PLÁSTICO REFORZADO

SECTOR TECNOLÓGICO.

La presente solicitud de patente de invención se refiere a un Arreglo Pirorrestrictivo para Ia protección estructural contra incendio en embarcaciones de plástico reforzado.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN.

Uno de los objetivos de Ia presente invención es el de elaborar una embarcación de pasajeros que cumpla con los requerimientos de Ia protección estructural exigidos para obtener Ia clase de A1+ Commercia! Passenger Vessel Unrestricted Service.

Otro de los objetivos es conseguir que los materiales empleados en Ia construcción de las embarcaciones tengan una protección estructural contra incendio, no se deformen al calor, evitando Ia pérdida subsecuente de Ia estabilidad estructural del material. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

La IACS (Internacional Association of Classif ¡catión Societies) es Ia organización internacional que agrupa las diez principales sociedades clasificadoras de botes en el mundo, a saber: ABS, BV, CCS, DNV, GL, KR, LR, NK, RINA, RS. Desde el punto de vista de Ia zona geográfica en Ia que puede navegar una embarcación, Ia clasificación del mismo puede ser: Servicio Restringido o Servicio No Restringido, siendo Ia última de mayor nivel porque permite que Ia embarcación pueda navegar en cualquier zona del mar. En ese orden de ideas, en el caso particular de una embarcación de pasajeros, Ia clasificación máxima que se puede obtener por cualquiera de estas sociedades clasificadoras es Ia A1+ Commercial Passenger Vessel Unrestricted Service.

Para obtener Ia clasificación de Servicio No Restringido, uno de los puntos más importantes exigidos por las sociedades clasificadoras es Ia protección estructural contra incendio, es decir, que el material o el conjunto de materiales que se use en Ia construcción de Ia embarcación sea piro resistente. Los preceptos básicos para garantizar que el material sea pirorresistente se encuentran consignados en cuatro normas, a las cuales se han acogido las sociedades miembros de Ia IACS: el Convenio SOLAS 1974, el High Speed Craft Safety Code (HSCS Code, sección 7.4), el Fire Test Procedure Code y el Fire Safety System Code. Para materiales que por naturaleza son incombustibles, como el acero, el cumplimiento de los requerimientos expuestos en cada una de las normas anteriores consiste en garantizar que algunos parámetros no excederán ciertos límites establecidos; estos parámetros son: temperatura, incombustibilidad, emisión de gases tóxicos, inflamabilidad y estabilidad mecánica ante cambios de temperatura.

Para materiales que por naturaleza son combustibles, como es el caso de los materiales poíiméricos compuestos, el cumplimiento de estas normas es mucho más complicado, pues implica el diseño de un arreglo de materiales que se pueda clasificar como un arreglo pirorrestrictivo; es decir, implica combinar un conjunto de materiales en cantidades adecuadas para obtener un producto final que pueda ser clasificado como producto pirorrestrictivo para construcción de embarcaciones.

El término pirorresistente es cualquier material o conjunto de materiales o arreglo que cumplan con Io siguiente:

1) Que sea incombustible o pirorrestrictϊvo

2) Que proteja las zonas contiguas a Ia zona de incendio el tiempo estipulado por Ia norma.

3) Que tenga capacidad sustentadora de carga ante un incendio Por lo cual Io primero que se debe cumplir es que el material o eí arreglo sea incombustible o pirorrestrictivo. Un material es pirorrestrictivo si cumple Ia resolución MSC.40(64), Ia cual implica ensayar el material bajo Ia norma ISO 9705: Ensayo de fuego en esquina.

Los plásticos reforzados para Ia construcción de embarcaciones para que puedan ser considerados como materiales pirorrestrictivo, es necesario, que se utilicen con aditivos retardantes de fuego y Ia aplicación de un material superficial de sacrificio, que sufra las consecuencias de Ia ignición antes de que Io haga el plástico reforzado; material que en este caso es Ia pintura intumescente.

Los plásticos reforzados pueden ser de cualquier material compuesto con matriz de polímero termoestable y refuerzo de fibra estructural. Para aplicaciones navales, el polímero termoestable son resinas insaturadas, como poliéster, viniléster, epóxicas y otras; fibra estructural como fibra de vidrio, kevlar, carbono u otras.

Los materiales poliméricos termoestables, por ser de naturaleza orgánica, son combustibles, Io que significa que se inflaman y son propagadores de fuego. Para disminuir Ia inflamabilidad en este tipo de materiales, una de las soluciones viables es el uso de materiales de sacrificio, que se inflaman con el fuego para evitar que el sustrato que protegen Io haga durante un tiempo determinado. Es obvio que es requisito fundamental que el material de sacrificio sea compatible con el sustrato.

