosti, ale mezi výsledky hořlavosti podle těchto norem neexistuje korelace, protože principy metod se liší. Na rozdíl od ČSN je pro zatřídění do tříd hořlavosti dle DIN nutno použít více zkušebních metod. Tab. 6: Třídy hořlavosti dle DIN 4102 A1, A2 nehořlavý B1 B2 B3 těžce zápalný středně zápalný lehce zápalný Pro zařazení do třídy A1 se používá test,,hoří nehoří (ISO 1182). Vzorek je při tomto testu vystaven po dobu 20 minut teplotě 800 až 850 C. Materiál se pokládá za nehořlavý, když: průměrná hodnota údajů všech termočlánků, kterými se měří teplota v peci, nepřesáhne ustálenou počáteční teplotu v peci o více než 50 C; průměrná hodnota všech termočlánků, kterými se měří povrchová teplota vzorku, nepřesáhne ustálenou počáteční teplotu o více než 50 C; průměrná hodnota úbytku hmotnosti není větší než 50%; průměrná hodnota všech zaznamenaných nejdelších hodnot času trvání plamene v peci není delší než 10 sekund. 28

28 Pro třídy hořlavosti A2 a B1 se používá zařízení nazývané,,brandschacht. V tomto zařízení se zkoušejí najednou 4 vzorky o rozměrech 190 x 1000 mm. Jsou uloženy tak, že tvoří čtvercový komín a jsou vystaveny plameni ze speciálního čtvercového hořáku. Zařízení umožňuje testovat materiál do tloušťky 80 mm. Při zkoušce se zařízení nejprve vyhřeje na předepsanou teplotu. Pak se do něho vloží zkoušený materiál na dobu 10 minut. Po této době se přeruší činnost tepelného zdroje a dalších 10 minut se materiál ponechá ve vyhřátém zařízení. Hodnotí se teplota spalin (A2 do 120 C, B1 do 200 C) a také velikost části zkušebních těles, na kterých nejsou známky hoření. Materiál, který tomuto testu nevyhoví se testuje dalším testem. Zkušební zařízení je tvořeno malým plynovým hořákem, který je skloněn pod úhlem 45 k vodorovné rovině. Před tímto hořákem je ve svislé poloze umístěn zkušební vzorek, který je uchycen v kovovém rámu. Jestliže materiál nevyhoví ani této zkoušce, je zařazen do poslední třídy hořlavosti B Další metody zkoušení hořlavosti Francouzský systém testování hořlavosti se opět liší jak od ČSN tak i od DIN. Používá také 5 tříd hořlavosti: Tab. 7: Třídy hořlavosti dle francouzské normy M.0 nehořlavý M.1 nezápalný M.2 těžce zápalný M.3 středně zápalný M.4 lehce zápalný Základní testovací metodou je metoda,,epiradiateur (Osvald, 1997). Vzorky o rozměrech 300 x 400 x max. 120 mm se testují v uzavřené komoře. Vzorky jsou upnuty pod úhlem 45 k vodorovné rovině. Tepelnými zdroji jsou tepelný ohřívač umístěný pod vzorkem a iniciační hořák na zapalování vznikajících zplodin, který je umístěn nad nebo pod vzorkem. Test trvá 20 minut. 29

