Ogniotrwałe materiały kompozytowe

Materiały kompozytowe, wzmocnione włóknem węglowym lub szklanym w matrycy z żywicy organicznej, są znaną technologią produkcji lekkich struktur w przemyśle lotniczym i astronautycznym i innych sektorach transportowych. Jednakże w przypadku pożaru ulegają one rozkładowi, generując dym, toksyczne związki chemiczne i ciepło.

W ramach finansowanego przez UE projektu FIRE-RESIST (Developing novel fire-resistant high performance composites) opracowano rozwiązania pozwalające poprawić ich osiągi w przypadku kontaktu z ogniem. Konsorcjum projektu składające się z 18 partnerów dysponuje doświadczeniem w branży lotniczej, kolejowej i morskiej, a także zna wymagania tych sektorów.

Prace przeprowadzone w ramach projektu obejmowały badania podstawowe pozwalające lepiej zrozumieć osiągi materiałów kompozytowych w warunkach wysokiej temperatury. Łącznie zoptymalizowano sześć nowych kompozytów polimerowych, w tym żywicę furanową połączoną z aglomeratem korkowym. Materiał ten, przeznaczony do pokrycia ścian, sufitów i podłóg, spełnił wymagania w zakresie ogniotrwałości.

Poza ogniotrwałymi żywicami polimerowymi, przyjrzano się także nowym formom użytkowym materiałów kompozytowych na bazie wielowarstwowych laminatów metalowych oraz na technologii łączenia. ‎Łączenie to polega na tworzeniu mat wzmocnionych mieszaniną włókien szklanych i polimerowych. Następnie taka mata umieszczana jest w formie i poddana działaniu ciśnienia i ciepła.

Najbardziej obiecujące nowe materiały wykorzystano w komponentach w ramach analiz przypadków, zaprojektowano i zbudowano prototypy do zastosowania w przemyśle kolejowym, lotniczym i morskim. Komponenty te poddano testom ogniowym, a wydajność materiałów opracowanym w projekcie FIRE-RESIST zwalidowano. Zachowanie elementów konstrukcyjnych pod wpływem ognia przeanalizowano, biorąc pod uwagę wymianę ciepła i odchylenie, a także wytrzymałość na obciążenie cieplne.

Badacze opracowali także specjalne ramy do symulacji liczbowych na polimerowych materiałach kompozytowych i analizy termomechanicznej. W ramach symulacji liczbowych połączono modelowanie ognia, płomieni i promieniowania cieplnego techniką obliczeniowej dynamiki płynów z analizą elementów skończonych reakcji strukturalnych.

Starając się ulepszyć ogniotrwałość materiałów kompozytowych bez szkody dla ich właściwości konstrukcyjnych, zespół FIRE-RESIST wniósł cenny wkład w zwiększenie bezpieczeństwa pasażerów. Oczekuje się ponadto, że nowa technologia zmniejszy zużycie paliwa i emisji dwutlenku węgla, zwiększając przy tym konkurencyjność przemysłu europejskiego.