El material superficial de sacrificio es una pintura intumescente, que sufra las consecuencias de Ia ignición antes de que Io haga el plástico reforzado. La pintura intumescente, es aquella que bajo Ia acción del calor o de Ia llama desarrolla una espuma termo-aislante protectora de muy baja conductividad térmica, protegiendo el sustrato de Ia acción del fuego, evitando propagación del calor y los gases tóxicos. Es decir, la pintura se expande con Ia acción del calor, impidiendo que el fuego inflame el sustrato (Plástico reforzado en este caso) durante determinado tiempo, el cual depende del espesor de la pintura. La pintura no emite gases tóxicos al quemarse y permite ser repuesta fácilmente mediante un proceso de raspado de Ia parte quemada y aplicación zona!.

El uso de aditivos retardadores de fuego disminuye notoriamente el problema de Ia propagación del mismo, Io que significa que para una fuente de incendio puntual, el material no propaga el fuego mientras no se haya degradado en esa zona por efecto del calor. Los aditivos retardadores de fuego son necesarios como parte de Ia solución del problema de Ia protección estructural contra incendio, más no suficientes, puesto que no disminuyen Ia inflamabilidad del material en el punto de ignición, no garantizan Ia estabilidad estructural por efecto de Ia deformación térmica, ni tampoco disminuyen Ia transferencia de calor desde el lado expuesto al lado no expuesto; Io único que hacen es reducir considerablemente Ia no deseable propiedad de las resinas insaturadas de propagar el fuego.

Una vez se ha certificado que el material o conjunto de materiales es capaz de mantener Ia temperatura de las zonas contiguas a Ia de incendio por debajo de ciertos límites establecidos por norma durante cierto tiempo. Por ejemplo, en el caso de embarcaciones de alta velocidad para pasajeros, el límite de temperatura es 140 ⁰ C en Ia pared no expuesta y el tiempo varía de acuerdo al nivel de protección requerida:

• Alta: 60 minutos.

• Media: 30 minutos.

• Media-baja: 15 minutos. • Baja: 0 minutos.

Entre más baja se mantenga Ia temperatura en el lado NO expuesto y durante más tiempo, más efectivo se considera el arreglo pirrorrestrictivo.

Existen tres variables relacionadas con esto, a saber: • Espesor de Ia pintura intumescente. Esta pintura es conocida en Ia industria de construcciones civiles, específicamente para sustratos metálicos y madera. Para el caso de Ia construcción de embarcaciones con plástico reforzado, se han establecido los espesores de Ia pintura en resinas termoestables con refuerzos en fibra estructural, de acuerdo a los requeridos en cada zona de Ia embarcación y a Io estipulado en Ia norma HSCS Code.

• Espesor del plástico reforzado. Por ley simple de conducción, entre mayor sea el espesor del plástico reforzado, menor es Ia temperatura en el lado NO expuesto.

• La presencia o no de material tipo core: En una embarcación, las sociedades clasificadoras permiten básicamente dos configuraciones que usen plásticos reforzados: laminado masivo y laminado tipo sandwich.

El laminado masivo es aquel que está conformado por varias capas de fibra estructural en una matriz de resina insaturada.

El laminado tipo sandwich consta de tres elementos a saber: un material llamado core (1), el cual resiste los esfuerzos cortantes, está ubicado entre dos pieles (2), las cuales resisten los esfuerzos a Ia flexión, y un adhesivo (3). Las pieles (2) son de plástico reforzado. El core (1) es el elemento colocado entre las dos pieles.

El material del core es metálico o madera o espuma estructural, incombustible, con buena resistencia a Ia oxidación, buenas propiedades mecánicas y de bajo peso. Puede ser compacto o reticulado. Desde el punto de vista de aislamiento térmico, el uso de un core es particularmente conveniente porque significa mayor espesor que un laminado masivo de las mismas características de resistencia, Io que implica una disminución en Ia transferencia de calor, siempre y cuando Ia conductividad térmica del material del core no sea muy superior en cierta medida a Ia de las pieles.

La última característica de los materiales o arregios pirorresistente es Ia capacidad sustentadora de carga ante un incendio. Se refiere a Ia habilidad de mantener las propiedades mecánicas ante un incremento de temperatura. Dicha habilidad se evalúa bajo Ia resolución MSC.45 (65) del HSCS Code. Las variables involucradas en esta propiedad son:

• Para tipo sandwich, el material, densidad y configuración geométrica del core.

• Para masivo y tipo sandwich, el espesor y tipos de capas de fibra estructural de Ia piel de plástico reforzado. • Para tipo sandwich, el tipo de adhesivo empleado.