Tiêu chuẩn TCVN 9619-1:2013 Xác định hàm lượng khí axit halogen trong các khí sinh ra khi vật liệu cáp cháy

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9619-1:2013

IEC 60754-1:2011

THỬ NGHIỆM CÁC KHÍ SINH RA TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY VẬT LIỆU CÁP - PHẦN 1: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG KHÍ AXIT HALOGEN

Test on gases evolved during combustion of materials from cables - Part 1: Determination of the halogen acid gas content

Lời nói đầu

TCVN 9619-1:2013 hoàn toàn tương đương với IEC 60754-1:2011;

TCVN 9619-1:2013 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E4 Dây và cáp điện biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 9619 (IEC 60754), Thử nghiệm các khí sinh ra trong quá trình cháy vật liệu cáp, gồm các phần sau:

TCVN 9619-1:2013 (IEC 60754-1:2011), Phần 1: Xác định hàm lượng khí axit halogen

TCVN 9619-2:2013 (IEC 60754-2:2011), Phần 2: Xác định độ axit (bằng phép đo độ pH) và độ dẫn

THỬ NGHIỆM CÁC KHÍ SINH RA TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY VẬT LIỆU CÁP - PHẦN 1: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG KHÍ AXIT HALOGEN

Test on gases evolved during combustion of materials from cables - Part 1: Determination of the halogen acid gas content

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định thiết bị và quy trình dùng để xác định lượng khí axit halogen, không phải là axit hydrofluoric, sinh ra trong khi cháy các hợp chất có gốc polyme có chứa halogen và các hợp chất có chứa các phụ gia có halogen được lấy từ kết cấu cáp điện hoặc cáp sợi quang.

CHÚ THÍCH 1: Phương pháp thử nghiệm này không thể xác định được axit hydrofluoric. Phương pháp thích hợp được nêu trong IEC 60684-2.

CHÚ THÍCH 2: Phương pháp thử nghiệm này có thể được sử dụng cho các vật liệu thử nghiệm cần sử dụng khi chế tạo cáp, nhưng việc công bố tính năng của cáp không nên thực hiện dựa trên thử nghiệm này.

CHÚ THÍCH 3: Tiêu chuẩn cáp liên quan cần chỉ ra các thành phần nào của cáp cần thử nghiệm.

CHÚ THÍCH 4: Với mục đích của tiêu chuẩn này, thuật ngữ “cáp điện” đề cập đến tất cả các cáp có ruột dẫn kim loại có cách điện được sử dụng để truyền năng lượng hoặc tín hiệu.

Phương pháp quy định trong tiêu chuẩn này được thiết kế để thử nghiệm các thành phần riêng rẽ được sử dụng trong kết cấu cáp. Việc sử dụng phương pháp này sẽ cho phép kiểm tra xác nhận các yêu cầu được quy định trong yêu cầu kỹ thuật của cáp thích hợp đối với các thành phần riêng rẽ của kết cấu cáp.

CHÚ THÍCH 5: Theo thỏa thuận giữa nhà chế tạo và người mua, phương pháp nêu trong tiêu chuẩn này cũng có thể được sử dụng cho các phối hợp thử nghiệm của các vật liệu đại diện cho một kết cấu cáp nhưng việc công bố sự phù hợp của cáp với tiêu chuẩn này không nên thực hiện dựa trên thử nghiệm như vậy. Thông tin về phương pháp thử nghiệm này được nêu trong Phụ lục A.

Vì lý do về độ chính xác, không khuyến khích sử dụng phương pháp này cho các giá trị axit halogen sinh ra nhỏ hơn 5 mg/g của mẫu được lấy.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi.

TCVN 4851 (ISO 3696), Nước dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử

TCVN 7153 (ISO 1042), Dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh - Bình định mức

ISO 385, Laboratory glassware - Burettes (Dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh - Ống buret)

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa trong dưới đây.

3.1. Hàm lượng khí axit halogen (halogen acid gas content)

Lượng khí axit halogen sinh ra, trừ axit hydrofluoric, thể hiện là số miligam axit hydroclorua trên một gam của tổng mẫu thử nghiệm.

4. Nguyên lý của phương pháp thử nghiệm

Vật liệu cần thử nghiệm được gia nhiệt trong một luồng không khí khô và các khí được hấp thụ trong dung dịch natri hydroxit 0,1 M chứa trong các chai rửa khí. Sau đó, lượng axit halogen được xác định bằng cách axit hóa dung dịch axit nitric, thêm thể tích đã xác định dung dịch bạc nitrat 0,1 M và chuẩn độ ngược lượng dư bằng amoni thioxyanat 0,1 M, sử dụng chất chỉ thị là amoni sắt (III) sunphat.

