Brandbaarheid van kleding (Genomineerde Van Melsen Prijs 2002)



Leerlingen: Achmed Achouiti en Onno Mets
Docent: Rob Loven
School: Goois Lyceum Bussum

Inleiding

Naar aanleiding van de nieuwjaarsbrand in Volendam ontstond het idee om nader onderzoek te doen aan de brandveiligheid van kleding. Met name het dragen van synthetische stoffen die veel in uitgaanskledij verwerkt worden, wordt als zeer onveilig beschouwd. Bovendien geven deze stoffen zeer ernstige brandwonden. Met het dragen van andere stoffen zou veel leed voorkomen kunnen worden. Aangezien er geen normen voor de brandveiligheid van dagelijkse kleding bestaan wilden Achmed en Onno met hun onderzoek wellicht een opstap maken naar het instellen van normen en daaropvolgend nieuwe veiligheidsmaatregelen.

Theorie

Er zijn een aantal factoren die de brandbaarheid van kleding benvloeden.
Hoe lichter en volumineuzer de stof is, des te beter brand de stof. Bij stoffen waarvan het m-gewicht kleiner is dan 100 g/m, is de brandbaarheid het grootst. De belangrijkste oorzaak hiervan is dat de ontbrandingstemperatuur snel bereikt kan worden en dat daarnaast de lucht gemakkelijk toegevoerd kan worden.
Elke stof heeft zijn individuele eigenschappen. Ze smelten bij een bepaalde temperatuur en ontbranden bij een andere temperatuur(zie tabel 1).

VezelSmeltpunt COntbrandingstemperatuur C
Katoen-400
Wol-570-600
Polyester250485-560
Tabel 1: Temperatuureigenschappen van enkele stoffen

Uit deze tabel is te zien dat wol net als katoen niet smelt. Wol ontbrandt echter pas bij 600C, terwijl katoen al bij 400C ontbrandt. Het blijkt dat plantaardige stoffen veel sneller branden dan dierlijke stoffen.
Naast natuurlijke stoffen zijn er ook kunststoffen. Polyester bijvoorbeeld ontbrandt wel (nl. rond 500C), maar voordat dit gebeurt, is de stof al gesmolten. Het gevaar van deze kunststof is dat het ernstige verwondingen aan de huid kan toebrengen. Dit is vooral gebeurd bij de slachtoffers van de brand in Volendam.

Materiaal en methode

Er wordt tijdens de experimenten gebruik gemaakt van 14 verschillende stukken textiel. Van alle stoffen zijn stukken geknipt van 10cm bij 10 cm. Door het te wegen werd de massa per vierkante meter bepaald.
Op een zestal manieren is onderzoek gedaan aan de brandbaarheid van diverse soorten kleding. Allereerst wordt de volgende opstelling gebouwd:
Aan een driepoot wordt een gaasje vastgemaakt. Dit geheel zal op zijn beurt vertikaal worden bevestigd aan twee statieven. Op het gaasje wordt het stuk textiel bevestigd met behulp van vier paperclips De brander wordt horizontaal aan een andere statief bevestigd.
We gebruiken een ruisloze vlam en we laten het in direct contact komen met het midden van het stuk textiel. Het meten van de temperatuur van de vlam lukte niet met een digitale thermometer terwijl de temperatuur van het textiel niet gemeten is.

Bij het volgende experiment laten we het textiel niet in contact komen met de vlam.
De brander staat onder een rechtopstaande driepoot met een gaasje. Een andere driepoot met daaraan vastgemaakt een gaasje wordt omgekeerd vastgezet aan drie statieven. De twee driepoten met gaas zijn als het ware elkaars spiegelbeeld. De afstand tussen de twee gaasjes is 1 cm. Het textiel wordt op het bovenste gaasje gelegd waardoor er geen direct contact is tussen de brander en het textiel en we zetten de brander aan. Met een digitale thermometer meet je de temperatuur aan de bovenkant van het stuk textiel. We meten de tijd die nodig is waarin de stof ging schroeien of smelten (de stoffen ontbranden niet).

Omdat de temperatuur en de tijd in het vorig experiment niet goed samenhingen is in elk stukje textiel een opening in het midden geknipt om op die plek de temperatuur te meten waaraan het textiel wordt blootgesteld. Daarnaast wordt er aan een statief drie centimeter boven het midden van het bovenste gaasje horizontaal een brander gemonteerd. Deze brander heeft als functie de rook die vrijkomt te laten ontbranden. Bij dit experiment wordt de temperatuur en tijd gemeten waarbij het textiel begint te roken, de temperatuur waarbij het begint te schroeien of te smelten en de tijd wanneer de rook ontbrandt.
We gebruiken onderstaande opstelling.



