Com resoldre els riscos d'incendi en els transports públics?

1996/05/01 Azpiazu, A. | Gondra, Koldo | Madariaga, L | Vergara, J. Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Garraioak

Com s'ha comentat anteriorment, els productes de plàstic han experimentat un important desenvolupament en els últims anys. Cada any apareixen noves resines, però el comportament de les resines fenòliques enfront del foc, és a dir, la baixa toxicitat i opacitat del fum, ha contribuït a estimular l'interès i a augmentar les recerques (Forsdyke i Hemming, 1989; Gupta, 1986; Dayley, 1989; Ellis, 1988; McQuarrie i Lake, 1986; Savey, 1989). Entre els plàstics reforçats amb fibra de vidre es troben els de polièster, epoxi i fenol.

El mal comportament al foc de les resines de polièster i epoxi, així com les normes de seguretat en els transports, han estat les resines de fenol les que més han predominat últimament. La recuperació i la recerca d'aquestes resines s'estan fent grans esforços. Actualment les resines de fenol s'utilitzen en l'aviació i el sector naval (per a la fabricació de peces interiors), transport (per a la realització de seients), màquina eina (per a la fabricació de discos de fricció i talli) i fusteria (per a la fabricació de planxes i aglomerats). En aquest article ens limitarem a les aplicacions de transport.

Aviació

Els requisits que han de complir els materials utilitzats en aquest camp són: sota pes específic, bones propietats mecàniques, rigidesa (en ales i alerons) i bona resistència a la fatiga per a mantenir els processos de flexió i vibració de les pales d'ales, alerons i helicòpters.

Els avantatges dels composites respecte als materials tradicionals, especialment l'alumini i els aliatges especials, són el seu menor cost, el seu menor pes específic, la seva facilitat per a obtenir formes complexes i la seva estabilitat dimensional.

Des del punt de vista històric, cal dir que els materials composites van començar a utilitzar-se durant la Segona Guerra Mundial. En 1943 es comencen a utilitzar els primers fuselatges de polièster reforçat amb vidre. En 1955 es van provar composites de fenol reforçats amb amiant i aramida. En 1960 es van utilitzar composites d'epoxi reforçats amb fibra de vidre en l'avió “Windecker”. En 1972, tenint en compte els avantatges enfront del foc de les resines de fenol, es va decidir utilitzar-les en peces interiors dels avions “Concorde”. En 1973 es van realitzar les primeres peces estructurals de l'avió “Concorde” amb resina epoxi reforçada amb carboni.

D'altra banda, l'empresa Bakelite va presentar en la fira Verbundwerk’93 nous materials que podrien tenir aplicació en l'aviació, concretament composites híbrids epoxi/fenol. En aquests materials, els materials d'epoxi actuen com a additius i els fenòlics milloren les seves propietats enfront del foc.

L'empresa Ciba-Geigy fabrica els panells utilitzats a l'interior de l'avió amb diferents materials. Segons les seves característiques mecàniques, la superfície d'aquests materials és de resina fenòlica i el centre està fabricat amb escumes rígides d'alumini o material sintètic, o del mateix material i en forma de bresca.

Espais

Els materials utilitzats en els espais són fibres de carboni, bor i/o aramida, resines termoestables (epoxi i fenol) i materials ceràmics especialment en peces sotmeses a altes temperatures. L'avantatge que ofereixen els composites plàstics respecte a la resta de materials és la seva baixa densitat.

Les aplicacions més rellevants dels composites en aquest sector es resumeixen en la Taula 1.

Construcció naval

En la dècada de 1950 es comença a utilitzar en la indústria naval composites de polièster reforçats amb vidre. En l'actualitat, els reforços de carboni i aramida i la resina d'epoxi s'utilitzen en aplicacions molt especials.

Les característiques exigides als materials en aquesta matèria s'agrupen en les següents línies: ser resistents i resistents al medi marí, de fàcil manteniment i reparació, resistents a l'impacte, amb bones propietats anti-magnetisme i dielèctric, resistents a la gambada, amb possibilitat de redirigir el reforç i, per descomptat, més barates que els materials competidors.