CHÚ THÍCH 1: Có thể dùng các phương pháp phân tích khác ít nhất là có cùng độ chính xác nhưng trong trường hợp có nghi ngờ thì phương pháp nêu trong tiêu chuẩn này là phương pháp được sử dụng.

CHÚ THÍCH 2: Mặc dù cả axit clohydric và axit bromhydric được phát hiện theo phương pháp phân tích này nhưng phải ghi vào báo cáo hàm lượng axit clohydric coi tất cả axit halogen đều là axit clohydric.

5. Thiết bị thử nghiệm

5.1. Yêu cầu chung

Thiết bị được thể hiện trên các hình từ Hình 1 đến Hình 5.

Cụm lắp ráp các thành phần cấu tạo thiết bị thử nghiệm phải kín khít. Khoảng cách nối giữa ống thủy tinh thạch anh và chai đầu tiên và giữa các chai tiếp theo phải càng ngắn càng tốt. Phải sử dụng ống bằng thủy tinh hoặc cao su silicon cho các đấu nối này.

CHÚ THÍCH 1: Ở phía đầu ra của ống thủy tinh thạch anh, càng gần đầu càng tốt, cho phép đặt một nút bằng bông silic đioxit để hỗ trợ việc gom các sản phẩm ngưng tụ.

CHÚ THÍCH 2: Chai rỗng thứ ba, có cùng kích cỡ như chai rửa khí, đặt trước chai rửa khí, có thể được dùng để tăng độ an toàn, tức là để ngăn ngừa nước trào ngược vào ống thủy tinh thạch anh.

5.2. Lò đốt ống

Chiều dải vùng gia nhiệt của lò đốt năm trong phạm vi từ 480 mm đến 620 mm, và đường kính trong của nó dài từ 38 mm đến 62 mm. Lò đốt được trang bị hệ thống gia nhiệt bằng điện điều chỉnh được.

5.3. Ống thủy tinh thạch anh

Để thử nghiệm, ống thủy tinh thạch anh được đưa vào trong lò đốt ống. Ống phải gần như đồng trục với lò đốt. Ống phải chịu được tác động của các khí ăn mòn.

Đường kính trong của ống dài từ 30 mm đến 46 mm. Ống phải nhô ra ở lối vào lò đốt một đoạn dài từ 60 mm đến 200 mm, và ở lối ra một đoạn dài từ 60 mm đến 100 mm. Phải có khe hở ban đầu để giãn nở nhiệt. Để đo các khoảng cách nhô ra, ống phải được xem là phần có đường kính về cơ bản là không đổi.

CHÚ THÍCH: Đường kính ngoài của ống cần được chọn theo đường kính trong của lò đốt ống.

Trước mỗi thử nghiệm, phải làm sạch toàn bộ chiều dài ống bằng cách nung ở nhiệt độ xấp xỉ 950 °C.

5.4. Thuyền đốt

Thuyền đốt phải làm từ sứ, thạch anh nóng chảy hoặc đá mềm và phải có các kích thước sau:

- chiều dài ngoài: nằm trong phạm vi từ 45 mm đến 100 mm;

- chiều rộng ngoài: nằm trong phạm vi từ 12 mm đến 30 mm;

- chiều sâu trong: nằm trong phạm vi từ 5 mm đến 10 mm.

CHÚ THÍCH: Các kích thước của đĩa cần chọn theo đường kính trong của ống thạch anh.

Phương pháp ưu tiên để đưa thuyền đốt vào ống thủy tinh thạch anh được thể hiện trên Hình 1.

Trước mỗi thử nghiệm, thuyền đốt được làm sạch và nung trong lò đốt kín ở nhiệt độ xấp xỉ 950 °C trong 4 h sau đó, đưa thuyền đốt vào tủ sấy rồi để nguội về nhiệt độ môi trường xung quanh. Sau đó, thuyền đốt được cân với độ chính xác bằng 0,1 mg. Ghi lại khối lượng m₁ này.

5.5. Cơ cấu tạo bọt các khí

Ở đầu ra của ống thủy tinh thạch anh, các khí sinh ra phải được cho qua hai chai rửa khí (xem Hình 2), mỗi chai chứa ít nhất 220 ml dung dịch natri hydroxit 0,1 M.

Que khuấy từ tính phải được đưa vào trong chai rửa khí thứ nhất để tạo chuyển động xoáy đều và hấp thụ hiệu quả các khí đốt. Các ống trong chai rửa khí có đường kính trong lớn nhất tại đầu của chúng bằng 5 mm để hỗ trợ việc hấp thụ.

