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¿Cómo resolver los riesgos de incendio en los transportes públicos?

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El sector ferroviario y la industria del transporte en general han tenido siempre en cuenta la seguridad y el confort de los usuarios. Como consecuencia, los materiales plásticos han sustituido en muchos casos a los metálicos, amortiguando el peso de los vehículos y reduciendo los ruidos producidos por la vibración. Las resinas de poliéster son las que más se han desarrollado y, con su uso, las nuevas técnicas de obtención de formas complejas también se difundieron rápidamente. Sin embargo, los incendios que se han producido en los últimos años han hecho que las normas y medidas al fuego sean cada vez más estrictas. En el caso del poliéster, por ejemplo, hay que añadir los halogenados para superar las condiciones impuestas por las nuevas normas. De esta manera se incrementaría la toxicidad y opacidad del humo que se generaría en caso de incendio. Por lo tanto, se puede afirmar y afirmar que un material que tenga un buen comportamiento al fuego no puede ser producido utilizando poliéster. La conclusión es sencilla: para superar nuevas demandas es imprescindible investigar nuevos materiales. Y GAIKER, consciente del nuevo reto y con el objetivo de implantar composites de fenol a nivel industrial, investiga el procesado de estas resinas. Vamos a verlo.

Como se ha comentado anteriormente, los productos de plástico han experimentado un importante desarrollo en los últimos años. Cada año aparecen nuevas resinas, pero el comportamiento de las resinas fenólicas frente al fuego, es decir, la baja toxicidad y opacidad del humo, ha contribuido a estimular el interés y a aumentar las investigaciones (Forsdyke y Hemming, 1989; Gupta, 1986; Dayley, 1989; Ellis, 1988; McQuarrie y Lake, 1986; Savey, 1989). Entre los plásticos reforzados con fibra de vidrio se encuentran los de poliéster, epoxi y fenol.

El mal comportamiento al fuego de las resinas de poliéster y epoxi, así como las normas de seguridad en los transportes, han sido las resinas de fenol las que más han predominado últimamente. La recuperación y la investigación de estas resinas se están haciendo grandes esfuerzos. Actualmente las resinas de fenol se utilizan en la aviación y el sector naval (para la fabricación de piezas interiores), transporte (para la realización de asientos), máquina herramienta (para la fabricación de discos de fricción y corte) y carpintería (para la fabricación de planchas y aglomerados). En este artículo nos limitaremos a las aplicaciones de transporte.

Aviación

Los requisitos que deben cumplir los materiales utilizados en este campo son: bajo peso específico, buenas propiedades mecánicas, rigidez (en alas y alerones) y buena resistencia a la fatiga para mantener los procesos de flexión y vibración de las palas de alas, alerones y helicópteros.

Las ventajas de los composites respecto a los materiales tradicionales, especialmente el aluminio y las aleaciones especiales, son su menor coste, su menor peso específico, su facilidad para obtener formas complejas y su estabilidad dimensional.

Desde el punto de vista histórico, cabe decir que los materiales composites comenzaron a utilizarse durante la Segunda Guerra Mundial. En 1943 se empiezan a utilizar los primeros fuselajes de poliéster reforzado con vidrio. En 1955 se probaron composites de fenol reforzados con amianto y aramida. En 1960 se utilizaron composites de epoxi reforzados con fibra de vidrio en el avión “Windecker”. En 1972, teniendo en cuenta las ventajas frente al fuego de las resinas de fenol, se decidió utilizarlas en piezas interiores de los aviones “Concorde”. En 1973 se realizaron las primeras piezas estructurales del avión “Concorde” con resina epoxi reforzada con carbono.

Por otro lado, la empresa Bakelite presentó en la feria Verbundwerk’93 nuevos materiales que podrían tener aplicación en la aviación, concretamente composites híbridos epoxi/fenol. En estos materiales, los materiales de epoxi actúan como aditivos y los fenólicos mejoran sus propiedades frente al fuego.

La empresa Ciba-Geigy fabrica los paneles utilizados en el interior del avión con diferentes materiales. Según sus características mecánicas, la superficie de estos materiales es de resina fenólica y el centro está fabricado con espumas rígidas de aluminio o material sintético, o del mismo material y en forma de panal.

