ES2227217T3

ES2227217T3 - Barrera de proteccion.

Info

Publication number: ES2227217T3
Application number: ES01942925T
Authority: ES
Inventors: Daniel Mormont; Alain Jacques
Original assignee: Compagnie Royale Asturienne des Mines
Current assignee: Compagnie Royale Asturienne des Mines
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2005-04-01
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: DE60105156T2; ATE274562T1; US8173556B2; WO2001098434A1; DE60105156D1; EP1292652B1; US20030170418A1; US20100136280A1; EP1292652A1; PT1292652E; AU2001265719A1; US7658983B2

Abstract

Producto de protección que presenta características de barrera térmica y acústica, tal que satisface los requisitos de la norma 14 CFR parte 25 de la Federal Aviation Adminisration, destinado a ser aplicado a lo largo de estructuras metálicas y compuestas, tales como carlingas de avión, cascos de barco, o las estructuras exteriores de trenes o de otros medios de locomoción, que se presenta, esencialmente, en forma de una « manta », constituida por una o varias capas de fibras, preferentemente de fibras de vidrio, rodeada por una envuelta, caracterizado porque la envuelta comprende, al menos, un primer soporte, preferentemente, de material orgánico, que presenta características de estanqueidad y de anticondensación, y un papel de mica impregnado, presentando el papel de mica un peso por unidad de superficie inferior a 50 g/m2 y comprendiendo laminillas de mica que tienen un factor de forma superior a 1.000.

Description

Barrera de protección.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una barrera de protección antifuego destinada a ser aplicada en el lado interior a lo largo de estructuras metálicas o compuestas, tales como carlingas de avión o cascos de barco u otros medios de transporte.

La presente invención se refiere, igualmente, a los vehículos, tales como el avión, el navío, el tren, que utilizan una barrera de protección antifuego de este tipo.

Antecedentes tecnológicos

Las estructuras metálicas y compuestas tales como las carlingas de avión o cascos de barco, están recubiertas, habitualmente, en el lado interno, con una protección que presenta características de barrera térmica y acústica a fin de aislar el interior de la carlinga o del casco del entorno exterior.

Con este objeto, se han propuesto protecciones que se presentan, habitualmente, en forma de una manta constituida, esencialmente, por una o varias capas de fibras de vidrio, rodeada por una envuelta. Esta envuelta puede estar realizada en cualquier tipo de materiales. Preferentemente, se trata de una película de un material orgánico, tal como poliéster, poliamida u otro, que presente, al menos, características hidrófobas y que se comporte en ciertos casos como una barrera estanca al agua. A título de ejemplo, como materiales utilizados para realizar la envuelta, pueden citarse, el milar®, aluminizado o no, el tedlar® que está realizado en una película de PVF, el kapton®, que es una película realizada de poliamida (marcas registradas de Dupont) o, también, de otros revestimientos tales como las películas de poliéster o de poliamida, tal como el textril® que es una película de poliéster armada con fibras de poletileno, de la firma Jehier. Estas películas que constituyen la envuelta deben realizarse en materiales que permitan los tratamientos textiles habituales: costura, pegado, soldadura, etc, y que presenten características mecánicas tales como resistencia al desgarro, etc.

Por otra parte, con el fin de minimizar el peso, la densidad de estos diferentes materiales debe ser tan pequeña como sea posible, permitiendo al mismo tiempo conseguir características mecánicas elevadas. Preferentemente, conviene que el peso por unidad de superficie de este tipo de protección sea inferior a 100 g/m^{2}.

En todo caso, hay que proteger todo lo posible los pasajeros presentes en el interior de un avión del riesgo de inflamación del combustible que, en general, proviene de motores exteriores. En efecto, este combustible, tal como el queroseno, cuando se inflama, alcanza temperaturas netamente superiores a 1.000ºC. Debido a esto, conviene proteger los elementos de estructuras metálicas y compuestas que constituyen las carlingas de avión, los cascos de navío, las estructuras exteriores de los trenes, etc.