Hetzelfde experiment wordt nogmaals uitgevoerd met als enige verschil dat het stukje textiel onder een hoek van 45 graden wordt verwarmd. Dit geeft een realistischer beeld van de dagelijkse praktijk. Het zal zelden voorkomen dat een vlam loodrecht op een stuk textiel staat.

Bij de laatste experimenten staat de invloed van zouten op de brandbaarheid van stoffen centraal. We gebruiken dezelfde opstelling als in de voorgaande experimenten. Het textiel wordt behalve loodrecht ook onder een hoek van 45 graden verwarmd. We drenken de stukjes textiel in 0,5 M oplossingen van (NH4)2CO3 resp. NaHCO3 en drogen deze. De keuze is gevallen op deze twee zouten omdat deze twee stoffen ontleden bij verwarmen waarbij o.a. water en koolstofdioxide vrij kunnen komen. Deze twee stoffen zorgen ervoor dat de zuurstof minder makkelijk bij het textiel kan komen. De volgende reacties vinden hierbij plaats:

2 NaHCO3 (s) -> Na2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g)

(NH4)2CO3 (s) -> 2 NH3 (g) + H2O (g) + CO2 (g)

Resultaten

In tabel 2 vindt je de resultaten van de massa bepaling per vierkante meter.

Stofg/cm2
Katoen (T-shirt)129
Katoen (babykleding)174
Katoen (jeans)483
Viscose (overhemd)115
Polyester (rok)187
Polyester (babykleding)266
Wol (jasje)469
Wol (trui)286
Nylon (regenjas)183
Nylon (truitje)104
50%Katoen/50%Polyester (trui)108
50%Katoen/50%Acryl (trui)304
78%Polyester/22%Wol (broek)189
68%Viscose/32%Polyester (overhemd)169
Tabel 2: Massabepaling per vierkante meter van diverse stoffen

StofOntbrandingstijd (s) Bijzonderheden
Katoen (T-shirt)10 Brandt, maar verspreidt niet snel
Katoen (jeans)14 Brandt zeer lang, maar verspeidt niet amper
Viscose (overhemd)4 Brandt niet hevig, verspreidt amper
Polyester (rok)-
(reageert onmiddelijk)
Reageert zeer snel en heftig, smelt en brandt, en brandende duppels
Polyester (babykleding)-
(reageert onmiddelijk)
Ontbrandt niet. Reageert meteen en smelt na 2 seconden
Wol (jasje)40 Schroeit op plaats valm, maar ontbrandt nauwelijks
Wol (trui)18 Schroeit heftig, maar dooft snel na ontbranding
Nylon (regenjas)3 Smelt onmiddelijk en brandt korte tijd (4 seconden)
Nylon (truitje)2 Smelt en druppelt, maar ontbrandt niet
Katoen/Polyester4 Brandt/Smelt en dooft snel. Verspreiding gaat langzaam
Katoen/Acryl12 Brandt. Vlam bedekt de hele stof en verspreidt snel. Stopt niet.
Polyester/Wol13 Smelt en Brandt. Blijft branden tot de stof op is
Viscose/Polyester-
(reageert onmiddelijk)
Krimpt, smelt heftig en brandt goed. Druppelt veel. Reageert totaal op.
Tabel 3 geeft de resultaten van het directe contact tussen de vlam en het textiel

MonsterTemp. SchroengTijdTemp. smeltpuntTijd
Katoen (T-shirt)180C22.5 s--
Katoen(babykleding) 240C25 s--
Katoen (Jeans)300C45.5 s--
Wol (truitje)80C11 s--
Nylon (truitje)--40C13 s
Katoen/Polyester62C17.6 s--
Katoen/Acryl130C15 s--
Polyester/Wol--60C 9 s
Viscose/Polyester--55C12.5 s
Tabel 4 geeft de resultaten van het indirecte contact tussen vlam en textiel

MonsterTemperatuurrookverschijningTijd rookverschijning TemperatuurschroeiingTemperatuur smeltpuntTijd vlam
Katoen (T-shirt)68C13s 120C-25s
Katoen (babykleding)74C14s 140C- 28s
Katoen (Jeans)117C21s 157C-33s
Viscose98C15s 101C -28s
Polyester (Rok)110C15s -101C-
Polyester (Babykleding)135C22s -107C-
Wol (Jasje)110C19s 190C-41s*
Nylon (regenjas)60C12s -75C-
Nylon (truitje)73C18s -50C-
Katoen/Polyester80C15s 130C-21 s
Katoen/Acryl92C20s 150C -27s
Polyester/Wol77C13s -120C-
Viscose/Polyester115C16s -92C30 s
*doofde daarna vrijwel direct
Tabel 5 zijn de resultaten verwerkt van het indirecte contact tussen vlam en textiel waarbij tevens onderzoek wordt gedaan naar de rookverschijnselen.

