19
DEGRADÁCIA DREVA IHLIČNANOV PO TERMICKOM ZAŤAŽENÍ RADIAČNÝM ZDROJOM Softwoods degradation after radiating source thermal loading Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene Slovenská republika Department of Fire protection Faculty of Wood Sciences and Technology Technical University of Zvolen Slovak Republic SELECTED PROCESSES AT THE WOOD PROCESSING 2007 VII. INTERNATIONAL SYMPOSIUM, SEPTEMBER 12 - 14, 2007

Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

  • Upload
    eze

  • View
    130

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

DEGRADÁCIA DREVA IHLIČNANOV PO TERMICKOM ZAŤAŽENÍ RADIAČNÝM ZDROJOM Softwoods degradation after radiating source thermal loading. Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene Slovenská republika Department of Fire protection - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

DEGRADÁCIA DREVA IHLIČNANOV PO TERMICKOM ZAŤAŽENÍ

RADIAČNÝM ZDROJOMSoftwoods degradation

after radiating source thermal loading

Danica KačíkováKatedra protipožiarnej ochrany

Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

Slovenská republika

Department of Fire protection

Faculty of Wood Sciences and Technology

Technical University of Zvolen

Slovak Republic

SELECTED PROCESSES AT THE WOOD PROCESSING 2007

VII. INTERNATIONAL SYMPOSIUM, SEPTEMBER 12 - 14, 2007

Page 2: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

2

ÚvodIntroduction

Termická degradácia a horenie dreva Vznik, charakteristika, praktické a teoretické

využitie zuhoľnatenej vrstvy Experimentálne výsledky

Thermal degradation and wood burning Char layer formation, characterisation, practical

and theoretical utilisation Experimental results

Page 3: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

3

Termická degradácia a horenie drevaThermal degradation and wood burning

Vplyv tepla a ohňa na drevo:

- sušenie,

- termická degradácia – pyrolýza,

- horenie,

= zmena chemických, fyzikálnych, štruktúrnych, mechanických vlastností.

Influence of heat and fire on wood:

- drying,

- thermal degradation – pyrolysis,

- burning,

= alteration of chemical, physical, structural and mechanical properties.

Page 4: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

4

Termická degradácia a horenie drevaThermal degradation and wood burning

Zmena chemického zloženia: Hemicelulózy – najmenej odolné,

rozklad pri 170-240 °C, Celulóza – stabilnejšia, rozklad pri 250-350 °C, Lignín – najodolnejší,

aktívny rozklad pri 300-400 °C.Chemical alterations: Hemicelluloses – thermal degradation at 170-240 °C, Cellulose – thermal degradation at 250-350 °C, Lignin – thermal degradation at 300-400 °C.

Page 5: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

5

Termická degradácia a horenie drevaThermal degradation and wood burning

Tepelný rozklad postupuje z lúmenu cez vrstvu S3 (najviac hemicelulóz), najstabilnejšia je primárna stena a stredná lamela (najviac lignínu).

Stenčenie bunkovej steny - degradácia hemicelulóz a celulózy.

Thermal degradation path lumen, layer S3 (highest amount of hemicelluloses); primary wall and middle lamella are most resistant (highest amount of lignin).

Cell wall thinning – hemicelluloses and cellulose degradation.

Page 6: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

6

Termická degradácia a horenie drevaThermal degradation and wood burning

Horľavý materiál:

plameňové a bezplameňové horenie – vplyv iniciátora, oxidačného prostriedku

a fyzikálnych vlastností dreva.

Combustible material:

flame and nonflame burning – influence of initiator, oxidizing agent and wood physical properties.

Page 7: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

7

Termická degradácia a horenie drevaThermal degradation and wood burning

Horenie dreva: - rastúce stromy aj vyťažené sortimenty,- kompaktná forma (rezivo) aj po dezintegrácii (piliny, prach),- surovina, polovýrobky, výrobky.

Wood burning:- trees and also logs,- compact form (timber) and also after desintegration (sawdust, dust),- raw material, semiproducts, products.

Page 8: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

8

Vznik a charakteristika zuhoľnatenej vrstvyFormation and characteristic of char layer

Zvýšenie povrchovej teploty nad 300 °C – horenie, vznik zuhoľnatenej vrstvy.

Surface temperature above 300 °C – burning, char layer formation.

Page 9: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

9

Vznik a charakteristika zuhoľnatenej vrstvyFormation and characteristic of char layer

Zuhoľnatená vrstva - zhoršuje difúziu kyslíka a plynných produktov pyrolýzy- 1,5-krát nižšia tepelná vodivosť než drevo obmedzuje spätný tepelný tok do materiálu.

Char layer- impairs oxygen diffusion and pyrolysis products emission,- decreases back thermal flow to wood.

Page 10: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

10

Vznik a charakteristika zuhoľnatenej vrstvyFormation and characteristic of char layer

Rýchlosť zuhoľnatenia - je priamo úmerná rýchlosti odhorievania a nepriamo úmerná hustote dreva,- faktorom pre odhad požiarnej odolnosti stavebných prvkov – zníženie mechanických vlastností na kritickú hodnotu.

