Raport na temat kompozytów hybrydowych na zabezpieczenia przeciwogniowe

  • 11.03.2015
  • 2843
  • Źródło: RCIiTT ZUT w Szczecinie

W nowoczesnym budownictwie coraz więcej  stosowanych wyrobów wytworzonych jest z tworzyw sztucznych. Wypierają one tradycyjne materiały tj. drewno, aluminium, czy beton oraz mogą być użyte jako komponenty dla materiałów budowlanych. Dzięki temu producenci mogą uzyskać wyroby spełniające wymagania  pod względem ekologicznym oraz ekonomicznym.

Wśród stosowanych materiałów znaczącą ilość stanowią kompozyty materiałowe co wynika z możliwości stosowania ich w rożnych warunkach eksploatacyjnych (duża lub niska wilgotność, środowisko kwasowe, zasadowe, zmienna temperatura). Nie bez znaczenia są czynniki technologiczne jak łatwość montażu, wymiany oraz ekologiczne jak utylizacja zużytych elementów. Należy jednocześnie zwrócić uwagę, że wyroby z tworzyw sztucznych charakteryzują się stosunkowo niskimi kosztami wytworzenia. Dzięki temu, tworzywa sztuczne znajdują zastosowanie między innymi jako elementy instalacji HVAC (wentylacyjnych oraz klimatyzacyjnych), grzewczych i chłodniczych. Innym zastosowaniem instalacji rurowych z tworzyw sztucznych jest ochrona przewodów elektrycznych.

Ww. instalacje zazwyczaj wykonane są z tworzyw termoplastycznych. Z uwagi na przeznaczenie oraz styczność z czynnikami fizycznymi tj. temperatura, ważną cechą jest palność materiału oraz jego odporność na ogień. Wystąpienie pożaru lub innej sytuacji w której dochodzi do nagłego niekontrolowanego wzrostu temperatury w obiekcie (np. eksplozja lub niepożądana reakcja chemiczna) stanowi najbardziej poważne zagrożenie dla struktur instalacji. Instalacje z tworzywa sztucznego stają się w takich wypadkach drogą przepływu gorącego powietrza, rozprzestrzeniania się ognia w budynku i/lub dopływu tlenu, który wspomaga proces palenia. Pod tym kątem, zabezpieczenie przejść instalacyjnych stanowi ważną kwestię związaną z ochroną przeciwpożarową. Najprostszym sposobem zabezpieczenia jest zamknięcie lub ograniczenie przepływu powietrza przez instalację.

Opis rozwiązania:

Przedmiotem komercjalizacji wyników prac badawczych jest innowacyjny materiał na zabezpieczenia przeciwogniowego. Działanie zabezpieczenia opiera się o jego specyficzne właściwości polegającej  na zaciśnięciu z odpowiednią siłą instalacji rurowej wykonanej z tworzyw sztucznych. Wynika ono ze wzrostu objętości kompozytu, w reakcji na wzrost temperatury.

Materiał zabezpieczający może przybrać zróżnicowane formy, między innymi takie, jak:
- taśma owijająca dany element instalacji (np. rurę);
- wypełnienie danego elementu instalacji (np. korpusu centrali klimatyzacyjnej);
- element zamykający (pokrywa);
- okładzina.

Kompozyt na  zabezpieczenia  przeciwogniowe jest materiałem wytworzonym na osnowie polimerowej termoplastycznej, która umożliwia dowolne kształtowanie form produktu.

Materiał pod wpływem rosnącej temperatury wykazuje zdolność do ekspandowania ( pęcznienia ), czyli zwiększania swojej objętości. Należy przy tym zwrócić uwagę, że proces  ten  uzależniony jest od:
- składu fizykochemicznego materiału zabezpieczającego;
- temperatury.

W zależności od składu, możliwe jest uzyskanie materiałów wykazujących różny sposób ekspandowania.