29 Dále se ve Francii používá test,,bruleur electrique (Osvald, 1997). Jde o podobný princip jako v předchozím případě. Vzorky o rozměrech 600 x 180 mm jsou upnuty pod úhlem 30 k vodorovné rovině. Tepelným zdrojem je elektrický ohřívač, který je umístěn pod vzorkem. Doba testu je 5 minut. Kromě hořlavosti se sledují i jiné vlastnosti dřeva související s jeho hořením nebo s jeho tepelnou degradací. Jde především o šíření plamene po povrchu a stanovení zápalnosti (Osvald, 1997) Zkouška zapalitelnosti podle ČSN EN ISO Tato zkouška je určena ke stanovení zapalitelnosti stavebních výrobků. Vzorky zkoušených materiálů jsou vystaveny účinku malého plamene. Norma slouží pro určení Eurotřídy, a to pro stavební výrobky i pro podlahové krytiny. Zkouška se provádí se 6 vzorky o rozměru 250 x 90 mm. Na vzorcích se označí tužkou příčná linka ve vzdálenosti 150 mm od místa zapálení. Rozlišujeme dvě metody stanovení zapalitelnosti. Při zapálení na plochu je vzdálenost spodního okraje ústí hořáku od povrchu vzorku 5 mm, osa hořáku protíná podélnou osu vzorku 40 mm od jeho spodní hrany. Při zapalování na spodním okraji vzorku je vzdálenost ústí hořáku od povrchu vzorku 16 mm. Osa hořáku svírá s vodorovnou rovinou úhel 45. Vzorek zkoušeného materiálu se upne do kovového držáku. Materiál se exponuje (zapaluje) plamenem po dobu 15 nebo 30 s. Sleduje se, zda se v průběhu zkoušky plamen rozšíří svisle vzhůru do vzdálenosti 150 mm od místa působení plamene. 30

30 5.2 Výběr metody Zvolená metoda vychází z ČSN Změna b Stanovení stupně hořlavosti stavebních hmot. Následující metoda je na rozdíl od ČSN Změna b určená pouze pro dřevěné materiály. Byla zvolena, protože vyhovuje požadavkům kladených na průběh zkoušky. Nevyžaduje finančně nákladné laboratorní zařízení a je ji možno provádět ve školních laboratořích nebo přímo u výrobců konstrukčních materiálů ze dřeva. Při této metodě je zkušební vzorek vystaven přímému působení plamene po dobu 10 minut, ale abychom stanovily dobu prohoření zkušebního vzorku, tak jsme nechali plamen působit až do doby, kdy došlo k prohoření zkušebního vzorku. Hlavním hodnotícím kritériem je hmotnostní úbytek, vizuální změny a doba prohoření zkušebního vzorku Zkušební zařízení a) Laboratorní kahan na plynné palivo se zdrojem plynu (propan butan). b) Stojan s kovovým rámečkem pro uchycení zkušebního vzorku pod úhlem 45 k vodorovné rovině. c) Analytické váhy s přesností vážení ± 0,01 g a rozsahem od 0 do 350 g. Typ Scaltec. d) Stopky. e) Vlhkoměr s přesností 1 % a rozsahem 0 až 20 %. Typ Wagner. f) Zařízení k měření délky s přesností 0,01 mm. g) Digestoř s odsáváním Zkušební vzorky Pro zkoušku dle normy ČSN Změny b Stanovení stupně hořlavosti stavebních hmot, byly vytvořeny skupiny zkušebních vzorků podle tloušťky materiálu (5, 10, 15 a 20 mm). Pro každou skupinu bylo vyhotoveno 10 vzorků. Ke zkoušce se používají zkušební vzorky, které jsou z masivního smrkového dřeva (Picea abies (L.) Karst.). Plocha vzorku má radiální směr vláken a jsou opracovány 31

31 frézováním. Zkušební vzorky mají délku 200 mm a šířku 100 mm a tloušťku 5, 10, 15 a 20 mm (obr. 4). Vzorky se před zkouškou klimatizují při teplotě vzduchu 20 ± 5 C a relativní vlhkosti vzduchu 60 ± 5% po dobu 4 týdnů. Při klimatizaci musí byt zajištěn volný přístup vzduchu ke všem vzorkům. Zkoušet se mohou vzorky, u nichž rozdíl hmotnosti mezi dvěma váženími následujícími po 48 hodinách není větší než 1%. Obr. 4: Zkušební smrkový vzorek (Picea abies (L.) Karst.) Před samotnou zkouškou se provede: a) Označení vzorku. b) Zjištění vlhkosti jednotlivých zkušebních vzorků pomocí vlhkoměru. c) Změření délky, šířky a tloušťky zkušebních vzorků na ± 0,01 mm. Délka, šířka, tloušťka se měří vždy ve dvou místech (obr. 5). Z těchto měření se provede aritmetický průměr. d) Zvážení zkušebních vzorků s přesností ± 0,01 g. e) Popis vzorku. f) Ze získaných hodnot se vypočítá objemová hmotnost ρ [kg.m -3 ]. 32