Con este objeto, las autoridades y, en particular, la FAA (Federal Aviation Administration) han previsto normas de protección antifuego relativamente estrictas. Sin embargo, las normas a las que deben someterse los constructores de avión evolucionan continuamente y se hacen cada vez más severas con el fin de aumentar la seguridad de los viajeros.

Se observa hoy día que las características antifuego de las películas descritas anteriormente, y que pertenecen al estado de la técnica, se han hecho insuficientes. El departamento de transporte de la FAA se ha visto obligado, por tanto, a publicar criterios de ensayo adaptados a los nuevos requisitos. En particular, las características de resistencia de los ensayos de "resistencia al paso del fuego" e "inflamabilidad" han sido redefinidas en la norma 14 CFR, parte 25 y otras, en septiembre de 2000.

En particular, el ensayo de resistencia al paso del fuego consiste en someter las mantas de fibras y su envuelta a la llama de un quemador. El citado quemador facilita una llama de ataque a una temperatura de, aproximadamente, 1.150ºC. La muestra es, así, sometida a un flujo térmico de 149 kW/m^{2}. El producto correspondiente satisfará los requisitos exigidos por la FAA si éste llega a resistir la penetración de la citada llama durante 4 minutos y el flujo de calor producido por la muestra es inferior a 23 kW/m^{2} medido a una distancia de 30,5 cm (12 pulgadas) de la superficie de ataque.

El ensayo de inflamabilidad (ASTM-E 648) consiste en someter una muestra de 1.000 mm de longitud y de 250 mm de anchura a un panel radiante inclinado 30º frente a la muestra y en presencia de una llama piloto. El panel radiante produce un flujo de calor de 18 kW/m2 y el encendido se hace a través de una llama piloto. Los criterios de satisfacción del ensayo son la ausencia de llamas en un radio de 51 mm alrededor del punto de aplicación y la ausencia de postcombustión después de la extinción de la llama piloto durante un período de ensayo determinado.

Asimismo, los fabricantes de aviones han definido ciertas especificaciones mecánicas tales como flexibilidad y resistencia a la tracción, así como su variación después de un acondicionamiento o envejecimiento normalizado de las muestras.

Por otra parte, se conoce por el estado de la técnica y, en particular, por el documento EP-A-0370337, la utilización de un papel de mica impregnado, pegado, eventualmente, a un soporte a base de fibras, tejidas o no tejidas de vidrio, de aramida, de carbono, u otras, como revestimiento antifuego de bajo desprendimiento de calor, en elementos de construcción en aplicaciones que presentan normas relativamente severas en la materia, tales como la industria aeronáutica, la industria automóvil, la decoración interior, etc.

Aunque este tipo de utilización de papel de mica respondía inicialmente a las normas en vigor en los años 1980 (ATS 10 333-001, directiva FAR 25 -cámara O.S.U.), este tipo de revestimiento no responde a las nuevas normas de seguridad tales como las definidas anteriormente.

Se conoce, igualmente, en particular por los documentos EP-A-0949367, FR-A-3 884 337, EP-A-0406467 y US-4 514 466, que la mica y, en particular, el papel de mica, es un buen aislante eléctrico y tiene una buena resistencia térmica. Sin embargo, estos documentos no mencionan la utilización de la mica para una barrera de protección antifuego aplicada a lo largo de una estructura metálica o compuesta, tal como una carlinga de avión, un casco de barco, o la estructura exterior de un tren, etc.

Se observa, además, que en todas las utilizaciones del estado de la técnica, el papel de mica clásico presenta un peso por unidad de superficie próximo a 100 g/m^{2}.

Objetos de la invención

La presente invención tiene por objeto proponer un producto de protección que presente, al menos, las mismas características de aislamiento fónico y térmico que los productos del estado de la técnica, así como un comportamiento equivalente como barrera anticondensación.

