Como resolver os riscos de incendio nos transportes públicos?

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

• Garraioak

Como se comentou anteriormente, os produtos de plástico experimentaron un importante desenvolvemento nos últimos anos. Cada ano aparecen novas resinas, pero o comportamento das resinas fenólicas fronte ao lume, é dicir, a baixa toxicidade e opacidade do fume, contribuíu a estimular o interese e a aumentar as investigacións (Forsdyke e Hemming, 1989; Gupta, 1986; Dayley, 1989; Ellis, 1988; McQuarrie e Lake, 1986; Savey, 1989). Entre os plásticos reforzados con fibra de vidro atópanse os de poliéster, epoxi e fenol.

O mal comportamento ao lume das resinas de poliéster e epoxi, así como as normas de seguridade nos transportes, foron as resinas de fenol as que máis predominaron ultimamente. A recuperación e a investigación destas resinas están a facerse grandes esforzos. Actualmente as resinas de fenol utilízanse na aviación e o sector naval (paira a fabricación de pezas interiores), transporte (paira a realización de asentos), máquina ferramenta (paira a fabricación de discos de fricción e corte) e carpintaría (paira a fabricación de ferros e aglomerados). Neste artigo limitarémonos ás aplicacións de transporte.

Aviación

Os requisitos que deben cumprir os materiais utilizados neste campo son: baixo peso específico, boas propiedades mecánicas, rixidez (en ás e aleróns) e boa resistencia a fatígaa paira manter os procesos de flexión e vibración das pas de ás, aleróns e helicópteros.

As vantaxes dos composites respecto dos materiais tradicionais, especialmente o aluminio e as aliaxes especiais, son o seu menor custo, o seu menor peso específico, a súa facilidade paira obter formas complexas e a súa estabilidade dimensional.

Desde o punto de vista histórico, cabe dicir que os materiais composites comezaron a utilizarse durante a Segunda Guerra Mundial. En 1943 empézanse a utilizar os primeiros fuselajes de poliéster reforzado con vidro. En 1955 probáronse composites de fenol reforzados con amianto e aramida. En 1960 utilizáronse composites de epoxi reforzados con fibra de vidro no avión “Windecker”. En 1972, tendo en conta as vantaxes fronte ao lume das resinas de fenol, decidiuse utilizalas en pezas interiores dos avións “Concorde”. En 1973 realizáronse as primeiras pezas estruturais do avión “Concorde” con resina epoxi reforzada con carbono.

Doutra banda, a empresa Bakelite presentou na feira Verbundwerk’93 novos materiais que poderían ter aplicación na aviación, concretamente composites híbridos epoxi/fenol. Nestes materiais, os materiais de epoxi actúan como aditivos e os fenólicos melloran as súas propiedades fronte ao lume.

A empresa Ciba-Geigy fabrica os paneis utilizados no interior do avión con diferentes materiais. Segundo as súas características mecánicas, a superficie destes materiais é de resina fenólica e o centro está fabricado con espumas ríxidas de aluminio ou material sintético, ou do mesmo material e en forma de panal.

Espazos

Os materiais utilizados nos espazos son fibras de carbono, boro e/ou aramida, resinas termoestables (epoxi e fenol) e materiais cerámicos especialmente en pezas sometidas a altas temperaturas. A vantaxe que ofrecen os composites plásticos respecto ao resto de materiais é a súa baixa densidade.

As aplicacións máis relevantes dos composites neste sector resúmense na Táboa 1.

Construción naval

Na década de 1950 empézase a utilizar na industria naval composites de poliéster reforzados con vidro. Na actualidade, os reforzos de carbono e aramida e a resina de epoxi utilízanse en aplicacións moi especiais.

As características esixidas aos materiais nesta materia agrúpanse nas seguintes liñas: ser resistentes e resistentes ao medio mariño, de fácil mantemento e reparación, resistentes ao impacto, con boas propiedades anti-magnetismo e dieléctrico, resistentes á zancada, con posibilidade de redirixir o reforzo e, por suposto, máis baratas que os materiais competidores.

