Kehittyneet palonkestävät komposiittirakenteet
Saarimäki, Meri (2017)
2017
Materiaalitekniikka
Teknisten tieteiden tiedekunta – Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-03-08
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201703091140
http://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201703091140
Tiivistelmä
Muovikomposiitit syttyvät helposti ja vapauttavat palaessa suuren määrän lämpöä sekä erilaisia yhdisteitä. Palaessa vapautuu muun muassa savua sekä hiilimonoksidia ja –dioksidia. Muovikomposiittien palamista pyritään estämään ja paloja hillitsemään oikeanlaisilla materiaalivalinnoilla, rakenteilla sekä palonestoaineen lisäyksellä. Palamisen estossa on ennen kaikkea tavoitteena vähentää palon todennäköisyyttä.
Palonestoaineet ovat epäorgaanisia yhdisteitä, jotka estävät materiaalia syttymästä tai hillitsevät syttynyttä paloa. Palonestoainepitoisuutta ei voi kuitenkaan nostaa loputtomiin, sillä palonestoaineet heikentävät kertamuovikomposiitin muita ominaisuuksia ja hankaloittavat muovikomposiitin valmistusta. Palonestoaine laimentaa paloa joko kaasuna tai nesteenä palavalla pinnalla. Palonestoaine voi toimia myös niin sanottuna jäähdytyslevynä siirtäen lämpöenergiaa pois palavalta alueelta tai vaahtomaisena lämmöneristeenä liekin ja materiaalin välillä. Palonestoaineet voivat myös haihtua tai hajota endotermisesti palamattomiksi yhdisteiksi, mikä hidastaa pyrolyysiä sekä itse paloa.
Materiaalin palo-ominaisuuksia voidaan vertailla muun muassa syttymisajan, lämmönvapautumisnopeuden, ja kokonaislämpömäärän avulla. Syttymisajan tulee olla mahdollisimman pitkä, jotta pelastautumiselle tai sammuttamiselle jää aikaa. Lämmönvapautumisnopeus kertoo kuinka voimakkaasti materiaali palaa tietyllä ajanhetkellä ja miten se muuttuu palon aikana. Jos lämmönvapautumisnopeus on matala, palaminen on rauhallista. Matala kokonaislämpömäärä pienentää palosta aiheutuvia vaurioita ja parantaa pelastautumismahdollisuuksia.
Tässä työssä selvitetään, mikä valituista hartseista on palonkestoltaan paras ja mikä palonestoaineen pitoisuus on riittävä, jotta komposiittimateriaali yltää palo-ominaisuuksiltaan referenssimateriaalin tasolle. Tulosten perusteella voidaan sanoa, että puhtaiden hartsien palo-ominaisuuksilla oli suurehko merkitys materiaalin palonkestoon. ATH palonestoaine paransi muovikomposiittien palonkestoa, mutta vasta suurilla pitoisuuksilla. Valmistettavuus ja laatu kärsivät, kun palonestoainepitoisuus nousee 40-70-painoprosenttiin.
Palonestoaineet ovat epäorgaanisia yhdisteitä, jotka estävät materiaalia syttymästä tai hillitsevät syttynyttä paloa. Palonestoainepitoisuutta ei voi kuitenkaan nostaa loputtomiin, sillä palonestoaineet heikentävät kertamuovikomposiitin muita ominaisuuksia ja hankaloittavat muovikomposiitin valmistusta. Palonestoaine laimentaa paloa joko kaasuna tai nesteenä palavalla pinnalla. Palonestoaine voi toimia myös niin sanottuna jäähdytyslevynä siirtäen lämpöenergiaa pois palavalta alueelta tai vaahtomaisena lämmöneristeenä liekin ja materiaalin välillä. Palonestoaineet voivat myös haihtua tai hajota endotermisesti palamattomiksi yhdisteiksi, mikä hidastaa pyrolyysiä sekä itse paloa.
Materiaalin palo-ominaisuuksia voidaan vertailla muun muassa syttymisajan, lämmönvapautumisnopeuden, ja kokonaislämpömäärän avulla. Syttymisajan tulee olla mahdollisimman pitkä, jotta pelastautumiselle tai sammuttamiselle jää aikaa. Lämmönvapautumisnopeus kertoo kuinka voimakkaasti materiaali palaa tietyllä ajanhetkellä ja miten se muuttuu palon aikana. Jos lämmönvapautumisnopeus on matala, palaminen on rauhallista. Matala kokonaislämpömäärä pienentää palosta aiheutuvia vaurioita ja parantaa pelastautumismahdollisuuksia.
Tässä työssä selvitetään, mikä valituista hartseista on palonkestoltaan paras ja mikä palonestoaineen pitoisuus on riittävä, jotta komposiittimateriaali yltää palo-ominaisuuksiltaan referenssimateriaalin tasolle. Tulosten perusteella voidaan sanoa, että puhtaiden hartsien palo-ominaisuuksilla oli suurehko merkitys materiaalin palonkestoon. ATH palonestoaine paransi muovikomposiittien palonkestoa, mutta vasta suurilla pitoisuuksilla. Valmistettavuus ja laatu kärsivät, kun palonestoainepitoisuus nousee 40-70-painoprosenttiin.