Độ cao của chất lỏng so với đáy ống phải là (110 ± 10) mm trong mỗi chai.

CHÚ THÍCH: Sử dụng chai thủy tinh trong phòng thí nghiệm tiêu chuẩn có đường kính trong xấp xỉ 50 mm là đáp ứng yêu cầu này.

5.6. Hệ thống cung cấp khí

Khí sử dụng để đốt cháy là không khí.

Lưu lượng không khí đưa vào trong ống thủy tinh thạch anh phải được điều chỉnh theo điện tích mặt cắt bên trong thực tế của ống, sao cho tốc độ của dòng không khí đi qua mẫu xấp xỉ 20 ml/mm²/h.

Tốc độ của không khí phải được điều chỉnh theo lưu lượng không khí. Lưu lượng không khí phải là (0,0157 x D²) l/h với dung sai bằng ±10 %.

CHÚ THÍCH: Công thức tính lưu lượng không khí từ tốc độ không khí là:

trong đó

D là đường kính trong của ống (mm);

r là lưu lượng không khí (ml/h);

V là tốc độ không khí (ml/mm²/h).

Việc cung cấp không khí phải được điều chỉnh và khống chế bằng van kim, và lưu lượng được theo dõi qua lưu lượng kế có thang đo thích hợp.

Không khí cung cấp phải được chọn từ một trong các phương pháp sau:

Phương pháp 1:

Phương pháp này sử dụng không khí tổng hợp hoặc không khí nén trong chai. Không khí phải được đưa vào phía đầu vào của ống thủy tinh thạch anh (xem Hình 3).

Phương pháp 2:

Phương pháp này sử dụng nguồn cung cấp không khí nén trong phòng thí nghiệm. Không khí phải được đưa vào phía đầu vào của ống thủy tinh thạch anh và phải được lọc và làm khô (xem Hình 4).

Phương pháp 3:

Phương pháp này sử dụng không khí môi trường xung quanh của phòng thí nghiệm. Không khí phải được lọc và làm khô. Trong trường hợp này, hỗn hợp không khí và khí đốt phải được hút bằng bơm. (xem Hình 5).

5.7. Cân phân tích

Cân phân tích phải có độ chính xác ± 0,1 mg.

5.8. Dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh

Để chuẩn độ, phải có sẵn các dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh sau:

- ống pipet 20 ml;

- ống pipet 100 ml;

- bình định mức dạng quả lê một vạch đo thể tích theo TCVN 7153 (ISO 1042) có dung tích 1 000 ml;

- bình dạng nón có dung tích từ 250 ml đến 500 ml;

- ống buret phù hợp với ISO 385-1.

5.9. Thuốc thử

Để phân tích, phải sử dụng các thuốc thử dưới đây có chất lượng phân tích đã biết. Nước khử khoáng hoặc nước cất phải có độ tinh khiết tối thiểu loại 3 phù hợp với TCVN 4851 (ISO 3696).

a) axit nitric đậm đặc: khoảng 65 % có trọng lượng riêng r xấp xỉ 1,40 g/ml;

b) axit nitric, xấp xỉ 6 M;

c) bạc nitrat 0,1 M;

d) nitrobenzen, toluene hoặc rượu iso-amylic;

e) dung dịch amoni sắt (III) sunphat có khối lượng/thể tích xấp xỉ 40 %;

f) dung dịch amoni thiocyanat 0,1 M.

CẢNH BÁO: Nitrobenzen được xem như chất có độc tính cao. Toluen hoặc rượu iso-amylic là các chất an toàn.

6. Mẫu thử nghiệm

6.1. Yêu cầu chung

Phải chuẩn bị hai mẫu thử nghiệm, mỗi mẫu gồm (750 ± 250) mg vật liệu cần thử nghiệm. Mỗi mẫu thử nghiệm phải được lấy từ một mẫu đại diện của vật liệu. Mỗi mẫu thử nghiệm phải được cắt thành nhiều mảnh nhỏ hơn.

CHÚ THÍCH: Mảnh có kích thước lớn nhất bằng 3 mm được xem là thích hợp.

6.2. Ổn định mẫu

Các mẫu thử nghiệm đã chuẩn bị phải được ổn định trong ít nhất là 16 h ở nhiệt độ bằng (23 ± 2) °C và độ ẩm tương đối bằng (50 ± 5) %.