A táboa 2 resume as aplicacións destes materiais na industria naval e os materiais utilizados paira estas aplicacións.

Ferrocarril

A utilización de poliésteres ignifugados reforzados con vidro contribuíu a aumentar o risco de pasaxeiros en caso de incendio.

Aínda que xa se comentou, é bo lembrar que o uso de composites de poliéster e fenol é importante no sector do transporte. O uso do poliéster mellora o aspecto da superficie, pero non podemos esquecer o seu mal comportamento fronte ao lume. Paira a súa mellora é obrigatorio o uso de compostos halógenos. Mellora, pero tamén aumenta a toxicidade e a opacidade do fume. Por tanto, se se quere reducir o risco dos usuarios en caso de incendio, recoméndase o uso de composites de fenol.

Por exemplo, paira facer fronte aos problemas técnicos que xeraban os trens do Estado español, utilizáronse poliésteres ignifugados reforzados con vidro (en lugar de resinas de fenol), o que incrementou o risco de pasaxeiros en caso de incendio.

Os principais composites utilizados nos trens do Estado español son:

• RENFE. E 444-5 parte dianteira de cabina nas tres series de trens eléctricos de viaxe longa.
• Metro de Madrid. Nos trens eléctricos da serie 2000 fabricáronse varios elementos da carrozaría en poliéster reforzado con vidro. Están clasificados como M1 ao lume.
• F.C. Barcelona Metropolitano. Algúns trens da serie 2000 incorporan elementos de poliéster ignifugado. Están clasificados como M1 ao lume.
• RENFE. Nas tres series dos trens eléctricos Ou-446 e UT-447, o interior da cabina e os seus asentos realizáronse con poliéster reforzado con vidro. Están clasificados como M1 ao lume.
• Metro de Madrid. Nos trens eléctricos da serie 2000, o interior da cabina e os seus asentos son de poliéster ignifugado. Teñen a clasificación M1.

En Europa e no mundo utilizouse máis a resina de fenol, por exemplo: No Metro de París, a carrozaría; no Metro de Caracas, os asentos e a subministración interior; no Metro de San Francisco, a subministración interior; no Metro de Londres, a subministración da estación; no Metro de Aramis de Matra, o carro completo, os asentos e as pezas interiores; no Ferrocarril de Inglaterra, a consola do cadro de mandos; no Metro de Metro de Roma, a carrozaría; e a carrozaría; no Metro de Metro de Metro de Lytermetro; e as pezas do Metro; no Metro de Metro, os asentos e o Metro de Metro de Metro de Metro de Metro de Metro de Metro de Metro de Metro de Vellión.

Métodos de execución

Segundo o método elixido, a transformación de composites require tres pasos simultáneos ou simultáneos: incorporación de reforzos, moldeo de materiais compostos e endurecemento do material e extracción da peza do molde.

GAIKER analizou os diferentes métodos de procesado e realizou a caracterización das pezas obtidas.

Moldeo manual

Foi o primeiro método utilizado paira a fabricación de laminados plásticos. Hoxe en día segue sendo a máis utilizada.

A utilización de poliésteres ignifugados reforzados con vidro contribuíu a aumentar o risco de pasaxeiros en caso de incendio.

Dispor do método máis económico paira pezas de serie curta e gran superficie e non necesitar persoal especializado son as súas principais vantaxes. Pola contra, a produción lenta, a necesidade de moita man de obra, o bo aspecto só dunha parte da peza e as menores propiedades físicas e químicas respecto doutros métodos.

Este método, no caso da resina de fenol, utilízase paira a fabricación da gurtería do tren, utilizando acedos como catalizador paira a realización da rejilla.

RTM

O aparello RTM funciona en forma de xiringa. Primeiro chupa a mestura de resina e catalizador e despois inxecta o molde con fibras.