32 l místa měření délky, b místa měření šířky, h místa měření tloušťky Obr. 5: Místa měření prováděných na zkušebním vzorku (ČSN Změna b) Postup zkoušky Prohoření zkušebního vzorku se zkouší v laboratorním prostředí při teplotě 20 ± 5 C a relativní vlhkosti vzduchu 60 ± 5 C v digestoři s odsáváním. Kovový rámeček, do kterého se vkládá zkušební vzorek se upevní do kovového stojanu. Rámeček je pod úhlem 45 k vodorovné rovině. Rámeček pod úhlem se připevní šroubem tak, aby nedošlo během zkoušky k změně úhlu. Stojan se postaví na váhy tak, aby rámeček přesahoval přes okraj váhy. Nastaví se průtok topného plynu tak, aby plamen dosahoval výšky 100 mm (od ústí kahanu) a byl nesvítiví. Zajistí se, aby byl průtok plynu během zkoušení všech vzorků stále stejný. Do rámečku se vloží zkušební vzorek a provede se vynulování váhy. Zapálený kahan se postaví pod střed spodní plochy zkušebního vzorku v místě průsečíků úhlopříček. Vzdálenost průsečíku úhlopříček na spodní straně vzorku od ústí kahanu je 90 mm (obr. 6). Plamen působí na zkušební vzorek až do doby, kdy dojde k prohoření vzorku. Od 1. do 15. minuty se na váze přečte hmotnostní úbytek zkušebního vzorku po 1 minutě a od 15. minuty po 5 minutách s přesností na 0,01 g. Za prohoření zkušebního vzorku se považuje vznik trhliny, kdy lze skrze vzorek vidět na druhou stranu (obr. 7). Až dojde k prohoření zkušebního vzorku, kahan se odstaví do vzdálenosti nejméně 500 mm od zkušebního vzorku, zaznamená se čas prohoření a hmotnost zkušebního vzorku v době prohoření. Po ukončení zkoušky dojde k uhašení zkušebního vzorku ponořením do vody. 33

33 V průběhu zkoušky se sledují zejména změny barvy zkušebního vzorku a všechny probíhající jevy (žhnutí, tvorby dýmu, změna barvy, zápach, zuhelnatění povrchu vzorku, prohoření apod.) Sleduje se také čas, ve kterém popisovaný jev nastal. 1 zdroj plynu 2 plynový kahan 3 vzorek 4 držák vzorku 5 váha pro průběžné vážení během zkoušky l = 90 mm Obr. 6: Schéma zkušebního zařízení (ČSN Změna b) Obr. 7: Prohoření zkušebního vzorku ukončení měření (vlevo horní strana, vpravo spodní strana) 34

34 5.2.4 Vyhodnocení zkoušky Vzorec pro výpočet procentuálního hmotnostního úbytku: m0 m1 m = 100 [%] m 0 Δm hmotnostní úbytek [%] m 0 m 1 hmotnost zkušebního vzorku před zkouškou [g] hmotnost zkušebního vzorku po zkoušce [g] 35

35 6 Výsledky jednotlivých zkušebních vzorků Dále jsou prezentovány výsledky prohoření jednotlivých zkušebních vzorků v závislosti na tloušťce materiálu. Všechny vzorky jsou z masivního smrkového dřeva (Picea abies (L.) Karst.) a plocha vzorku má radiální směr vláken. Jejich povrch je opracován technologií frézování. Vzorky mají rozměr 200 x 100 x tloušťka materiálu v mm, kde tloušťka má vliv na dobu prohoření zkušebního vzorku. Pro jednotlivé tloušťky materiálu bylo použito 10 zkušebních vzorků. Vzorky 1 10 mají tloušťku 5 mm, mají tloušťku 10 mm, mají tloušťku 15 mm a mají tloušťku 20 mm. U všech vzorků byla provedena zkouška prohoření a jednotlivé údaje o průběhu prohoření jsou zaznamenány v tabulkách 8, 9, 10 a 11 v příloze. Jednotlivé tabulky jsou vypracovány pro jednotlivé tloušťky vzorků. Dále jsou v jednotlivých tabulkách z naměřených hodnot vypočítány aritmetické průměry, maximální a minimální hodnoty, směrodatné odchylky a variační koeficienty. Z každé skupiny tloušťky materiálu byly vybrány vzorky, které jsou nafoceny od začátku hoření až do prohoření zkušebního vzorku. Dokumentují průběh prováděné zkoušky prohoření. 36