6.3. Khối lượng mẫu

Cân thuyền đốt (m₁) với độ chính xác 0,1 mg (xem 5.4). Sau khi ổn định, đặt mẫu thử nghiệm vào trong thuyền đốt và phân bố đều ở đáy của đĩa và đĩa này phải được cân lại với độ chính xác 0,1 mg. Ghi lại khối lượng này (m₂).

Khối lượng m của mẫu thử nghiệm phải được tính như sau:

m = m₂ - m₁

trong đó

m là khối lượng của mẫu thử nghiệm, tính bằng gam;

m₁ là khối lượng của thuyền đốt, tính bằng gam;

m₂ là khối lượng của thuyền đốt có mẫu thử nghiệm, tính bằng gam.

CHÚ THÍCH: Thiết bị đo khối lượng kiểu mới có chỉnh "0" tự động thích hợp cho phép đo trực tiếp m.

7. Quy trình thử nghiệm

7.1. Yêu cầu chung

Quy trình thử nghiệm và xác định phải được thực hiện trên từng mẫu thử nghiệm.

7.2. Thiết bị thử nghiệm và bố trí

Quy trình thử nghiệm xác định ở điều này phải được thực hiện sử dụng thiết bị mô tả ở Điều 5.

7.3. Quy trình gia nhiệt

7.3.1. Xác định chế độ gia nhiệt

Thuyền đốt rỗng phải được đưa vào ống thủy tinh thạch anh và đặt xấp xỉ ở tâm của lò đốt ống.

Lưu lượng không khí phải được điều chỉnh bằng van kim đến giá trị quy định ở 5.6 và phải được giữ không đổi trong quá trình xác định.

Định vị nhiệt ngẫu hoặc cơ cấu đo nhiệt độ thích hợp khác (bảo vệ thích hợp khỏi ăn mòn), ở vị trí mẫu thử nghiệm trong thuyền đốt rỗng. Thuyền đốt phải được gia nhiệt với tốc độ gia nhiệt gần như đồng đều trong khoảng thời gian bằng (40 ± 5) min để nâng nhiệt độ đến (800 ± 10) °C ghi được bằng nhiệt ngẫu, sau đó, phải duy trì ở nhiệt độ này trong (20 ± 1) min.

Xác định từ quy trình này một chế độ gia nhiệt đảm bảo đạt được tốc độ gia nhiệt và nhiệt độ của mẫu thử nghiệm yêu cầu.

7.3.2. Quy trình gia nhiệt mẫu thử nghiệm

Thuyền đốt có chứa mẫu thử nghiệm phải được đưa vào trong ống thủy tinh thạch anh và đặt xấp xỉ ở tâm của lò đốt ống.

Lưu lượng không khí phải được điều chỉnh bằng van kim đến giá trị quy định ở 5.6 và phải được giữ không đổi trong quá trình xác định.

Mẫu thử nghiệm phải được gia nhiệt bằng cách sử dụng chế độ gia nhiệt xác định ở 7.3.1.

CẢNH BÁO: Thao tác viên cần thực hiện phòng ngừa, ví dụ như đeo kính bảo vệ mắt và mặc quần áo bảo vệ thích hợp vì một số vật liệu nhất định cháy nhanh và có thể “thổi ngược” các khí nóng. Cần cẩn thận để tránh quá áp suất hệ thống và để cho phép thoát các khí thải. Hướng dẫn tránh “thổi ngược" được cho trong chú thích 2 của 5.1.

7.4. Quy trình rửa

Sau quy trình gia nhiệt, tất cả các chai được sử dụng phải được ngắt ra, và các thành phần được rửa trong một bình thót cổ có thể tích 1 000 ml. Sử dụng nước cất hoặc nước khử khoáng, chai, các kết nối và sau khi làm nguội, một đầu của ống thủy tinh thạch anh bao gồm bông silic đioxit (nếu sử dụng) cũng phải được rửa trong bình và các thành phần tạo thành 1 000 ml.

7.5. Xác định hàm lượng axit halogen

7.5.1. Thử nghiệm trống

Trước khi thực hiện thử nghiệm trên mẫu thử nghiệm, phải tiến hành thử nghiệm trống sử dụng quy trình thử nghiệm nêu ở 7.3.2 nhưng không có mẫu thử nghiệm trong thuyền đốt.

Sau khi để nguội về nhiệt độ môi trường xung quanh, đo 200 ml dung dịch này trong bình hình nón sử dụng pipet thích hợp và đưa vào lần lượt các thuốc thử dưới đây:

a) xấp xỉ 4 ml axit nitric đậm đặc;

b) 20 ml dung dịch bạc nitrat 0,1 M, được đo bằng pipet;

c) xấp xỉ 3 ml nitro benzen hoặc toluen hoặc rượu iso amyl.