Debido ás baixas presións e temperaturas empregadas neste procesado, os moldes poden ser calefactores ou non calefactados, estando o acabado da peza unido ao aspecto da superficie do molde e ao catalizador utilizado.

Dependendo da temperatura do molde, no procesado pódense utilizar desmoldeantes externos ou internos, mentres que paira modificar as propiedades do material e reducir custos de proceso pódese utilizar resina cargada.

A continuación cítanse as empresas e produtos que fabrican composites fenólicos co seguinte método: WES Plastics, elementos militares; Flexadux Plastics Ltd., carrozarías de trens; Move-Vigo Ltd., pezas de gran tamaño (3 m x 3 m x 22 mm) e Plasteck Thermoset Tectronic, compoñentes paira avións.

Segundo o método elixido, a transformación de composites require tres pasos simultáneos ou simultáneos: incorporación de reforzos, moldeo de materiais compostos e endurecemento do material e extracción da peza do molde.

Analizando a tendencia actual, estímase que a tecnoloxía RTM alcanzará nos próximos anos niveles adecuados de automatización e tecnoloxía, o que permite predicir a súa utilización na fabricación de compoñentes paira a aviación. Plasteck Thermoset Tectronics é a empresa que está a realizar as investigacións máis importantes neste campo.

Prensado en frío

Este método utilízase paira producir entre 1.000 e 10.000 pezas anuais. Debido á baixa presión na prensado pódense utilizar moldes de composite. A viscosidad da resina utilizada é media e paira reducir o prezo da formulación e aumentar a rixidez da peza engádense cargas.

O molde debe ter boas propiedades mecánicas e estabilidade dimensional a temperatura paira soportar adecuadamente a tensión e fatígaa provocada polo prensado. Ex-press Plastics Ltd., o asento do tren Docklands e a empresa Scandura Seal Tex utilizan este método paira fabricar pezas paira automoción.

SMC/BMC anteriores

O proceso de fabricación dos precluidos SMC/BMC de fenol consta de tres pasos:

• Fabricación de precontaminantes. Na máquina SMC mestúrase a pasta con resina, carga, catalizador e diferentes aditivos co reforzo, obtendo un semi-produto en forma de bobina.
• Curado de precursores. O proceso realízase na cámara que controla a humidade e a temperatura.
• Prensado. Realízase a 160 ºC e a unha presión de 30 a 90 kg/cm ^2.

En canto ao SMC de fenol, as aplicacións que se realizan actualmente son:

• Paneis e revestimentos de edificios.
• Elementos de transporte (asentos de tren, marcos de xanelas, repousacabezas, interior do capote de coches, paneis interiores de avións, compoñentes de subministracións, etc.). Doutra banda, a corporación Bakelite-Isole tamén se vale desta tecnoloxía paira a fabricación de pezas complexas e imposibles de avións.
• Pezas eléctricas (máquinas, pezas eléctricas, carcasas, etc.) ).

O sector ferroviario e a industria do transporte en xeral tiveron sempre en conta a seguridade e o confort dos usuarios. Pero os pasos dados son adecuados? Como se combateron os incendios?

DSM UK Resins Dynochen UK, Norsolor, división occidental da Chemical Corporation, Scandura Sealtex, Fers Resins S.A. e Bakelite-Isole son as empresas que desenvolveron tecnoloxía paira a fabricación de SMC.

Anteriores

No caso da resina de fenol, é o método máis estendido na aviación e o procesado realízase en dúas fases: na primeira disólvese a resina diluyente adecuada e posteriormente elimínase o diluyente coa temperatura. Niveis de viscosidad e contido baixo en auga obtidos (60 10 ⁶ cps.) adoita ser adecuado. Existen dúas vías de extracción de pezas destes precutados: prensado (con presión de 90 kg/cm ² e temperatura de 160 ºC) e moldeo (utilízase por primeira vez o baleiro paira a evacuación dos volátiles e posteriormente realízase a rejilla cunha temperatura de 110-130 ^ºC e una presión de 2-5 kg/cm 2).