La presente invención tiene por objeto, en particular, proponer un producto que sirva de barrera antifuego y que satisfaga los nuevos requisitos de la FAA, es decir, que responda a las normas definidas por el reglamento 14 CFR parte 25.

De modo más particular, la presente invención tiene por objeto proponer un producto de protección que presente un comportamiento que satisfaga al ensayo de resistencia al paso del fuego y al ensayo de inflamabilidad definidos en este reglamento.

La presente invención tiene por objeto, además, permitir soluciones que aumenten lo menos posible el peso del material final, es decir, que permitan prever una envuelta que presente un peso total por unidad de superficie inferior a 100 g/m^{2}.

Principales elementos característicos de la invención

La presente invención se refiere a un producto de protección que presenta características de barrera térmica y acústica destinado a ser aplicado a lo largo de estructura metálicas y compuestas, tales como carlingas de avión, cascos de barco, o estructuras de tren, que se presenta, esencialmente, en forma de una manta constituida por una o varias capas de fibras, preferentemente de fibras de vidrio, rodeadas por una envuelta, caracterizado porque la envuelta comprende, al menos, un primer soporte que presenta características de estanqueidad a la humedad y de anticondensación, realizado, preferentemente, en un material orgánico, y un papel de mica impregnado.

De acuerdo con una primera forma de ejecución, la envuelta que comprende el papel de mica y el primer soporte está realizada en forma de una sola capa en la cual el papel de mica se adhiere directamente al soporte.

De acuerdo con una segunda forma de ejecución, la envuelta se presenta en forma de un complejo de varias capas que comprende, por una parte, el soporte que presenta las características requeridas de estanqueidad a la humedad y de anticondensación y, por otra, un papel de mica que se adhiere eventualmente a un segundo soporte apropiado.

Ventajosamente, el papel de mica es contrapegado a un segundo soporte apropiado, preferentemente, a un soporte tejido, tal como la seda de vidrio o una película.

De manera ventajosa, el primer soporte es una película o un tejido.

Preferentemente, el papel de mica presenta un peso por unidad de superficie inferior a 50 g/m^{2} y, preferentemente, inferior a 30 g/m^{2}. De manera particularmente preferida, el papel de mica presenta un peso por unidad de superficie inferior a 25 g/m^{2} y, preferentemente, inferior a 20 g/m^{2}.

Finalmente, la presente invención se refiere a una estructura metálica o compuesta, tal como una carlinga de avión, un casco de barco, o la estructura exterior de un tren, contra la cual es aplicado el producto de acuerdo con la invención.

Es particularmente sorprendente que la utilización de un papel de mica tan delgado, es decir, de un peso por unidad de superficie inferior a 50 g/m^{2}, presente características totalmente satisfactorias respondiendo a los ensayos de anti-inflamabilidad y de resistencia al paso del fuego.

Es muy probable que la razón de esto sea que, para realizar tales papeles, es necesario utilizar una pulpa de laminillas de mica, de las cuales el 90% en volumen tendrá un tamaño inferior a 800 \mum. Además, estas laminillas tendrán, preferentemente, un factor de forma (es decir, el diámetro dividido por el espesor) elevado y, preferentemente, un factor de forma superior a 1000. Conviene observar que el papel de mica será realizado de acuerdo con las técnicas habituales descritas en el estado de la técnica, e impregnado con diferentes tipos de resina, por ejemplo, de silico-
na.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se describirá más en detalle refiriéndose a los ejemplos que siguen. En estos ejemplos, se utiliza cada vez un "papel de mica" realizado de acuerdo con las técnicas clásicas.

Por "papel de mica", se entiende una hoja realizada de acuerdo con las técnicas habituales de papelería, y que comprende el 100% de mica en forma de laminillas orientadas. Habitualmente, las laminillas son de tipo flogopita, sea de tipo mocovita calcinada o no, o también en forma de una mezcla de las dos, o de tipo fluorflogopita cuando se utiliza mica sintética.

