Essa seção divide os resultados e as discussões sobre os testes de flamabilidade da PUF e suas formas dopadas nos ensaios de flamabilidade vertical e horizontal, respectivamente.
6.1.1 Resultados do Teste de Flamabilidade Vertical
O teste permite uma comparação entre diferentes tipos de materiais, e seguindo a ASTM D3801 foi possível obter parâmetros para comparar os materiais desenvolvidos com outros encontrados em lojas especializadas e na literatura com base nas classificações V-0, V-1 e V-2. A Tabela 12 mostra os resultados do teste de flamabilidade vertical, para cada fração mássica de ATH testada.
Os tempos para a PUF pura não puderam ser computados devido ao excesso de gotas dentro do bico de Bunsen que impediram a correta realização do teste. Como esperado, o tempo pós-chama (ou tempo que o material continua em combustão após a remoção do bico de Bunsen do mesmo) diminuiu com a adição de ATH. Além disso, a PUF+40%ATH e a PUF+50%ATH apresentaram tempos pós-chama em torno de 80% menores que PUF+10%ATH. Todos os espécimes testados exibiram gotas que espalham fogo como visto no indicador de algodão.
Tabela 12 – Resultados do teste de flamabilidade vertical
Material t1 [s] t2 [s] Total after-flame [s]
PUF+10%ATH 2,2 30,4 125,6 2,7 20,5 1,7 9,3 1,5 29,6 2,5 25,1 PUF+20%ATH 5,1 29,7 88,5 2,6 1,6 2,0 41,0 1,9 1,1 2,4 1,1 PUF+30%ATH 7,7 28,1 51,5 1,4 1,4 1,9 1,4 2,9 3,6 1,5 1,7 PUF+40%ATH 4,0 3,0 27,5 6,4 1,5 4,8 1,6 2,3 1,7 1,4 0,8 PUF+50%ATH 3,9 1,0 22,7 4,00 1,2 4,3 1,0 3,6 1,0 2,1 0,7 Fonte: Autoria própria.
Para realizar a classificação dos materiais investigados em relação às suas respectivas propriedades de flamabilidade vertical seguiu-se os critérios estabelecidos na Tabela 5. Portanto, foi possível classificar duas das espumas dopadas como V-2. Pois as chamas da PUF pura e das PUF+10%ATH, PUF+20%ATH e PUF+30%ATH atingiram o topo dos espécimes queimando pelo menos uma das amostras por completo. Portanto, apenas a PUF+40%ATH e a PUF+50%ATH foram capazes de receber a classificação definida na ASTM D3801.
Pelo critério de tempo total de queima, todas as amostras dopadas obtiveram respostas positivas para classificação V-1. No entanto, os valores individuais dos critérios t1 e t2 apresentaram valores inaceitáveis, segundo qualquer classificação, (≥ 30 s) para as misturas PUF+10%ATH e PUF+20%ATH. Embora as misturas
PUF+30%ATH, PUF+40%ATH e PUF+50%ATH satisfizessem esse critério e
amostra de PUF+30%ATH impossibilitou a classificação dessa mistura. Mesmo assim, como todas as misturas incendiaram o indicador de algodão, a classificação mínima possível era V-2. Portanto, se não fosse pelo indicador de algodão, as misturas PUF+40%ATH e PUF+50%ATH seriam classificadas como V-0 devido aos seus excelentes tempos de extinção de chama. A Figura 32 mostra os resultados de amostras de todos materiais após o ensaio de flamabilidade vertical.
Figura 32– Amostras após o ensaio de flamabilidade vertical
Fonte: Autoria própria.
Conforme mostrado na Figura 32, houveram amostras com 30% de ATH que não queimaram completamente. As amostras de PUF+40%ATH apresentaram coloração escura até o topo da amostra devido à fuligem, mas não apresentaram incandescência. As amostras de PUF+50%ATH extinguiram a chama tão rapidamente que a fumaça não foi suficiente para mudar a cor das amostras completamente.
O estudo de Kaur e Kumar (2020) apresentou resultados de flamabilidade vertical para uma espuma rígida de poliuretano derivada do óleo de mamona, com densidade de aproximadamente 100 kg/m³, que tiveram como retardantes de chama os aditivos o Tris (1,3-dicloro-2-propil) fosfato e (TDCPP) e o Fosfato de tricresilo (TCP). Os resultados estão mostrados na Tabela 13.