Charring rate- depends on burning rate, wood density, moisture and char layer contraction,- factor of building specimen fire resistance estimation.

Page 11: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

11

Praktické a teoretické využitie zuhoľnatenej vrstvyPractical and theoretical utilisation of char layer

Zuhoľnatená vrstva v teórii- výpočtové modely dynamiky požiaru,- zisťovanie príčin požiaru.

Zuhoľnatená vrstva v praxi- ochrana pred zapálením,- ochrana pred vlhkosťou a poškodením.

Char layer in theory- fire dynamics calculation models,- investigation of fire causes.

Char layer in praxis- ignition protection,- against protection moisture and weathering damage.

Page 12: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

12

Experimentálna časťExperimental part

Finančná podpora: VEGA grant č. 1/3513/06, grant č. 1/4378/07.

Materiálsmrekové drevo Picea abies Karst.smrekovcové drevo Larix decidua Mill.- telieska 10 x 12 x 150 mm, vlhkosť 8 %

Financial support: Slovak Grant Agency grant no. 1/3513/06, grant no. 1/4378/07. Material

spruce wood Picea abies Karst.larch wood Larix decidua Mill.- specimen 10 x 12 x 150 mm, moisture 8 %

Page 13: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

13

Experimentálna časťExperimental part

Termické zaťaženie- zdroj: žiarič 750 W; 579,4 °C- čas: 3 min - vzdialenosť vzoriek: 30, 40 a 50 mm.

Thermal loading- source: radiating heater 750 W ; 579,4 °C- time: 3 min,- specimen distance: 30, 40 a 50 mm.

Page 14: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

14

Experimentálna časťExperimental part

Cieľ – porovnanie termickej degradácie smrekového a smrekovcového dreva: - hmotnostný úbytok, hmotnostná a relatívna rýchlosť odhorievania, hrúbka zuhoľnatenej vrstvy, lineárna rýchlosť zuhoľnatenia,  - zmeny množstva extraktívnych látok a hlavných zložiek dreva.

Aim – comparison of spruce and larch thermal degradation:- weight loss, burning rate, char layer thickness, charring rate, - alteration of extractives and main wood compounds amount.

Page 15: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

15

VýsledkyResults

Burning rate

0,000,250,500,751,001,251,501,752,002,25

30 40 50Distance (mm)

(g/m

in)

SpruceLarch

Weight loss

0102030405060708090

100

30 40 50Distance (mm)

(%)

Spruce Larch

Char thickness

0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00

100,00

30 40 50Distance (mm)

(%)

Spruce Larch

Charring rate

0,000,250,500,751,001,251,501,752,002,252,502,753,003,253,503,754,00

30 40 50

Distance (mm)

(mm

/min

)

Spruce

Larch

Page 16: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

16

VýsledkyResults

Larch alterations

0102030405060708090

100

30 40 50 unloaded

Distance (mm)

(%)

00,511,522,533,544,55

(%)

TAPPI lignin (%) Holocellulose (%)

KH cellulose (%) Hemicelluloses (%)

Benzene-ethanol extract (%)

Spruce alterations

0102030405060708090

100

30 40 50 unloadedDistance (mm)

(%)

0

1

2

3

4

5

(%)

TAPPI lignin (%) Holocellulose (%)

KH cellulose (%) Hemicelluloses (%)

Benzene-ethanol extract (%)

Page 17: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

17

VýsledkyResults

Znižovanie vzdialenosti od žiariča - zvýšenie všetkých sledovaných požiarno-technických parametrov.

Vyššia termická stabilita smrekovca - vyššia hustota a vyšší obsah lignínu v porovnaní so smrekom.

Decrease of distance from radiating source – increase of fire-technical parameters.

Higher thermal stability of larch – higher density and lignin amounts in comparison of spruce.

Page 18: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

18

VýsledkyResults Výsledky chemických analýz - vplyv

rozdielnej termickej stability hlavných zložiek dreva.

Úplné zuhoľnatenie vzorky smreka 30 mm – lignín zvýšený o časť hemicelulóz vo forme nehydrolyzovateľného zvyšku, - celulóza zvýšená o kondenzačné produkty.

Chemical analyses results – influence of differ thermal stability of main wood compounds.

Total charring of spruce specimen 30 mm – - lignin amount increases by non-hydrolysed hemicelluloses,- cellulose amount increases by condensation products.

Page 19: Danica Kačíková Katedra protipožiarnej ochrany Drevárska fakulta, Technická univerzita vo Zvolene

19

Teplo – Oheň - Materiály 2011Heat – Fire - Materials 2011

Druhé medzinárodné sympózium - odborníkov výskumu v oblasti zmien vlastností materiálov vplyvom tepla a ohňa, - požiarneho skúšobníctva,- vzdelávacích inštitúcií,- výrobcov materiálov a výrobkov s vysokou požiarnou odolnosťou.

2nd International Symposium - experts from research area of materials alterations due to heat and fire,- educational institutions,- producers of materials and products with high fire resistance.