La técnica general consiste en reducir trocitos de mica al estado de laminillas (flakes), estando los trocitos en la forma física en la que el mineral de mica es extraído de las minas. Esto puede efectuarse, por ejemplo, por una desintegración mecánica bajo agua, y tratando la pulpa así obtenida en una máquina similar a las máquinas de papelería, a fin de fabricar un papel de mica. Actualmente, se comercializan varios tipos de papel de mica. Estos dependen, esencialmente, de la naturaleza del mineral. Se conocen los papeles de mica mocovita constituidos exclusivamente de mineral de mica de tipo mocovita, calcinada o no, el papel de mica de tipo flogopita constituido exclusivamente de mineral de mica de tipo flogopita, o también los papeles de mica realizados a partir de una mezcla de diferentes minerales. En ciertos casos, para fabricar papel de mica se utiliza, además, vermiculita en adición a otros materiales.

Para la fabricación de un papel de mica, se conoce, igualmente, la utilización de mica sintética.

Este papel de mica se utiliza como materia prima para la fabricación de cintas, de hojas, de estratificado (micanita). Para esto, habitualmente, el papel de mica debe ser impregnado por aglutinantes orgánicos (resinas) o inorgánicos, y/o pegado a un soporte flexible mecánicamente resistente, a fin de dar las propiedades físicas deseadas al producto final.

Habitualmente, la tasa de impregnación de los papeles de mica en aglutinantes orgánicos y, en particular, en resinas de siliconas, está comprendida entre el 5% y el 25%.

La originalidad del papel de mica utilizado de acuerdo con la presente invención reside en el hecho de que su peso por unidad de superficie es relativamente poco elevado y, preferentemente, inferior a 50 g/m^{2}.

Por otra parte, se realizará, de manera clásica, un fieltro de fibras de vidrio que se envasará en una envuelta constituida por, al menos, un soporte textil y un papel de mica de acuerdo con la presente invención. La envuelta se denomina en lo sucesivo el producto acabado.

De acuerdo con una primera forma de ejecución, el citado producto acabado puede presentarse en forma de varias capas, es decir, que comprende, de manera clásica, una película de un material orgánico que presenta características hidrófobas y que se comporta como barrera estanca al agua y al vapor, y un papel de mica eventualmente solidarizado a un soporte apropiado.

De acuerdo con otra forma de ejecución, el citado producto acabado puede presentarse en forma de una sola capa y estar constituido por un papel de mica laminado directamente sobre una película que presenta las características hidrófobas requeridas.

Ejemplo 1

Se realiza un producto acabado destinado a realizar la envuelta que comprende un papel de mica, u soporte textil y una resina. Con este fin, se utilizan los constituyentes siguientes:

-: un papel de mica de tipo Moscovita de un peso por unidad de superficie de 25 g/m^{2},

-: un tejido de vidrio de un peso por unidad de superficie de 24 g/m^{2} constituido por 26 hilos/cm en cadena y 15 hilos/cm en trama, siendo el título de los hilos de 5,5 tex, tanto en cadena como en trama, y

-: una resina de silicona de tipo Fenil-Metil-Silicona, como, por ejemplo, la resina D.C. 805 de la sociedad Dow Corning.

El papel de mica utilizado está constituido por laminillas de mica Moscovita y definido por la distribución de partículas siguiente: el 90% en volumen tienen un tamaño inferior a 800 \mum y el 10% en volumen tienen un tamaño inferior a 80 \mum. Además, su factor de forma será superior a 1.000. Las características del papel de mica son las siguientes:

- peso por unidad de superficie: 25 g/m^{2}

- espesor: 0,016 mm

- resistencia a la tracción: 4 N/cm

- porosidad al aire: 2.200 s/100 cm^{3}

- perforación por aceite: 4 s.

