KOMPO
KOMPO on MuoviPlast-lehden vakiopalsta, jossa käsitellään monipuolisesti muovikomposiittien sovelluksia ja mahdollisuuksia.
Komposiittimateriaalien palokäyttäytyminen Teksti: Ari Hokkanen, Finnester Coatings Oy Kuva: Finnester Coatings
Meneillään ISO 5660:n mukainen tes- taus, jossa määritetään lämmöntuot- toa ja sen vapautumisnopeutta.
Johdanto Komposiittimateriaalit ovat saavuttaneet kasvavan suosion eri teollisuu- denaloilla niiden poikkeuksellisten mekaanisten, lämpö- ja kemiallisten ominaisuuksien ansiosta. Nämä avainominaisuudet yhdistettynä raken- teen keveyteen tekevät komposiitista erityisen käyttökelpoisen monessa eri sovelluksessa. On kuitenkin yksi kriittinen ominaisuus, paloherk- kyys, joka vaatii erityistä huomiota. Komposiittimateriaalien palokäyt- täytyminen sisältää useita tekijöitä, kuten syttymisen, liekin leviämisen, lämmön vapautumisnopeuden ja savun muodostumisen. Tämän lisäksi rakenteellisen lujuuden säilyminen palon aikana on monessa kohtees- sa välttämätöntä. Komposiittimateriaalien syttyminen riippuu side- ja ydinaineen koostumuksesta, kuiduista, lisäaineista ja ympäristöolosuh- teista. Näiden tekijöiden ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää, jotta komposiittirakenteiden turvallisuus ja luotettavuus eri sovelluksissa voidaan taata. Lisäksi materiaalin todellisen palokäyttäytymisen ym- märtäminen auttaa varmistamaan rakennusten, lentokoneiden, junien ja laivojen turvallisen evakuoinnin tulipalon sattuessa. Lämmöntuotto ja sen vapautumisnopeus Kaiken keskiössä on lämmöntuotto ja sen vapautumisnopeus (Heat Release Rate, HRR). HRR on keskeinen tekijä palon etenemisessä, ja korkeampi HRR merkitsee suurempaa palon vaaraa ja syttyvyyt- tä. HRR:n määrityksessä käytetään kartiokalorimetrilaitteistoa, joka hyödyntää ”hapenkulutusperiaatetta” mitatakseen lämmöntuottoa. Tämän periaatteen mukaan tietty määrä lämpöä vapautuu jokaista kulutettua happikiloa kohti ja jonka avulla pystytään mallintamaan sitä, miten materiaali vaikuttaa palon kehittymiseen ja leviämiseen. Paloherkkyys eli syttyminen ja liekin leviäminen Komposiitin syttyessä liekki leviää sen pinnalla geometrian, läm- mönjohtavuuden ja lämmön vapautumisnopeuden perusteella. Komposiittimateriaalit voivat levittää liekkiä hyvinkin nopeasti, jol- loin vaarana on palon siirtyminen seuraavaan rakenteeseen. Liekin leviämistä arvioidaan ISO 5658-2:n mukaisella palotestauksella, jo- ka arvioi materiaalin kykyä estää sen pintaa pitkin leviävää liekkiä etenemästä. Menetelmää käytetään junien materiaalien luokitteluun, ja siihen viitataan standardissa EN 45545-2 ja laivoissa IMO Part 5 vaatimuksen mukaisesti. Savukaasut ja niiden muodostuminen Savun muodostuminen palon aikana aiheuttaa merkittäviä vaaroja se- kä ihmisille, että omaisuudelle. Komposiittimateriaalit voivat vapaut- taa myrkyllisiä kaasuja ja hiukkasia altistuessaan tulipalolle, mikä ai- heuttaa vakavia terveysriskejä. Savun määrä ja koostumus riippuvat komposiitin koostumuksesta, palamisolosuhteista ja ilmanvaihdosta. Testaus standardin ISO 5659-2 mukaan tarjoaa menetelmän materiaa- lien savunmuodostuksen ja myrkyllisyyden arviointiin altistettaessa niitä lämmölle tai liekille. Testin avulla määritetään savukaasujen tiheys ja niiden myrkyllisyys.
Palonkestävyys eli rakenteellisen eheyden säilyvyys Rakenteellisen eheyden säilyttäminen pitkäkestoisen tulipalon aikana on ratkaisevan tärkeää rakenteiden turvallisuuden varmistamisek- si. Rakenteellisella eheydellä tarkoitetaan rakenteen kykyä kestää suunniteltu kuorma ja rasitus ilman merkittävää muodonmuutosta tai romahtamista. Rakenne voi olla esimerkiksi kantava palkki rakennuk- sessa tai junassa. Yksi uusimmista sovellusalueista on komposiittiset vetykaasupullot, jotka ovat suunniteltu vetykaasun säilyttämiseen ja kuljettamiseen korkeassa paineessa, ja näissä on tärkeää säilyttää rakenteellinen eheys mahdollisen tulipalon aikana. Komposiittien palosuojaus On olemassa useita tapoja suojata komposiitteja tulelta, kuten lisää- mällä hartsiin erityisiä lisäaineita tai täyteaineita, jotka auttavat hi- dastamaan paloa. Ne voivat olla täyteaineita, jotka vapauttavat vettä tai muodostavat paisuvaa hiiltä altistuessaan korkealle kuumuudelle. Täyteaineet kuitenkin korvaavat lujitteena toimivaa kuitua ja siten heikentävät mekaanisia ominaisuuksia. Lisäksi prosessointi hankaloi- tuu ja lopputuotteiden paino ja koko kasvaa. Voidaankin sanoa, että palosuojatut komposiitit eivät anna läheskään samoja avainominai- suuksia, joita palosuojaamattomat antavat. Onneksi tuotekehitys on tuottanut uusia innovatiivisia ratkaisuja palokäyttäytymisen hallitsemiseksi ilman komposiitin valmistukseen tai ominaisuuksiin liittyviä kompromisseja. Palolta suojaavien pin- noitteiden käyttäminen tarjoaa tehokkaita tapoja suojata komposiit- timateriaaleja palamiselta. Näitä voivat olla esimerkiksi vaahtoavat pinnoitteet, jotka paisuvat kuumuudessa ja muodostavat eristävän kerroksen estäen lämmön johtumisen kappaleseen tai keramisoituvat pinnoitteet, jotka estävät liekin leviämistä ja savun muodostumista. Erityisesti näiden yhteiskäyttö lieventää selvästi komposiittimateri- aaleihin liittyvää tulipaloriskiä ja varmistaa niiden jatkuvan käytön kriittisissä ja jokapäiväisissä sovelluksissa.
MUOVIPLAST 2/2024 27
Made with FlippingBook - Online magazine maker