36 6.1 Skupina zkušebních vzorků o tloušťce 5 mm smrk ztepilý Od vložení hořícího kahanu pod zkušební vzorek, dochází k rychlému hoření vzorku a šíření plamene po spodní ploše vzorku (obr. 8). Dochází k zuhelnatění povrchu a následkem toho k ústupu šíření plamene po ploše vzorku. Další průběh degradace vzorku plamenem se projevuje pouze jeho žhnutím, které je stabilní až do konce zkoušky (prohoření vzorku). Okolo 2. až 3. minuty se na druhé straně zkušebního vzorku začíná objevovat změna barvy (tmavnutí). Konec zkoušky nastal v době, kdy došlo k prohoření zkušebního vzorku (obr. 9). Celý průběh hoření je zaznamenám na obrázku 16 a 17, kde pro znázornění byl použit vzorek č. 9 a 10. Během celé zkoušky lze cítit zápach. Průměrná hodnota doby prohoření je 4 minuty a 56 sekund. Po ukončení zkoušky byly vzorky zvlněny. Obr.: 8 Počátek hoření ve 40 s. Obr.: 9 Konečný stav vzorku č. 10 u vzorku č. 10 po zkoušce - prohoření V tabulce 9 jsou znázorněny hmotnostní úbytky v gramech, konečný úbytek hmotnosti (m), procentuální vyjádření konečného hmotnostního úbytku (Δm) a čas, kdy došlo k prohoření vzorku (t p ). Dále jsou zde znázorněna políčka zelenou barvou, kdy došlo ke změně barvy na druhé straně vzorku. U vzorku č. 4 došlo k prohoření za velmi krátkou dobu 2. minut a 36. sekund. Došlo k intenzivnímu hoření celého vzorku a při hoření vytékala pryskyřice a vznikal černý dým. Nejdéle odolávaly působení plamene vzorky č. 3 a 10. K prohoření došlo u vzorku č. 3 za 6 minut a 03 sekund a u vzorku č.10 za 6 minut a 05 sekund. U ostatních vzorků došlo k prohoření okolo 4. až 5. minuty (viz. tab. 9). 37

37 Do grafu 1 jsou vyneseny hmotnostní úbytky z tabulky 9. Hmotnostní úbytky jsou po každé minutě všech měřených vzorků o tloušťce 5 mm. Průměrnými hodnotami je proložena křivka znázorňující trend těchto hodnot. Vzoreky o tl. 5 mm 4,00 Hmotnostní úbytek [g] 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0, Čas [min.] Graf 1 Závislost hmotnostních úbytků na čase tloušťka vzorků 5 mm U vzorků o tloušťce 5 mm je největší hmotnostní úbytek ve 2. minutě. V následujících minutách dochází postupně ke zmenšování hmotnostních úbytků. Proložená křivka průměrných hodnot má v prvních minutách strmější průběh a dále pozvolně klesající. 38