Espacios

Los materiales utilizados en los espacios son fibras de carbono, boro y/o aramida, resinas termoestables (epoxi y fenol) y materiales cerámicos especialmente en piezas sometidas a altas temperaturas. La ventaja que ofrecen los composites plásticos respecto al resto de materiales es su baja densidad.

Las aplicaciones más relevantes de los composites en este sector se resumen en la Tabla 1.

USO	PIEZA	MATERIAL
Espacio “Columbia”.	Paneles. Piezas que deben ser sometidas a un aumento de temperatura en su entrada a la atmósfera.	Epoxi/carbono precluido. Material desolado de resinas especiales de carbono y fenol.
Satélites de telecomunicaciones.	Tubería central. Piezas sometidas a cambios de temperatura.	Epoxi/composite de carbono. Resina de fenol reforzada con fibra refractaria.
Balística proyectil.	Las piezas deben sufrir cambios de temperatura. Las piezas deben sufrir cambios de temperatura.	Resina de fenol reforzada con fibra de granito.

Construcción naval

En la década de 1950 se empieza a utilizar en la industria naval composites de poliéster reforzados con vidrio. En la actualidad, los refuerzos de carbono y aramida y la resina de epoxi se utilizan en aplicaciones muy especiales.

Las características exigidas a los materiales en esta materia se agrupan en las siguientes líneas: ser resistentes y resistentes al medio marino, de fácil mantenimiento y reparación, resistentes al impacto, con buenas propiedades anti-magnetismo y dieléctrico, resistentes a la zancada, con posibilidad de redirigir el refuerzo y, por supuesto, más baratas que los materiales competidores.

La tabla 2 resume las aplicaciones de estos materiales en la industria naval y los materiales utilizados para estas aplicaciones.

Ferrocarril

Aunque ya se ha comentado, es bueno recordar que el uso de composites de poliéster y fenol es importante en el sector del transporte. El uso del poliéster mejora el aspecto de la superficie, pero no podemos olvidar su mal comportamiento frente al fuego. Para su mejora es obligatorio el uso de compuestos halógenos. Mejora, pero también aumenta la toxicidad y la opacidad del humo. Por tanto, si se quiere reducir el riesgo de los usuarios en caso de incendio, se recomienda el uso de composites de fenol.

Por ejemplo, para hacer frente a los problemas técnicos que generaban los trenes del Estado español, se han utilizado poliésteres ignifugados reforzados con vidrio (en lugar de resinas de fenol), lo que ha incrementado el riesgo de pasajeros en caso de incendio.

Los principales composites utilizados en los trenes del Estado español son:

• RENFE. E 444-5 parte delantera de cabina en las tres series de trenes eléctricos de viaje largo.
• Metro de Madrid. En los trenes eléctricos de la serie 2000 se han fabricado varios elementos de la carrocería en poliéster reforzado con vidrio. Están clasificados como M1 al fuego.
• F.C. Barcelona Metropolitano. Algunos trenes de la serie 2000 incorporan elementos de poliéster ignifugado. Están clasificados como M1 al fuego.
• RENFE. En las tres series de los trenes eléctricos U-446 y UT-447, el interior de la cabina y sus asientos se han realizado con poliéster reforzado con vidrio. Están clasificados como M1 al fuego.
• Metro de Madrid. En los trenes eléctricos de la serie 2000, el interior de la cabina y sus asientos son de poliéster ignifugado. Tienen la clasificación M1.

En Europa y en el mundo se ha utilizado más la resina de fenol, como por ejemplo: En el Metro de París, la carrocería; en el Metro de Caracas, los asientos y el suministro interior; en el Metro de San Francisco, el suministro interior; en el Metro de Londres, el suministro de la estación; en el Metro de Aramis de Matra, el carro completo, los asientos y las piezas interiores; en el Ferrocarril de Inglaterra, la consola del salpicadero; en el Metro de Metro de Roma, la carrocería; y los carrocería; en el Metro de Metro de Metro de Lytermetro; y las piezas del Metro; en el Metro de Metro, los asientos y el Metro de Metro de Metro de Metro de Metro de Metro de Metro de Metro de Metro de Vellión.

