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

1. DEGRADÁCIA DREVAIHLIČNANOV PO TERMICKOM ZAŤAŽENÍ RADIAČNÝM ZDROJOMSoftwoods 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

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

12. Experimentálna časťExperimental part Finančná podpora: VEGA grant č. 1/3513/06, grant č. 1/4378/07. • Materiál smrekové 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 %

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.

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.

15. VýsledkyResults

16. VýsledkyResults

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.

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.

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.