MonsterTemperatuurrookverschijningTijd rookverschijning TemperatuurschroeiingTemperatuur smeltpuntTijd vlam
Katoen (T-shirt)123C9s 200C-28s
Katoen (babykleding)130C12s 204C-22s
Katoen (Jeans)230C19s 308C-31s
Viscose170C12s 240C--
Polyester (Rok)220C19s -160C-
Polyester (Babykleding)135C22s -107C-
Wol (Jasje)120C11s 227C--
Nylon (regenjas)84C7s -84C-
Nylon (truitje)140C7s -140C-
Katoen/Polyester220C10s 160C--
Katoen/Acryl280C19s 300C --
Polyester/Wol132C9s -140C-
Viscose/Polyester133C11s -137C35s
Tabel 6 betreft hetzelfde experiment als in tabel 4 maar het textiel wordt onder een hoek van 45 graden verwarmd.


MonsterTemperatuurrookverschijningTijd rookverschijnselen Temperatuur schroeiingTemperatuur smeltpuntTijd vlam
Katoen (Jeans)112C20s 270C-41s
Viscose88C13s 260C--
Polyester (Rok)68C11s -68C-
Katoen/Acryl120C20s 170C --

MonsterTemperatuurrookverschijningTijd rookverschijnselen Temperatuur schroeiingTemperatuur smeltpuntTijd vlam
Katoen (Jeans)180C21s 300C--
Katoen (T-shirt)96C13s 210C--
Katoen/Polyester100C15s 170C--
Viscose70C12s 70C--
Tabel 7 respectievelijk tabel 8 geven de resultaten weer van de loodrechte verwarming van textielmonsters die gedrenkt waren in (NH4 )2CO3 oplossing respectievelijk NaHCO3 oplossing.


MonsterTemperatuurrookverschijningTijd rookverschijnselen Temperatuur schroeiingTemperatuur smeltpuntTijd vlam
Katoen (babykleding)255C13s 355C--
Wol180C8s -140C-
Polyester/Wol160C7s -140C-

MonsterTemperatuurrookverschijningTijd rookverschijnselen Temperatuur schroeiingTemperatuur smeltpuntTijd vlam
Katoen (babykleding)140C12s 190C--
Nylon (truitje)300C17s -175C-
Katoen/Acryl120C9s 270C --
In tabel 9 respectievelijk 10 staan de resultaten van de verwarming onder een hoek van 45 graden van textielmonsters die gedrenkt waren in (NH4)2CO3 oplossing respectievelijk NaHCO3 oplossing.

Conclusie

Uit de meetresultaten volgt dat het impregneren van textiel met zoutoplossingen een brandvertraging veroorzaakt. De vertraging uit zich in een verhoging van de temperatuur en de tijd waarbij rookverschijnselen zichtbaar zijn en in het verhogen van het schroeipunt. Wel lijkt het of natriumwaterstofcarbonaat meer brandvertragend werkte dan ammoniumcarbonaat. Dit zou te maken kunnen hebben maken met de temperatuur waarbij de stoffen beginnen te ontleden. Want hoe eerder het ontleedt, hoe meer brandvertragend het werkt.

Discussie

Als er serieus met het idee van brandvertraging met behulp van zouten verder gewerkt wordt, is er verder onderzoek nodig. Dit onderzoek is slecht een opstapje. De toepassingen die openliggen zijn aantrekkelijk te noemen. Er kan bijvoorbeeld naast kleding ook ander materiaal beschermd worden. Zo zou je plafondplaten kunnen maken waarin deze zouten verwerkt zijn. Op deze wijze zou dat een goedkope manier zijn om bij de bouw van huizen aan brandpreventie te doen. Verder onderzoek kan dan gedaan worden met allerlei stoffen die in de bouw gebruikt worden. Ook onderzoek met zouten die een lagere ontledingstemperatuur hebben is een mogelijkheid. Naast de toepassing van zouten, moet er sowieso meer gedaan worden aan brandpreventie. Vooral in de kledingsector. Er wordt voor de brandweer momenteel onderkleding ontwikkeld die brandwerend is. Als deze kleding ook wordt uitgebracht voor andere mensen, zou dat veel kunnen schelen. Verder onderzoek kan gedaan worden met allerlei stoffen die in de bouw gebruikt worden.