USO	MATERIAL
Estructuras de embarcaciones deportivas.	Poliéster reforzado con fibra de vidrio.
Fuselajes de proyectiles utilizados en la exploración submarina.	Revestimiento de poliéster reforzado con fibra de vidrio.
Buques de recogida de agua y combustible.	Poliéster reforzado con fibra de vidrio.

Métodos de ejecución

Según el método elegido, la transformación de composites requiere tres pasos simultáneos o simultáneos: incorporación de refuerzos, moldeo de materiales compuestos y endurecimiento del material y extracción de la pieza del molde.

GAIKER ha analizado los diferentes métodos de procesado y ha realizado la caracterización de las piezas obtenidas.

Moldeo manual

Fue el primer método utilizado para la fabricación de laminados plásticos. Hoy en día sigue siendo la más utilizada.

Disponer del método más económico para piezas de serie corta y gran superficie y no necesitar personal especializado son sus principales ventajas. Por el contrario, la producción lenta, la necesidad de mucha mano de obra, el buen aspecto sólo de una parte de la pieza y las menores propiedades físicas y químicas respecto a otros métodos.

Este método, en el caso de la resina de fenol, se utiliza para la fabricación de la gurtería del tren, utilizando ácidos como catalizador para la realización de la rejilla.

RTM

El aparato RTM funciona en forma de jeringa. Primero chupa la mezcla de resina y catalizador y después inyecta el molde con fibras.

Debido a las bajas presiones y temperaturas empleadas en este procesado, los moldes pueden ser calefactores o no calefactados, estando el acabado de la pieza unido al aspecto de la superficie del molde y al catalizador utilizado.

Dependiendo de la temperatura del molde, en el procesado se pueden utilizar desmoldeantes externos o internos, mientras que para modificar las propiedades del material y reducir costes de proceso se puede utilizar resina cargada.

A continuación se citan las empresas y productos que fabrican composites fenólicos con el siguiente método: WES Plastics, elementos militares; Flexadux Plastics Ltd., carrocerías de trenes; Move-Vigo Ltd., piezas de gran tamaño (3 m x 3 m x 22 mm) y Plasteck Thermoset Tectronic, componentes para aviones.

Analizando la tendencia actual, se estima que la tecnología RTM alcanzará en los próximos años niveles adecuados de automatización y tecnología, lo que permite predecir su utilización en la fabricación de componentes para la aviación. Plasteck Thermoset Tectronics es la empresa que está realizando las investigaciones más importantes en este campo.

Prensado en frío

Este método se utiliza para producir entre 1.000 y 10.000 piezas anuales. Debido a la baja presión en la prensado se pueden utilizar moldes de composite. La viscosidad de la resina utilizada es media y para reducir el precio de la formulación y aumentar la rigidez de la pieza se añaden cargas.

El molde debe tener buenas propiedades mecánicas y estabilidad dimensional a temperatura para soportar adecuadamente la tensión y la fatiga provocada por el prensado. Ex-press Plastics Ltd., el asiento del tren Docklands y la empresa Scandura Seal Tex utilizan este método para fabricar piezas para automoción.

SMC/BMC anteriores

El proceso de fabricación de los precluidos SMC/BMC de fenol consta de tres pasos:

• Fabricación de precontaminantes. En la máquina SMC se mezcla la pasta con resina, carga, catalizador y diferentes aditivos con el refuerzo, obteniendo un semi-producto en forma de bobina.
• Curado de precursores. El proceso se realiza en la cámara que controla la humedad y la temperatura.
• Prensado. Se realiza a 160 ºC y a una presión de 30 a 90 kg/cm ^2.

En cuanto al SMC de fenol, las aplicaciones que se realizan actualmente son:

• Paneles y revestimientos de edificios.
• Elementos de transporte (asientos de tren, marcos de ventanas, reposacabezas, interior del capote de coches, paneles interiores de aviones, componentes de suministros, etc.). Por otro lado, la corporación Bakelite-Isole también se vale de esta tecnología para la fabricación de piezas complejas e imposibles de aviones.
• Piezas eléctricas (máquinas, piezas eléctricas, carcasas, etc.) ).

DSM UK Resins Dynochen UK, Norsolor, división occidental de la Chemical Corporation, Scandura Sealtex, Fers Resins S.A. y Bakelite-Isole son las empresas que han desarrollado tecnología para la fabricación de SMC.