38 6.2 Skupina zkušebních vzorků o tloušťce 10 mm smrk ztepilý Od vložení hořícího kahanu pod zkušební vzorek, dochází k rychlému hoření vzorku a šíření plamene po spodní ploše vzorku. Dochází k zuhelnatění povrchu a následkem toho k ústupu šíření plamene po ploše vzorku. Další průběh degradace vzorku plamenem se projevuje pouze jeho žhnutím, které je stabilní až do konce zkoušky (prohoření vzorku). U vzorků o tloušťkách 10 mm je žhavení vzorku podstatně delší než u vzorků o tloušťce 5 mm. Okolo 6. až 7. minuty se na druhé straně zkušebního vzorku začíná objevovat změna barvy (tmavnutí) (obr.10). Konec zkoušky nastal v době, kdy došlo k prohoření zkušebního vzorku (obr.11). Celý průběh hoření je zaznamenám na obrázku 18 a 19, kde pro znázornění byl použit vzorek č. 47 a 48. Po celou dobu zkoušky byl cítit mírný zápach. Průměrná hodnota doby prohoření je 20 minut a 14 sekund. Obr.: 10 Změna barvy v 7. minutě Obr.:11 Konečný stav vzorku č.48 u vzorku č. 48 po zkoušce - prohoření V tabulce 10a, b jsou znázorněny hmotnostní úbytky v gramech, konečný úbytek hmotnosti (m), procentuální vyjádření konečného hmotnostního úbytku (Δm) a čas, kdy došlo k prohoření vzorku (t p ). Dále jsou zde znázorněna políčka zelenou barvou, kdy došlo ke změně barvy na druhé straně vzorku. Nejméně odolávaly působení plamene vzorky č. 44 a 21. K prohoření došlo u vzorku č. 44 za 17 minut a 22 sekund a u vzorku č. 21 za 18 minut a 27 sekund. Nejdéle odolával působení plamene vzorek č. 22, kdy došlo k prohoření u vzorku ve 24. minutě. U ostatních vzorků došlo k prohoření okolo 20. až 21. minutě (viz. tab. 10a, b). 39

39 Do grafu 2 jsou vyneseny hmotnostní úbytky z tabulky 10. Hmotnostní úbytky jsou po 5. minutách u všech měřených vzorků o tloušťce 10 mm. Je to tím, že od 15. minuty v průběhu hoření byly odečítány hmotnostní úbytky z váhy po 5 minutách. Průměrnými hodnotami je proložena křivka znázorňující trend těchto hodnot. Vzorky o tl. 10 mm 14,00 Hmotnostní úbytek [g] 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0, Čas [min.] Graf 2 Závislost hmotnostních úbytků na čase tloušťka vzorků 10 mm Z grafu 2 vyplývá, že u vzorků o tloušťce 10 mm jsou průměrné hmotnostní úbytky pozvolna klesající. V 1. až 10. minutě je křivka průměrných hodnot strmější než v následujících minutách. Znamená to, že do 10. minuty jsou hmotnostní úbytky největší a postupně se zmenšují. 40

40 6.3 Skupina zkušebních vzorků o tloušťce 15 mm smrk ztepilý Od vložení hořícího kahanu pod zkušební vzorek, dochází k rychlému hoření vzorku a šíření plamene po spodní ploše vzorku. Dochází k zuhelnatění povrchu a následkem toho k ústupu šíření plamene po ploše vzorku. Další průběh degradace vzorku plamenem se projevuje pouze jeho žhnutím(obr. 12), které je stabilní až do konce zkoušky (prohoření vzorku). Mezi 15 a 20 minutou se na druhé straně zkušebního vzorku začíná objevovat změna barvy (tmavnutí). Konec zkoušky nastal v době, kdy došlo k prohoření zkušebního vzorku (obr. 13). Průběh zkoušky trval pro jeden vzorek podstatně déle než u předchozích zmiňovaných vzorku. Celý proběh hoření je zaznamenám na obrázku 20, kde pro znázornění byl použit vzorek č. 59. Průběh zkoušky byl u všech vzorků přibližně stejný. V celém průběhu hoření byl cítit mírný zápach. V závěru zkoušky poletovaly ze vzorků saze. Průměrná hodnota doby prohoření je 35 minut a 49 sekund. Obr.: 12 Žhnutí vzorku plamene v 25. minutě u vzorku č.53 Obr.: 13 Detail konečného stavu po zkoušce u vzorku č. 53 (38:47min.) V tabulce 11a, b jsou znázorněny hmotnostní úbytky v gramech, konečný úbytek hmotnosti (m), procentuální vyjádření konečného hmotnostního úbytku (Δm) a čas, kdy došlo k prohoření vzorku (t p ). Dále jsou zde znázorněna políčka zelenou barvou, kdy došlo ke změně barvy na druhé straně vzorku. Časy, kdy došlo k prohoření vzorků jsou rozptýleny v intervalu od 31 minut a 27 sekund (vzorek č. 56) do 38 minut a 47 sekund (vzorek č. 53). 41