La taula 2 resumeix les aplicacions d'aquests materials en la indústria naval i els materials utilitzats per a aquestes aplicacions.

Ferrocarril

La utilització de polièsters ignifugados reforçats amb vidre ha contribuït a augmentar el risc de passatgers en cas d'incendi.

Encara que ja s'ha comentat, és bo recordar que l'ús de composites de polièster i fenol és important en el sector del transport. L'ús del polièster millora l'aspecte de la superfície, però no podem oblidar el seu mal comportament enfront del foc. Per a la seva millora és obligatori l'ús de compostos halògens. Millora, però també augmenta la toxicitat i l'opacitat del fum. Per tant, si es vol reduir el risc dels usuaris en cas d'incendi, es recomana l'ús de composites de fenol.

Per exemple, per a fer front als problemes tècnics que generaven els trens de l'Estat espanyol, s'han utilitzat polièsters ignifugados reforçats amb vidre (en lloc de resines de fenol), la qual cosa ha incrementat el risc de passatgers en cas d'incendi.

Els principals composites utilitzats als trens de l'Estat espanyol són:

• RENFE. E 444-5 part davantera de cabina en les tres sèries de trens elèctrics de viatge llarg.
• Metre de Madrid. Als trens elèctrics de la sèrie 2000 s'han fabricat diversos elements de la carrosseria en polièster reforçat amb vidre. Estan classificats com M1 al foc.
• F.C. Barcelona Metropolità. Alguns trens de la sèrie 2000 incorporen elements de polièster ignifugado. Estan classificats com M1 al foc.
• RENFE. En les tres sèries dels trens elèctrics O-446 i UT-447, l'interior de la cabina i els seus seients s'han realitzat amb polièster reforçat amb vidre. Estan classificats com M1 al foc.
• Metre de Madrid. Als trens elèctrics de la sèrie 2000, l'interior de la cabina i els seus seients són de polièster ignifugado. Tenen la classificació M1.

A Europa i en el món s'ha utilitzat més la resina de fenol, com per exemple: En el Metre de París, la carrosseria; en el Metre de Caracas, els seients i el subministrament interior; en el Metre de San Francisco, el subministrament interior; en el Metre de Londres, el subministrament de l'estació; en el Metre d'Aramis de Matra, el carro complet, els seients i les peces interiors; en el Ferrocarril d'Anglaterra, la consola del quadre de comandament; en el Metre de Metre de Roma, la carrosseria; i els carrosseria; en el Metre de Metre de Metre de Lytermetro; i les peces del Metre; en el Metre de Metre, els seients i el Metre de Metre de Metre de Metre de Metre de Metre de Metre de Metre de Metre de Vellión.

Mètodes d'execució

Segons el mètode triat, la transformació de composites requereix tres passos simultanis o simultanis: incorporació de reforços, emmotllament de materials composts i enduriment del material i extracció de la peça del motlle.

GAIKER ha analitzat els diferents mètodes de processament i ha realitzat la caracterització de les peces obtingudes.

Emmotllament manual

Va ser el primer mètode utilitzat per a la fabricació de laminatges plàstics. Avui dia continua sent la més utilitzada.

La utilització de polièsters ignifugados reforçats amb vidre ha contribuït a augmentar el risc de passatgers en cas d'incendi.

Disposar del mètode més econòmic per a peces de sèrie curta i gran superfície i no necessitar personal especialitzat són els seus principals avantatges. Per contra, la producció lenta, la necessitat de molta mà d'obra, el bon aspecte només d'una part de la peça i les menors propietats físiques i químiques respecte a altres mètodes.

Aquest mètode, en el cas de la resina de fenol, s'utilitza per a la fabricació de la gurtería del tren, utilitzant àcids com a catalitzador per a la realització de la reixeta.

RTM

L'aparell RTM funciona en forma de xeringa. Primer xucla la mescla de resina i catalitzador i després injecta el motlle amb fibres.

