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Estabilidad mecánica y protección efectiva

Protección ignífuga moderna para materiales compuestos

Autor: Dr. Rüdiger Walz, Clariant GmbH, División Pigmentos & Aditivos15/03/2004
Sin la ayuda de los materiales ignífugos, la mayoría de los plásticos serían vetados para su uso en muchos ámbitos de aplicación. Reducen el riesgo de que se produzca un incendio y aminoran la velocidad de propagación del fuego. La importancia de las sustancias ignífugas para la protección antiincendio también encuentra reflejo en los cada vez más exigentes requisitos en las pruebas de protección ignífuga. Además de la máxima efectividad, los sistemas ignífugos modernos también han de cumplir toda una serie de requisitos:
  • No deben ser tóxicos para las personas, los animales y la vegetación,
  • No deben migrar, es decir, no deben ser liberados por el producto terminado como gas, n caso de incendio, no deben liberar gases de combustión tóxicos o corrosivos adicionales
  • No deben influenciar negativamente las propiedades mecánicas y de reciclaje de los productos.
  • Deben ser compatibles con el medioambiente, es decir, neutrales o degradables en la naturaleza.

Cuando se utilizan plásticos en el ámbito del sector del transporte o de la construcción, están sujetos a normas de seguridad especialmente exigentes. Precisamente en estos sectores se utilizan con cada vez mayor frecuencia materiales compuestos de resinas termoendurecibles y materiales de refuerzo. Este material es tan popular sobre todo porque presenta la solidez y la rigidez del acero, pero pesa entre cinco y seis veces menos. Su reducido peso junto con sus sobresalientes propiedades mecánicas y físicas hace de los compuestos un material idóneo para todos los usos en los que los materiales han de cumplir requisitos muy exigentes. Sin embargo, al mismo tiempo, este perfil de propiedades no ha de verse afectado negativamente por la adición de la protección ignífuga obligatoria imperativamente.

Elevados grados de carga provocan una estabilidad mecánica deficiente

Entre los sistemas de protección ignífuga convencionales nos encontramos con los aditivos ignífugos minerales, como el trihidrato de aluminio (ATH). En caso de incendio, el agua, originariamente incorporada como hidrato, es liberada. Esta reacción tiene como consecuencia, por una parte, un efecto refrigerante y, por otra, que los gases generados por el incendio son diluidos por el agua. Sin embargo, debido a las estrictas normativas en los sectores de la construcción y el transporte son necesarios elevados grados de carga [1, 2]. Esto puede suponer hasta 250 partes por 100 partes de resina. Como consecuencia directa, la viscosidad aumenta durante el procesado y el componente incrementa considerablemente su peso. A esto hay que añadir que las fibras con efecto reforzador sólo pueden ser incorporadas de forma limitada, ya que, en caso contrario, se pierde la estabilidad mecánica necesaria.

Protección ignífuga basada en fósforo admite más material de refuerzo

Los sistemas ignífugos basados en el polifosfato amónico (AP), como el Exolit AP de Clariant, presentan un mecanismo de funcionamiento completamente distinto. Estos sistemas obstaculizan el proceso de combustión principalmente a través de la fase sólida. En caso de incendio, el polifosfato amónico se descompone en ácido polifosfórico y provoca una carbonización de la superficie. Este carbón ligado por polifosfatos de apariencia vidriosa protege la superficie del componente de los subsiguientes efectos del calor e interrumpe el suministro de oxígeno. Se interrumpe la propagación de las llamas. Un mecanismo que es considerablemente más efectivo que la liberación puramente física de agua del ATH. Mediciones comparativas entre el Exolit AP 740 y sustancias ignífugas con contenido en halógenos demuestran que las sustancias ignífugas basadas en el fósforo pueden cumplir sin ningún problema todas las normas importantes referentes a la densidad y la toxicidad del gas de combustión. Como era de esperar, en los productos no halogenados no se generan gases corrosivos, con los negativos fenómenos acompañantes del incendio de estos (Imágenes 1 y 2).

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Figyra 1: Medida comparativa del desarrollo de humo ASTM 662
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Figura 2: Medida de la toxicidad de humo de Exolit AP 740 medida ASTM 662
Otra ventaja que ofrecen los sistemas basados en el fósforo es el hecho de que pueden generar en las resinas termoendurecibles una reducción de las cargas de hasta el 70 por ciento (Imagen 3). Por una parte, esto mejora considerablemente las propiedades de procesamiento de los materiales. Por otra parte, se abre la posibilidad de incrementar la proporción de los materiales de refuerzo, mejorando así las propiedades mecánicas del componente [3].
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Figura 3: Reducc. Mat. relleno en resinas UP medida DIN 5510 S4 SR2 ST2 (3 mm)
Una forma más avanzada de las sustancias ignífugas basadas en el fósforo lo constituyen los sistemas intumescentes. En caso de incendio generan una espumación reforzada de la capa de carbono, lo que incrementa aún más el efecto aislante. Sistemas como el Exolit AP 740 y el AP 750 son especialmente aptos para gel coats insaturados de poliéster o de epoxy. Los gel coats intumescentes de este tipo pueden ser aplicados con exactitud allí donde la protección antiincendio es especialmente importante y a causa de su extraordinaria eficacia mejoran significativamente la protección de todo el componente.

Además, también en esta variante es posible integrar más materiales de refuerzo en la sustancia compuesta. Esto es posible si a la resina de laminación se le añaden sustancias ignífugas menos efectivas o, en su caso, líquidas, empleando sólo el gel coat l aditivos muy efectivos y sólidos, como el Exolit AP. De esta forma se genera un espacio disponible en el laminado que, de ser necesario, puede ser rellenado con más material de refuerzo, mejorando así las propiedades mecánicas. En la Imagen 4 se representa esquemáticamente el funcionamiento de los gel coats intumescentes.

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Figura 4: Esquema de una capa de gel intumescente

Geometrías complejas de componente con peso reducido

Los resultados de las pruebas aquí expuestos demuestran el efecto favorable de las sustancias ignífugas Exolit. En los compuestos se puede, mediante la utilización de los productos no halogenados, reducir en hasta un 70 por ciento la cuota del material de relleno. Desarrollos específicos permiten adicionalmente la producción de gel coats , que protegen el componente específicamente de los efectos del fuego. De esta forma se pueden producir componentes más ligeros, con una mayor cuota de materiales de refuerzo, lo que tiene un efecto positivo sobre las propiedades mecánicas del material. A la vez, se podrán realizar construcciones más elegantes, lo que abre el campo de aplicaciones a los diseños más exigentes.

Bibliografía:

[1] Staufer, Sperl, Begemann, Buhl, Düll-Mühlbach, Kunststoffe 85 (1995), 4

[2] Tipping, G., Brown, N., Proc. Int. Conf. Fibre Reinf. Compos. 7th 1998, pág. 394-401

[3] Hörold, S., Kunststoffe 88 (1998), 1

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