Para realizar el producto acabado, se impregna el tejido de fibras de vidrio por medio de una solución de resina de silicona en medio disolvente de tolueno al 15% de material sólido disuelto. El papel de mica es colocado directamente sobre el tejido de fibras de vidrio impregnado. Éste absorbe entonces una parte de la resina. Después de la evaporación del disolvente en hornos de secado previstos con este objeto, se enrolla el producto obtenido.

Se realiza, así, un producto constituido por un papel de mica contrapegado sobre un tejido de fibras de vidrio.

El producto acabado tiene las características siguientes:

- peso total: 60 g/m^{2}

- espesor: 0,059 mm

- contenido de aglutinante: 20%

- contenido de volátiles: 0,2%

- flexibilidad CEI: 9 N/m

- resistencia a la tracción: 104 N/cm

- rigidez dieléctrica: 1,08 KV/capa

Cuando se somete el producto a los ensayos de envejecimiento que corresponden a la especificación EADS Airbus, para los materiales destinados a responder a las especificaciones del ensayo de resistencia al paso del fuego, se obtiene, después de un acondicionamiento a 70ºC / 98% H.R. / 500 horas:

- variación de masa total: - 0,35%

- variación de resistencia a la tracción: - 4%

Estos valores son ampliamente inferiores a los límites especificados por EADS Airbus, que acepta una pérdida de estas mismas propiedades que llega hasta el 10%.

A continuación, se somete una muestra a un ensayo a la llama, tal como el que se describe seguidamente:

-: se acondicionan tres muestras del producto a temperatura ambiente y al 50% de humedad relativa durante un mínimo de 24 horas,

-: se fija una muestra de 18 cm x 18 cm por sus cuatro lados a un marco metálico de un cm de anchura dejando una superficie cuadrada muy ligeramente tensa de 17 cm x 17 cm,

-: se expone la muestra horizontalmente a la llama de un mechero bunsen con una boquilla de un diámetro de 1 cm. La altura total de la llama debe ser de 4 cm y la muestra debe ser colocada entre el límite oxidante y reductor de la llama. Se obtiene, así, una temperatura de contacto de la llama contra la muestra de 1.100ºC,

-: se aplica la llama contra la muestra durante 10 minutos, y

-: se verifica que la llama no atraviesa la muestra durante toda la duración del ensayo.

Se aplica el mismo método para las tres muestras. Si después de los 10 minutos de ensayo, ninguna de las muestras, tales como las descritas en este ejemplo, es atravesada por la llama, el producto cumple perfectamente su función de parallamas. Incluso después de haber prolongado los ensayos 30 minutos, el producto papel de mica-tejido de fibras de vidrio no es perforado por la llama.

Se han realizado ensayos de resistencia al paso del fuego de acuerdo con la norma 14 CFR parte 25 con una manta aislante constituida por dos capas de fibras de vidrio, una barrera al fuego constituida por una hoja del producto mica- tejido de fibras de vidrio, tal como la descrita anteriormente, y una piel de Poliéster reforzado. Después de los 4 minutos requeridos para el ensayo, la mica no resultó perforada por la llama y los flujos de calor medidos son inferiores a 0,8 W/cm^{2} y, por tanto, se mantienen muy inferiores al valor máximo tolerado en la especificación de la norma, que es de 2 W/cm^{2}. El producto responde, por tanto, a la norma 14 CFR parte
25.

Ejemplo 2

Se realiza un producto acabado destinado a realizar la envuelta constituida por un papel de mica, un soporte, una resina y un adhesivo. Con este objeto, se utilizan los materiales siguientes:

-: un papel de mica de tipo Moscovita de 20 g/m^{2},

-: una película de fluoruro de polivinilo (PVF) tal como el Tedlar® TFMO5AL2 de Dupont de Nemours de 12,5 \mu de espesor y de un peso de 18 g/m^{2},

-: una resina de silicona de tipo Metil-Silicona, como, por ejemplo, la resina Wacker K de la sociedad Wacker, y

-: un adhesivo de silicona de tipo PSA (Pressure Sensitive Adhesif), como, por ejemplo, el tipo DC 280 A de la sociedad Dow Corning.