A causa de les baixes pressions i temperatures emprades en aquest processament, els motlles poden ser calefactors o no calefactats, estant l'acabat de la peça unit a l'aspecte de la superfície del motlle i al catalitzador utilitzat.

Depenent de la temperatura del motlle, en el processament es poden utilitzar desemmotllants externs o interns, mentre que per a modificar les propietats del material i reduir costos de procés es pot utilitzar resina carregada.

A continuació se citen les empreses i productes que fabriquen composites fenòlics amb el següent mètode: WES Plastics, elements militars; Flexadux Plastics Ltd., carrosseries de trens; Move-Vigo Ltd., peces de gran grandària (3 m x 3 m x 22 mm) i Plasteck Thermoset Tectronic, components per a avions.

Segons el mètode triat, la transformació de composites requereix tres passos simultanis o simultanis: incorporació de reforços, emmotllament de materials composts i enduriment del material i extracció de la peça del motlle.

Analitzant la tendència actual, s'estima que la tecnologia RTM aconseguirà en els pròxims anys nivells adequats d'automatització i tecnologia, la qual cosa permet predir la seva utilització en la fabricació de components per a l'aviació. Plasteck Thermoset Tectronics és l'empresa que està realitzant les recerques més importants en aquest camp.

Premsatge en fred

Aquest mètode s'utilitza per a produir entre 1.000 i 10.000 peces anuals. A causa de la baixa pressió en la premsatge es poden utilitzar motlles de composite. La viscositat de la resina utilitzada és mitjana i per a reduir el preu de la formulació i augmentar la rigidesa de la peça s'afegeixen càrregues.

El motlle ha de tenir bones propietats mecàniques i estabilitat dimensional a temperatura per a suportar adequadament la tensió i la fatiga provocada pel premsatge. Ex-press Plastics Ltd., el seient del tren Docklands i l'empresa Scandura Seal Tex utilitzen aquest mètode per a fabricar peces per a automoció.

SMC/BMC anteriors

El procés de fabricació dels preclosos SMC/BMC de fenol consta de tres passos:

• Fabricació de precontaminantes. En la màquina SMC es barreja la pasta amb resina, càrrega, catalitzador i diferents additius amb el reforç, obtenint un semi-producte en forma de bobina.
• Curat de precursors. El procés es realitza en la cambra que controla la humitat i la temperatura.
• Premsatge. Es realitza a 160 °C i a una pressió de 30 a 90 kg/cm ^2.

Quant al SMC de fenol, les aplicacions que es realitzen actualment són:

• Panells i revestiments d'edificis.
• Elements de transport (seients de tren, marcs de finestres, reposacaps, interior del capot de cotxes, panells interiors d'avions, components de subministraments, etc.). D'altra banda, la corporació Bakelite-Isole també es val d'aquesta tecnologia per a la fabricació de peces complexes i impossibles d'avions.
• Peces elèctriques (màquines, peces elèctriques, carcasses, etc.) ).

El sector ferroviari i la indústria del transport en general han tingut sempre en compte la seguretat i el confort dels usuaris. Però els passos donats són adequats? Com s'han combatut els incendis?

DSM UK Resins Dynochen UK, Norsolor, divisió occidental de la Chemical Corporation, Scandura Sealtex, Fers Resins S.A. i Bakelite-Isole són les empreses que han desenvolupat tecnologia per a la fabricació de SMC.

Anteriors

En el cas de la resina de fenol, és el mètode més estès en l'aviació i el processament es realitza en dues fases: en la primera es dissol la resina diluent adequada i posteriorment s'elimina el diluent amb la temperatura. Nivells de viscositat i contingut baix en aigua obtinguts (60 10 ⁶ cps.) sol ser adequat. Existeixen dues vies d'extracció de peces d'aquests precutados: premsatge (amb pressió de 90 kg/cm ² i temperatura de 160 °C) i emmotllament (s'utilitza per primera vegada el buit per a l'evacuació dels volàtils i posteriorment es realitza la reixeta amb una temperatura de 110-130 °C i una pressió de 2-5 kg/cm 2).

