Cómo afectan las medidas de prevención de incendios al diseño de compuestos

Aplicación de los requisitos contra incendios en la especificación de materiales compuestos

Eric Moussiaux, vicepresidente de tecnología del fabricante de materiales compuestos Exel Composites

11/02/2022

Las propiedades mecánicas de los materiales compuestos, como su peso, rigidez y resistencia, suelen ser los aspectos principales que se tienen en cuenta en el proceso de diseño. Sin embargo, en aplicaciones en las que existe riesgo de incendio, como el transporte y la construcción, este aspecto pasa a ser el primordial en la especificación de soluciones de compuestos.

Dado el mayor uso de materiales compuestos en aplicaciones exigentes, la mejora del conocimiento de su comportamiento frente al fuego se está convirtiendo en una cuestión crítica para la seguridad, en particular en aplicaciones de construcción y transporte. En general, hay tres aspectos principales del comportamiento frente al fuego que deben plantearse los fabricantes: cuál es la resistencia a la ignición del material, con qué rapidez se propaga el fuego y qué cantidad de calor se genera. Una cuestión adicional es la cantidad de humo que se producirá y cuánto tardará en producirse. Por último, ¿cuál es el grado de toxicidad del humo y cuánto puede tardar en causar daños? Estas consideraciones suelen denominarse propiedades FST, que corresponden a las siglas en inglés de fuego, humo y toxicidad.

Por ello es habitual que los fabricantes de compuestos incorporen a los materiales aditivos ignífugos que reducen o retrasan el proceso de combustión. La naturaleza de estos aditivos varía en función de la aplicación en cuestión y de los requisitos normativos pertinentes.

Enfoque tradicional

Los compuestos halogenados constituyen una amplia categoría de aditivos ignífugos que tradicionalmente eran la primera opción para los fabricantes de materiales compuestos debido a su alta eficacia y su coste relativamente bajo. Los aditivos halogenados actúan eliminando los radicales libres altamente reactivos que se generan en la descomposición térmica de los polímeros durante la combustión. Al obstaculizar las reacciones de oxidación en el proceso de combustión, pueden extinguir eficazmente las llamas.

Los aditivos bromados y clorados, complementados a veces por sinergistas como el trióxido de antimonio, se siguen utilizando en entornos muy corrosivos. Sin embargo, su uso está cada vez más prohibido en muchas aplicaciones comunes debido a sus efectos secundarios adversos. Varias de las sustancias halogenadas presentan riesgos para la salud, los humos producidos son tóxicos y los residuos se clasifican como peligrosos, lo que hace que su eliminación resulte costosa.

Enfoque moderno

Los métodos que se siguen ahora para añadir propiedades ignífugas a los materiales compuestos se basan en el uso de sustancias no halogenadas, como trihidrato de aluminio (ATH) e hidróxidos metálicos, incluidos los compuestos a base de magnesio y fósforo. Los aditivos de ATH son los retardantes de llama no halogenados más utilizados actualmente porque, a pesar de ser menos eficaces que los halógenos, son mucho menos tóxicos cuando arden. Funcionan liberando moléculas de agua en una reacción endotérmica durante el proceso de combustión. Estas moléculas de agua apagan la superficie de los materiales de alrededor, proporcionando retardancia de la llama y supresión de humo. Además, a diferencia de los productos halogenados, los aditivos de ATH no desprenden humo tóxico cuando se queman.

La desventaja del ATH, de mucha menor efectividad como retardante del fuego, es que debe utilizarse en mayor cantidad para cumplir los requisitos contra incendios, cada vez más estrictos, de muchas aplicaciones. Las cargas de relleno muy elevadas afectan negativamente al rendimiento mecánico porque hay menos espacio para las fibras de refuerzo, y también influyen en el comportamiento a largo plazo en entornos difíciles. La elevada viscosidad de las resinas, el cambio en la reactividad y las importantes fuerzas de tracción de la pultrusión requieren ventanas de proceso estrechas y estrictos controles de proceso. Es necesario que prestar especial atención a los detalles geométricos del producto y se requiere el más alto nivel de calidad del mecanizado para producir correctamente estas piezas.

En última instancia, a la hora de especificar compuestos para aplicaciones en las que deben tomarse medidas de prevención de incendios resulta necesario alcanzar un equilibrio entre las propiedades mecánicas deseadas y el cumplimiento de las pruebas pertinentes de seguridad frente a incendios. Aunque inicialmente pueda parecer una perspectiva desalentadora, este reto puede superarse trabajando con un socio experto que entienda todas estas consideraciones y pueda proponer la solución más adecuada.

Esto es especialmente importante en aplicaciones como el transporte ferroviario, en el que los requisitos en materia de incendios varían en función de si el tren circula sobre tierra o por el subsuelo y de si los materiales compuestos se utilizan en interiores o en exteriores. En Europa, los trenes tienen tres niveles de riesgo y, a medida que se asciende por ellos aumenta el nivel de requisitos de FST.

Es solo un ejemplo de las quejas que expresan nuestros clientes sobre la extrema complejidad de cumplir todos los requisitos contra incendios y de conocer qué pruebas deben aplicarse. Dado que las exigencias de FST afectarán a la mayoría de las demás propiedades y tendrán un efecto considerable en el procesamiento, deberían analizarse en las primeras fases de la consulta. Exel Composites cuenta con el conocimiento experto y la capacidad de fabricación para orientar a los clientes y producir la solución de compuestos más adecuada para una aplicación específica.

Más información sobre las medidas de prevención incendios en la especificación de compuestos: www.exelcomposites.com/composite-solutions/