As principais desvantaxes que presenta este proceso neste momento son o tempo que tarda en procesar e, no caso de pezas complexas, a súa gran diminución. Por outra banda, en aplicacións que requiren boas propiedades mecánicas, utilízanse frecuentemente tecidos de carbono ou aramida.

Normas de transporte

Ademais dos ensaios utilizados habitualmente en laboratorio paira medir o comportamento fronte ao lume dos materiais plásticos e a toxicidade e opacidade do fume, establecéronse normas especiais nos sectores de transporte, avión, construción e construción naval. Entre estas normas destacan:

• BS 6853, 1987 “British Standard Code of ractice for Fire Precaution in the Disign and of Railway Paspasenger Rolconstructsling”, una norma inglesa que ten en conta os ensaios específicos desenvolvidos por London Underground Ltd. Estes ensaios baséanse en medicións precisas dos índices correspondentes á temperatura de fume e inflamabilidad.
• Royal Navy desenvolveu normas específicas paira a clasificación dos materiais utilizados na industria naval: NES 705 “Selection of Material on the Basis of Their Fire Characteristics (maio 1983)”. Clasifican os materiais segundo os parámetros que se obteñen relacionando a opacidade do fume, a toxicidade dos gases e o osíxeno.
• En canto á aviación, as normas que deben cumprir os materiais de fenol son o ASTM 1000.001 correspondente ao transporte aéreo e o ensaio da Universidade de Ohio (USO).
• As normas que deben cumprir os materiais de construción no Estado español son ÚNEAS 23-102 e UNE23-721 a UNE-23-730. A súa función é clasificar os materiais empregados na construción en función do seu comportamento fronte ao lume. Por outra banda, no momento actual, non existe una norma específica paira medir a opacidade e toxicidade dos fumes. Nesta área utilízanse as normas francesas de transporte.
• Norma NF X 10-702. Mide a densidade óptica dos gases de combustión e pirólisis de materiais.
• Norma NF X 70-100. Método do forno tubular. Céntrase na análise dos gases procedentes da combustión e pirólisis de materiais.
• Norma NF F 16-101. Regula o comportamento fronte ao lume. Utilízase na selección de materiais.

Conclusións

Actualmente, as resinas que mostraron mellores propiedades fronte ao lume e menores custos son as de fenol. Pero dado que as condicións paira a transformación destes materiais non están adaptadas, as empresas vascas e españolas non dominan a transformación de resinas fenólicas.

Nos últimos anos o uso de materiais plásticos no sector do transporte experimentou un notable aumento, reducindo o peso das pezas reduciuse o consumo de enerxía e conseguiuse reducir a contaminación xerada. Con todo, ante os graves resultados dos incendios ocorridos, o uso de materiais de bo comportamento ao lume paira mellorar a seguridade dos usuarios converteuse nun obxectivo prioritario. Actualmente, as resinas que mostraron mellores propiedades fronte ao lume e menores custos son as de fenol.

Pero dado que as condicións paira a transformación destes materiais non están adaptadas, as empresas vascas e españolas non dominan a transformación de resinas fenólicas. En GAIKER estamos a mellorar as condicións de transformación das resinas fenólicas e a forma e propiedades da superficie das pezas obtidas. Entre os pasos dados a este respecto, e tendo en conta as normas existentes e que aparecerán en relación ao lume, enfocouse o uso do composite fenólico na construción e o transporte.

Ademais, desenvolveuse a tecnoloxía de substitución de composites de poliéster e epoxi por fenol en pezas que deben cumprir as normas de lume. Os resultados deste esforzo pódense ver xa nos pasos dados na fabricación e transformación de precluidos de fenol e a súa aplicación na aviación na industria da Comunidade Autónoma do País Vasco, culminando coa adaptación dos procesos de fabricación de compoñentes paira a construción e transporte mediante moldeo manual, RTM ou prensado en inxección e frío.