41 Do grafu 3 jsou vyneseny hmotnostní úbytky z tabulky 11. Hmotnostní úbytky jsou po 5. minutách u všech měřených vzorků o tloušťce 15 mm. Je to tím, že od 15 minuty v průběhu hoření byly odečítány hmotnostní úbytky z váhy po 5 minutách. Průměrnými hodnotami je proložena křivka znázorňující trend těchto hodnot. Vzorky o tl. 15 mm 12,00 Hmotnostní úbytek [g] 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0, Čas [min.] Graf 3 Závislost hmotnostních úbytků na čase tloušťka vzorků 15 mm Z grafu 3 vyplývá, že u vzorků o tloušťce15 mm jsou průměrné hmotnostní úbytky pozvolna klesající. V 1. až 10. minutě je křivka průměrných hodnot strmější než v následujících minutách. Znamená to, že do 10. minuty jsou hmotnostní úbytky největší a postupně se zmenšují. 42

42 6.4 Skupina zkušebních vzorků o tloušťce 20 mm smrk ztepilý Od vložení hořícího kahanu pod zkušební vzorek, dochází k rychlému hoření vzorku a šíření plamene po spodní ploše vzorku. Tento jev přetrvává od 1. do 5 minuty. Dále dochází k zuhelnatění povrchu a následkem toho k ústupu šíření plamene po ploše vzorku. Další průběh degradace vzorku plamenem se projevuje pouze jeho žhnutím, které je stabilní až do konce zkoušky (prohoření vzorku). Mezi 25. až 35. minutou se na druhé straně zkušebního vzorku začíná objevovat změna barvy (tmavnutí) (obr. 14). Konec zkoušky nastal v době, kdy došlo k prohoření zkušebního vzorku (obr. 15). Celý průběh hoření je zaznamenám na obr. 21 a 22, kde pro znázornění byl použit vzorek č. 60 a 61. Průběh zkoušky byl u všech vzorků přibližně stejný. V celém průběhu hoření byl cítit mírný zápach a bílý dým. V závěru zkoušky poletovaly ze vzorků saze. Průměrná hodnota doby prohoření je 53 minut a 22 sekund. Obr.: 14 Barevná změna v 45. minutě Obr.: 15 Konečný stav vzorku č. 60 u vzorku č. 61 po ukončení zkoušky V tabulce 12a, b, c jsou znázorněny hmotnostní úbytky v gramech, konečný úbytek hmotnosti (m), procentuální vyjádření konečného hmotnostního úbytku (Δm) a čas, kdy došlo k prohoření vzorku (t p ). Dále jsou zde znázorněna políčka zelenou barvou, kdy došlo ke změně barvy na druhé straně vzorku. Nejméně odolávaly působení plamene vzorky č. 66 a 67. K prohoření došlo u vzorku č. 66 v 47. minutě a 16. sekundě a u vzorku č. 67 v 49. minutě a 33. sekundě. Nejdéle odolával působení plamene vzorek č. 63, kdy došlo k prohoření u vzorku v 57. minutě a 35. sekund. U ostatních vzorků došlo k prohoření kolem 55. až 56. minuty (viz. tab. 12a, b,c). 43

43 Do grafu 4 jsou vyneseny hmotnostní úbytky z tabulky 12. Hmotnostní úbytky jsou po 5. minutách u všech měřených vzorků o tloušťce 20 mm. Je to tím, že od 15. minuty v průběhu hoření byly odečítány hmotnostní úbytky z váhy po 5. minutách. Průměrnými hodnotami je proložena křivka znázorňující trend těchto hodnot. Vzorky o tl. 20 mm 12 Hmotnostní úbytek [g] Čas [min.] Graf 4 Závislost hmotnostních úbytků na čase tloušťka vzorků 20 mm Z grafu 4 vyplývá, že u vzorků jsou průměrné hmotnostní úbytky pozvolna klesající. Křivka průměrných hodnot je do 15 minut strmější než v následujících minutách. Znamená to, že do 15. minuty jsou hmotnostní úbytky největší a postupně se zmenšují. 44