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Resistencia al fuego

Por Belén Redondo, Departamento de Composites de Aimplas (Instituto Tecnológico del Plástico)

El mercado de los materiales poliméricos, reforzados con fibra, se extiende en un amplio abanico de aplicaciones y sectores: aeroespacial, automotriz, ferroviario, eólico, electrónico, entre otros.

Su propiedad principal es la matriz polimérica homogénea, mientras que su función es transferir las cargas a las fibras y protegerlas de la abrasión mecánica y del ataque ambiental. Debido a su facilidad de procesado, la mayor parte son resinas termoestables (60-65%).1 Por otro lado, los refuerzos son fibras de vidrio (GF), carbono, aramida o naturales, como el lino, yute y cáñamo.

Entre sus características principales se encuentran:

  • Alta rigidez, resistencia y tenacidad comparable con aleaciones metálicas.
  • Pueden ser anisotrópicos.
  • Resisten a la corrosión, lo que supone menor costo de mantenimiento.

A pesar de las ventajas que ofrecen, uno de los retos es su comportamiento ante las elevadas temperaturas, las cuales ocasionan descomposición química o pirólisis.

El proceso de inflamabilidad consta de cinco etapas: calentamiento, descomposición, ignición, combustión y propagación.

Las estrategias para mejorar la capacidad de un compuesto o “composite” frente al fuego se relacionan con la interrupción del proceso de combustión en una o más de sus etapas, con objeto de inhibir la ignición, reducir la velocidad de quema y/o cambiar el mecanismo.

Así, el principal objetivo es excluir uno de los tres componentes requeridos: 1) la sustancia combustible (composite), 2) el calor suministrado o el proceso de combustión y 3) el gas oxidante (principalmente oxígeno).2

En la práctica, esto se puede conseguir aditiva o reactivamente. La primera es la manera más sencilla y económica de aportarle retardancia a la flama. Sin embargo, es importante tener en cuenta que este método supone inconvenientes como compatibilidad y la posible pérdida de propiedades mecánicas.

Desarrollos actuales

También conocido como ignífugo, se trata de un aditivo capaz de modificar, reducir, retrasar o incluso eliminar el proceso de combustión. Se emplean más los elementos a base de compuestos minerales, halogenados, fósforo, nitrógeno, silicio y las partículas nanométricas.

Actualmente se usan en sistemas que contienen diferentes componentes. De esta manera se consigue un efecto sinérgico que mejora las propiedades de los materiales.

Otra forma de obtener resultados son los llamados sistemas intumescentes. Se basan en la formación de una capa voluminosa y aislante que actúa como protección a través de la carbonización y del espumado simultáneo en un gran número de polímeros como Poliamidas, Poliésteres, Poliolefinas, Epoxi y Estirénicos. También son un ejemplo del efecto sinérgico mediante la combinación de distintos Retardantes a la flama (FRs, por sus siglas en inglés).3, 4

De entre todos, el que posee mejores propiedades se obtiene con los aditivos halogenados. Sin embargo, las nuevas directivas medioambientales como las de REACH, WEEE y RoHS, restringen su uso.

Dentro de los ignífugos no halogenados, el trihidrato de aluminio (ATH o Al(OH)3) es el más famoso, y junto con otros hidróxidos metálicos suponen casi la mitad en peso. Se prevé registren uno de los crecimientos más rápidos del mercado. Además, otros FRs como la melamina imitarán sus pasos.5

Nuevas tendencias

A pesar de los esfuerzos por el desarrollo de aditivos ignífugos no halogenados, la mayor parte proviene de fuentes no renovables. Sin embargo, la actual demanda de materias primas renovables aumenta la tendencia en investigación y desarrollo de procesos alternos.

Aimplas participa en diversas iniciativas para mejorar la resistencia al fuego en polímeros. En el proyecto KARMA20206 se llevan a cabo modificaciones químicas de queratina, proveniente de residuos de plumas de la industria avícola, con lignina, amina y fosfatos. El instituto se involucra en el escalado y aplicación en recubrimientos de PUR, textiles y composites.

Por otro lado, el programa DAFIA7 investiga rutas de conversión de residuos sólidos municipales y marinos, que provienen de industrias del procesado del pescado. Además, analiza el lignosulfonato, de la industria del papel, éste contiene fósforo y nitrógeno. Todos cumplen con la normativa para el sector electrónico y de automoción.

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