Els principals desavantatges que presenta aquest procés en aquest moment són el temps que triga a processar i, en el cas de peces complexes, el seu gran minvament. D'altra banda, en aplicacions que requereixen bones propietats mecàniques, s'utilitzen sovint teixits de carboni o aramida.

Normes de transport

A més dels assajos utilitzats habitualment en laboratori per a mesurar el comportament enfront del foc dels materials plàstics i la toxicitat i opacitat del fum, s'han establert normes especials en els sectors de transport, avió, construcció i construcció naval. Entre aquestes normes destaquen:

• BS 6853, 1987 “British Standard Code of ractice for Fire Precaution in the Disign and of Railway Paspasenger Rolconstructsling”, una norma anglesa que té en compte els assajos específics desenvolupats per London Underground Ltd. Aquests assajos es basen en mesuraments precisos dels índexs corresponents a la temperatura de fum i inflamabilitat.
• Royal Navy ha desenvolupat normes específiques per a la classificació dels materials utilitzats en la indústria naval: NES 705 “Selection of Material on the Basis of Their Fire Characteristics (maig 1983)”. Classifiquen els materials segons els paràmetres que s'obtenen relacionant l'opacitat del fum, la toxicitat dels gasos i l'oxigen.
• Quant a l'aviació, les normes que han de complir els materials de fenol són l'ASTM 1000.001 corresponent al transport aeri i l'assaig de la Universitat d'Ohio (ÚS).
• Les normes que han de complir els materials de construcció en l'Estat espanyol són les UNEIX 23-102 i UNE23-721 a UNE-23-730. La seva funció és classificar els materials emprats en la construcció en funció del seu comportament enfront del foc. D'altra banda, en el moment actual, no existeix una norma específica per a mesurar l'opacitat i toxicitat dels fums. En aquesta àrea s'utilitzen les normes franceses de transport.
• Norma NF X 10-702. Mesura la densitat òptica dels gasos de combustió i piròlisi de materials.
• Norma NF X 70-100. Mètode del forn tubular. Se centra en l'anàlisi dels gasos procedents de la combustió i piròlisi de materials.
• Norma NF F 16-101. Regula el comportament enfront del foc. S'utilitza en la selecció de materials.

Conclusions

Actualment, les resines que han mostrat millors propietats enfront del foc i menors costos són les de fenol. Però atès que les condicions per a la transformació d'aquests materials no estan adaptades, les empreses basques i espanyoles no dominen la transformació de resines fenòliques.

En els últims anys l'ús de materials plàstics en el sector del transport ha experimentat un notable augment, reduint el pes de les peces s'ha reduït el consum d'energia i s'ha aconseguit reduir la contaminació generada. No obstant això, davant els greus resultats dels incendis ocorreguts, l'ús de materials de bon comportament al foc per a millorar la seguretat dels usuaris s'ha convertit en un objectiu prioritari. Actualment, les resines que han mostrat millors propietats enfront del foc i menors costos són les de fenol.

Però atès que les condicions per a la transformació d'aquests materials no estan adaptades, les empreses basques i espanyoles no dominen la transformació de resines fenòliques. En GAIKER estem millorant les condicions de transformació de les resines fenòliques i la forma i propietats de la superfície de les peces obtingudes. Entre els passos donats referent a això, i tenint en compte les normes existents i que apareixeran en relació al foc, s'ha enfocat l'ús del composite fenòlic en la construcció i el transport.

A més, s'ha desenvolupat la tecnologia de substitució de composites de polièster i epoxi per fenol en peces que han de complir les normes de foc. Els resultats d'aquest esforç es poden veure ja en els passos donats en la fabricació i transformació de preclosos de fenol i la seva aplicació en l'aviació en la indústria de la Comunitat Autònoma del País Basc, culminant amb l'adaptació dels processos de fabricació de components per a la construcció i transport mitjançant emmotllament manual, RTM o premsatge en injecció i fred.