Tabela 13 – Resultados de flamabilidade de outra PUF de origem vegetal Material Densidade (kg/m³) Total after-flame time (s) Classificação
PUF+TDCPP 112 55 V-1
PUF+TCP 107 62 V-1
A Tabela 13 mostra que as PUFs com retardante de chama estudadas por Kaur e Kumar (2020) apresentaram uma classificação melhor (V-1) do que a estudada no presente trabalho (V-0), no entanto, essa vantagem acontece somente pelo indicador de algodão, uma vez que ambos total after-flame time do estudo de Kaur e Kumar (2020) foram maiores (55 s e 62 s) que os apresentados no presente trabalho para
PUF dopada com 40% e 50% de ATH (27,5 s e 22,7 s).
Portanto, os valores de tempo até a extinção foram muito satisfatórios para a
PUF+40%ATH e a PUF+50%ATH e o principal agravante encontrado no uso da ATH
foi sua incapacidade de impedir que as gotas da espuma hajam como ignitoras de objetos posicionados abaixo da mesma.
6.1.2 Resultados do Teste de Flamabilidade Horizontal
O teste permite uma comparação da velocidade de propagação de chama entre diferentes tipos de materiais, e seguindo a ASTM D635 foi possível obter parâmetros para comparar os materiais a partir da classificação HB (Horizontal Burning) dos materiais que passaram no teste. O dado mais importante nesse teste é a velocidade de queima, que segundo mostrado na Tabela 6 é o principal critério para classificar materiais que queimam por completo. Segundo a ASTM D635, se uma das condições da Tabela 6 for satisfeita, o material avaliado poderá receber a classificação HB.
A Tabela 14 mostra os resultados para o ensaio de flamabilidade horizontal.
Tabela 14 – Resultados do teste de flamabilidade horizontal
Material th [s] V [mm/min] Vmédia [mm/min]
PUF 52,6 85,6 91,1 52,3 86,0 44,6 101,6 PUF+10%ATH 70,8 63,6 67,5 64,7 69,5 64,9 69,3 PUF+20%ATH 51,2 88,0 76,1 71,1 63,3 58,4 77,1 PUF+30%ATH 80,8 55,7 48,6 115,6 38,9 87,9 51,2
Como esperado, a velocidade de propagação do fogo diminui à medida que é aumentada a quantidade de ATH. As espumas com frações mássicas de até 30% de retardante apresentaram combustão em toda a amostra e sua taxa de queima não foi suficiente para receber a classificação HB. Entretanto, amostras de PUF+40%ATH e
PUF+50%ATH, que não tiveram seus dados de tempo cronometrados devido à
extinção da chama antes da marca de 25 mm, mostraram excelentes propriedades de flamabilidade nessa posição e ambos foram classificados como HB.
A Figura 33 exibe uma amostra queimada para cada fração de massa de ATH nos testes de inflamabilidade horizontal.
Figura 33 – Amostras após o ensaio de flamabilidade horizontal
Fonte: Autoria própria.
O estudo de Pham et al., (2020) apresentou resultados de flamabilidade vertical e horizontal para uma espuma rígida de poliuretano baseada em Polietileno tereftalato reciclado com diferentes retardantes de chama. Dentre os retardantes, há a presença de ATH, do Fosfato de trifenila (TPP) e do Fosfinato de alumínio dietil (OP). As espumas testadas por Pham et al., (2020) possuíam a adição de 45% e 54% de ATH, de 4% e 7% de OP e de 9% e 11% de TPP. As normas utilizadas nos ensaios foram Seus resultados estão mostrados na norma UL 94 que possui exatamente os mesmos métodos descritos pelas ASTM D3801 e ASTM D635 para os testes verticais e horizontais respectivamente. Seus resultados estão mostrados na Figura 34.
Figura 34 – Comparação com resultados de flamabilidade de outro estudo
Adaptado de: PHAM et al., (2020)
Os resultados apresentados na Figura 34 mostram que todas as amostras de espuma com retardante de chama foram classificadas como HB e V-0 ou V-1. As amostras com ATH obtiveram classificação V-1 e V-0. Ou seja, assim como no estudo de Pham et al., (2020), para quantidades superiores a 40% de ATH a PUF apresenta uma melhora suficiente para adequá-la a certas normas de aplicação e a alta quantidade necessária para uma menor flamabilidade é compensada pela grande disponibilidade de ATH no mercado e pela liberação de componentes que não prejudicam o meio ambiente.