Ensaios de chama, termografia, curvas de temperatura e classificação laboratorial

1. Estratégia experimental

A resistência ao fogo do revestimento ERG comparando amostras revestidas e não revestidas foi avaliado e os resultado publicados em na revista Polymers em 2021. Os ensaios preliminares foram realizados com chama direta de maçarico de gás liquefeito de petróleo, monitoramento por termografia infravermelha e registro de temperatura por termopares posicionados a distâncias conhecidas do ponto de aplicação da chama.

Figura 1 — Arranjo experimental para aquisição de imagens térmicas e leituras de temperatura.

A montagem mostra a amostra de madeira, a chama, a câmera termográfica e os termopares colocados a 7 cm e 11 cm do ponto de incidência. Essa configuração permite observar simultaneamente o dano visual, o espalhamento térmico e a evolução da temperatura em pontos distantes da chama.

Figura 2 — Protocolo do teste em madeira.

As amostras foram observadas por 1 minuto em temperatura ambiente, expostas à chama por 6 minutos e, após a retirada da chama, acompanhadas por mais 8 minutos. Esse desenho experimental é importante porque avalia tanto a resistência durante a exposição quanto o comportamento após a remoção da fonte de calor.

2. Estudo de caso em madeira: efeito visual da proteção

A comparação visual entre madeira sem revestimento, madeira revestida com ERG e madeira revestida com ERG mais alumina hidratada é uma das evidências mais fortes do artigo. A chama aplicada à madeira não revestida produziu chama persistente e perfurou a placa. Nas amostras revestidas, não houve flare, as placas não foram perfuradas e a face posterior permaneceu inalterada.

Figura 3 – Comparação visual entre madeira não revestida, madeira revestida com ERG e madeira revestida com ERG + alumina hidratada durante e após a exposição à chama.

3. Curvas térmicas: o calor deixa de ficar concentrado

A Figura 4 deve ser interpretada com cuidado. Em pontos afastados da chama, as temperaturas medidas nas amostras com ERG são maiores que as da madeira sem revestimento. Isso não indica pior proteção; pelo contrário, mostra que o revestimento está conduzindo o calor lateralmente. A madeira sem proteção concentra energia no ponto de chama, favorecendo pirólise local, geração de gases combustíveis e perfuração. O ERG distribui essa energia ao longo da superfície, reduzindo a concentração térmica crítica.

Figura 4 — Temperatura em função do tempo em três posições da madeira: 2,5 cm, 7,0 cm e 11,0 cm do ponto de aplicação da chama.

4. Termografia em madeira: confirmação visual da dissipação

A Figura 5 mostra o mesmo fenômeno de forma visual. A termografia evidencia que o revestimento ERG espalha o calor pela superfície, em vez de permitir sua concentração em um ponto. O estudo observa que a alta condutividade térmica do grafite dissipa a energia recebida pela madeira, reduzindo a gaseificação do substrato e a inflamação dos gases gerados.

Figura 5 — Imagens termográficas da madeira sem tratamento, da madeira revestida com ERG-a e da madeira revestida com ERG-a + alumina hidratada. As temperaturas não foram corrigidas pela emissividade.

5. Estudo de caso em tecido de algodão

O artigo também avaliou tecido de algodão cru, utilizando o mesmo arranjo experimental, mas com exposição à chama por 1 minuto. Tanto o tecido sem proteção quanto o tecido revestido formaram furo, mas a diferença está na progressão do dano. No tecido revestido com ERG, o crescimento do furo parou cerca de 2 minutos após a retirada da chama. No tecido sem proteção, uma brasa persistente continuou aumentando o furo por pelo menos 14 minutos, até ser apagada com água

Figura 6 — Tecido de algodão sem revestimento e tecido revestido com ERG durante e após exposição à chama.

6. Curvas térmicas em tecido: propagação da frente de carbonização

As curvas de temperatura no tecido reforçam a interpretação visual. No tecido sem revestimento, a frente de carvão incandescente se aproxima dos termopares e mantém ou eleva a temperatura a distância da chama. No tecido revestido com ERG, a temperatura cai após a retirada da fonte de calor, demonstrando que a progressão do dano é contida.

Figura 7 — Variação de temperatura em dois pontos afastados da região de incidência da chama no tecido.

7. Termografia em tecido: menor temperatura e resfriamento rápido

A Figura 8 mostra que o ponto exposto à chama no tecido tratado com ERG não atinge as mesmas temperaturas do tecido não tratado. A condução de calor pelo revestimento explica por que o dano cessa rapidamente após a remoção da chama: a energia térmica é transferida para fora da região queimada.

Figura 8 — Imagens termográficas do tecido de algodão sem tratamento e do tecido revestido com ERG durante e após a aplicação da chama.

8. Ensaios normatizados e classificação

Além dos testes laboratoriais, foram realizados ensaios no Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), usando ASTM E662, NBR 9442 e ISO 1182. A classificação final apresentada coloca a madeira revestida com ERG na Classe IIA, a maior classe possível para um material combustível. Os valores de índice de propagação superficial de chama e densidade óptica específica de fumaça ficaram bem abaixo dos limites superiores da classe.

Referência científica

SANTOS, L. P.; DA SILVA, D. S.; MORARI, T. H.; GALEMBECK, F. Environmentally Friendly, High-Performance Fire Retardant Made from Cellulose and Graphite. Polymers, v. 13, n. 15, p. 2400, 2021. DOI: 10.3390/polym13152400.