Anteriores

En el caso de la resina de fenol, es el método más extendido en la aviación y el procesado se realiza en dos fases: en la primera se disuelve la resina diluyente adecuada y posteriormente se elimina el diluyente con la temperatura. Niveles de viscosidad y contenido bajo en agua obtenidos (60 10 ⁶ cps.) suele ser adecuado. Existen dos vías de extracción de piezas de estos precutados: prensado (con presión de 90 kg/cm ² y temperatura de 160 ºC) y moldeo (se utiliza por primera vez el vacío para la evacuación de los volátiles y posteriormente se realiza la rejilla con una temperatura de 110-130 ^ºC y una presión de 2-5 kg/cm 2).

Las principales desventajas que presenta este proceso en este momento son el tiempo que tarda en procesar y, en el caso de piezas complejas, su gran merma. Por otra parte, en aplicaciones que requieren buenas propiedades mecánicas, se utilizan frecuentemente tejidos de carbono o aramida.

Normas de transporte

Además de los ensayos utilizados habitualmente en laboratorio para medir el comportamiento frente al fuego de los materiales plásticos y la toxicidad y opacidad del humo, se han establecido normas especiales en los sectores de transporte, avión, construcción y construcción 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 tiene en cuenta los ensayos específicos desarrollados por London Underground Ltd. Estos ensayos se basan en mediciones precisas de los índices correspondientes a la temperatura de humo e inflamabilidad.
• Royal Navy ha desarrollado normas específicas para la clasificación de los materiales utilizados en la industria naval: NES 705 “Selection of Material on the Basis of Their Fire Characteristics (mayo 1983)”. Clasifican los materiales según los parámetros que se obtienen relacionando la opacidad del humo, la toxicidad de los gases y el oxígeno.
• En cuanto a la aviación, las normas que deben cumplir los materiales de fenol son el ASTM 1000.001 correspondiente al transporte aéreo y el ensayo de la Universidad de Ohio (USO).
• Las normas que deben cumplir los materiales de construcción en el Estado español son las UNE 23-102 y UNE23-721 a UNE-23-730. Su función es clasificar los materiales empleados en la construcción en función de su comportamiento frente al fuego. Por otra parte, en el momento actual, no existe una norma específica para medir la opacidad y toxicidad de los humos. En esta área se utilizan las normas francesas de transporte.
• Norma NF X 10-702. Mide la densidad óptica de los gases de combustión y pirólisis de materiales.
• Norma NF X 70-100. Método del horno tubular. Se centra en el análisis de los gases procedentes de la combustión y pirólisis de materiales.
• Norma NF F 16-101. Regula el comportamiento frente al fuego. Se utiliza en la selección de materiales.

Conclusiones

En los últimos años el uso de materiales plásticos en el sector del transporte ha experimentado un notable aumento, reduciendo el peso de las piezas se ha reducido el consumo de energía y se ha conseguido reducir la contaminación generada. Sin embargo, ante los graves resultados de los incendios ocurridos, el uso de materiales de buen comportamiento al fuego para mejorar la seguridad de los usuarios se ha convertido en un objetivo prioritario. Actualmente, las resinas que han mostrado mejores propiedades frente al fuego y menores costes son las de fenol.

Pero dado que las condiciones para la transformación de estos materiales no están adaptadas, las empresas vascas y españolas no dominan la transformación de resinas fenólicas. En GAIKER estamos mejorando las condiciones de transformación de las resinas fenólicas y la forma y propiedades de la superficie de las piezas obtenidas. Entre los pasos dados a este respecto, y teniendo en cuenta las normas existentes y que aparecerán en relación al fuego, se ha enfocado el uso del composite fenólico en la construcción y el transporte.

Además, se ha desarrollado la tecnología de sustitución de composites de poliéster y epoxi por fenol en piezas que deben cumplir las normas de fuego. Los resultados de este esfuerzo se pueden ver ya en los pasos dados en la fabricación y transformación de precluidos de fenol y su aplicación en la aviación en la industria de la Comunidad Autónoma del País Vasco, culminando con la adaptación de los procesos de fabricación de componentes para la construcción y transporte mediante moldeo manual, RTM o prensado en inyección y frío.