Các thành phần phải được lắc đều để đạt kết tụ và lớp phủ bạc halogenua được hình thành do phản ứng.

Sau đó, thêm vào 1 ml dung dịch amoni sắt (III) sunphat ngậm nước 40 % (khối lượng/thể tích) có chứa một vài giọt axit nitric 6 M và trộn đều với nhau. Sau đó, dung dịch này phải được chuẩn độ bằng dung dịch amoni thiocyanat 0,1 M sử dụng buret rồi lắc hoặc khuấy mạnh. Điểm cuối của phép chuẩn độ là khi dung dịch chuyển sang màu đỏ.

Thể tích B của dung dịch amoni thiocyanat 0,1 M phải được ghi lại.

CHÚ THÍCH: Nên thực hiện thử nghiệm trống trước mỗi đợt thử nghiệm và bất cứ khi nào bắt đầu một lô mới của các dung dịch natri hydroxit, dung dịch bạc nitrat, dung dịch amoni thiocyanat hoặc nước cất hoặc nước khử khoáng.

7.5.2. Thử nghiệm vật liệu

Quy trình thử nghiệm nêu ở 7.3.2 phải được thực hiện với mẫu thử nghiệm trong thuyền đốt.

Sau khi để nguội về nhiệt độ môi trường xung quanh, đo 200 ml dung dịch này trong bình hình nón sử dụng pipet thích hợp và đưa vào lần lượt các thuốc thử dưới đây:

a) xấp xỉ 4 ml axit nitric đậm đặc;

b) 20 ml dung dịch bạc nitrat 0,1 M, được đo bằng pipet;

c) xấp xỉ 3 ml nitro benzen hoặc toluen hoặc rượu iso amyl.

Các thành phần phải được lắc đều để đạt kết tụ và lớp phủ bạc halogenua được hình thành do phản ứng.

Sau đó, thêm vào 1 ml dung dịch amoni sắt (III) sunphat ngậm nước 40 % (khối lượng/thể tích) có chứa một vài giọt axit nitric 6 M và trộn đều với nhau. Sau đó, dung dịch này phải được chuẩn độ bằng dung dịch amoni thiocyanat 0,1 M sử dụng buret rồi lắc hoặc khuấy mạnh. Điểm cuối của phép chuẩn độ là khi dung dịch chuyển sang màu đỏ.

Thể tích A của dung dịch amoni thiocyanat 0,1 M phải được ghi lại.

7.5.3. Tính hàm lượng axit halogen

Hàm lượng axit halogen, tính bằng miligam axit clohydric trên một gam mẫu thử nghiệm được lấy, phải được xác định theo công thức sau:

trong đó

A là thể tích tính bằng ml của dung dịch amoni thiocyanat 0,1 M được sử dụng khi xác định mẫu thử nghiệm;

B là thể tích tính bằng ml của dung dịch amoni thiocyanat 0,1 M được sử dụng khi xác định thử nghiệm trống;

C là hàm lượng axit halogen tính bằng miligam axit clohydric trên một gam mẫu thử nghiệm;

m là khối lượng của mẫu thử nghiệm lấy theo gam;

M là nồng độ mol của dung dịch amoni thiocyanat;

36,5 là khối lượng phân tử của axit clohydric

8. Đánh giá kết quả thử nghiệm

Hàm lượng khí axit halogen, C_m, phải được lấy là trung bình của hai mẫu thử nghiệm được xác định.

Các giá trị riêng rẽ không được thay đổi so với giá trị trung bình quá ±10 % trong đó hàm lượng khí axit halogen ³ 5 mg/g.

Ghi lại C = 5 khi lượng axit halogen nhỏ hơn 5 mg/g.

9. Yêu cầu tính năng

Không có các yêu cầu về sự phù hợp trong tiêu chuẩn này.

10. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải gồm có các thông tin dưới đây:

a) mô tả chi tiết vật liệu được thử nghiệm;

b) số hiệu của tiêu chuẩn này;

c) hàm lượng khí axit halogen của vật liệu (C_m);

d) phương pháp phân tích được sử dụng để xác định hàm lượng khí axit halogen (nếu không như tiêu chuẩn này đưa ra);

e) tham chiếu của nhà cung ứng được sử dụng cho các thuốc thử 3) và 6) (như nêu ở 5.9) phải được ghi vào báo cáo;

f) loại thiết bị thử nghiệm được sử dụng (phương pháp 1, phương pháp 2 hoặc phương pháp 3).