Przykład ekspandowania próbki materiałowej o grubości 2 mm w temperaturze 300 stopni Celsjusza przedstawia poniższy rysunek (rys.1):


Badania laboratoryjne zostały potwierdzone w ramach próby przeprowadzonej na ścianie komory ogniowej. Jest to podstawowe badanie dotyczące odporności ogniowej materiałów ognioodpornych zgodnie z obowiązującymi normami. Badaniom poddano cztery kompozycje materiałowe.

Wykonanymi z materiału kompozytowego taśmami owinięto rury wykonane w tworzywa sztucznego. Rury zostały umieszczone w ścianie w taki sposób, aby po jednej i po drugiej stronie wystawał metrowy odcinek rury. Rury były otwarte od strony działania ognia oraz zamknięte od strony wolnej od płomieni (rys.2):

Przebieg, wyniki i wnioski z badania
:
W komorze ogniowej osiągnięto temperaturę o wartości ok. 800 do 1000 stopni Celsjusza. Następnie obserwowano zachowanie substancji zabezpieczającej.

Działanie zaciskowe opaski na badanych rurach instalacyjnych zostało przedstawione na rys.3. Jak widać materiał opaski uległ procesowi ekspandowania. W wyniku tego procesu, zabezpieczenie skutecznie zamknęło otwór rury, dzięki czemu pozostała część rury instalacyjnej nie uległa przegrzaniu, ani zniszczeniu. Należy nadmienić, że po upływie dwóch godzinoddziaływania na instalację strumieniem temperatury w komorze ogniowej, każdy z odcinków badanych rur znajdujących się po stronie wolnej od płomieni, osiągnął temperaturę, która nie przekraczała 35 stopni Celsjusza.

Wniosek: przeprowadzone badanie jednoznacznie wykazało, że zastosowane materiały na opaski spełniły  stawiane im wymagania. Opaska pęczniejąca w wyniku zmiany swoich wymiarów wypełniła przestrzeń w przegrodzie, jednocześnie uszczelniając rurę. Tym samym zapobiegła przemieszczeniu się ognia z komory ogniowej od strefy wolnej od zagrożenia ogniowego. Należy więc uznać, że dotychczasowe badania potwierdziły prawidłowość opracowanego materiału. Ze względu na szerokie spektrum zastosowań materiału pęczniejącego, istnieje jednak dalsza konieczność jego badań przed procesem aplikacyjnym.


Zastrzeżenia patentowe

Przedstawiony materiał jest konkurencyjny w stosunku do podobnych produkowanych w innych krajach i stanowi przedmiot zgłoszenia patentowego.

Korzyści z zastosowania wynalazku:
Kompozytowe zabezpieczenie przeciwogniowe znajduje zastosowanie przede wszystkim w branży budowlanej. Przy wzrastającym stopniu uzbrojenia technicznego budynków, zabezpieczenia przeciwogniowe i temperaturowe pozwalają na zwiększenie bezpieczeństwa ich eksploatacji. Co warto podkreślić, materiał pozwala nie tylko na zabezpieczenie całego obiektu, lecz również pojedynczych pomieszczeń, w których znajdują się wartości wrażliwe na działanie wysokich temperatur (archiwa, skarbce, serwerownie, miejsca przechowania dokumentów niejawnych itp.).

W efekcie, branże którym dedykowane jest omawiane rozwiązanie to między innymi:
- firmy z sektora IT;
- laboratoria chemiczne;
- firmy farmaceutyczne;
- banki i instytucje finansowe;
- zakłady produkcyjne.
oraz wiele innych sektorów.


Projekt współfinansowany z programu "Inkubator Innowacyjności" realizowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach projektu systemowego "Wsparcie systemu zarządzania badaniami naukowymi oraz ich wynikami", Priorytet I, Działanie 1.1., Poddziałanie 1.1.3. Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, 2007-2013.


Twórca technologii:

Prof. nzw. dr hab.inż. Zenon Tartakowski
Tel: 91 4494959
E-mail: zenon.tartakowski@zut.edu.pl

Wcześniejsze artykuły


Newsletter - nowości wprost na e-mail
)