El papel de mica utilizado es del mismo tipo que el utilizado en el ejemplo 1 y con las características siguientes:

- peso por unidad de superficie: 20 g/m^{2}

- espesor: 0,014 mm

- resistencia a la tracción: 3 N/cm

- porosidad al aire: 2.200 s/100cm^{3}

- perforación por aceite: 4 s

Para realizar el producto acabado, se procede en dos etapas:

1.: Una etapa de refuerzo del papel de mica: para esto, se impregna el papel de mica con una solución al 10% de resina de silicona K en medio disolvente y se obtiene un papel de mica reforzado con un 9% de resina de silicona seca, y

2.: Una etapa de contrapegado que, de modo ventajoso, puede realizarse por dos técnicas diferentes:

a.: se impregna el papel de mica, previamente reforzado, con una solución al 14% de adhesivo de silicona 280A en medio disolvente. Después de la evaporación del disolvente en hornos de secado, se contrapega una película de PVF sobre la mica impregnada con el adhesivo de silicona;

b.: se impregna la película de PVF con una solución al 5% de adhesivo de silicona 280A en medio disolvente. Después de evaporación del disolvente en hornos de secado, se contrapega el papel de mica, previamente reforzado sobre la película de PVF impregnada por el adhesivo de silicona.

Se obtiene, así, un producto constituido por un papel de mica contrapegado sobre una película PVF. El producto acabado tiene las características siguientes:

- peso total: 48 g/m^{2}

- espesor: 0,050 mm

- contenido de aglutinante: 20%

- contenido de volátiles: 0,2%

Los resultados de los ensayos de envejecimiento por la humedad, tales como los especificados en el primer ejemplo, respetan las especificaciones EADS.

Durante los ensayos a la llama, tales como los descritos en el ejemplo 1, se obtiene, igualmente, un excelente resultado en el sentido de que la llama no atraviesa el producto de papel de mica Tedlar® después de los 10 minutos de ensayo.

Ejemplo 3

Se realiza una variante del producto de acuerdo con el mismo método que el descrito en el ejemplo 2, pero reemplazando la película de PVF Tedlar® por una película de Poliéster Milar® de 6 \mum proveniente de la sociedad Dupont de Nemours.

Los resultados obtenidos son comparables a los de los ejemplos precedentes.

Ejemplo 4

Otro método de ejecución consiste en pegar la película sobre el papel de mica por puntos de adhesivo y no por una película continua de adhesivo. Para esto, se utilizan las técnicas bien conocidas, como, por ejemplo, la impregnación por cilindro grabado que va a permitir depositar el adhesivo por puntos sobre el soporte.

Claims

1. Producto de protección que presenta características de barrera térmica y acústica, tal que satisface los requisitos de la norma 14 CFR parte 25 de la Federal Aviation Adminisration, destinado a ser aplicado a lo largo de estructuras metálicas y compuestas, tales como carlingas de avión, cascos de barco, o las estructuras exteriores de trenes o de otros medios de locomoción, que se presenta, esencialmente, en forma de una "manta", constituida por una o varias capas de fibras, preferentemente de fibras de vidrio, rodeada por una envuelta, caracterizado porque la envuelta comprende, al menos, un primer soporte, preferentemente, de material orgánico, que presenta características de estanqueidad y de anticondensación, y un papel de mica impregnado, presentando el papel de mica un peso por unidad de superficie inferior a 50 g/m^{2} y comprendiendo laminillas de mica que tienen un factor de forma superior a 1.000.

2. Producto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la envuelta es una sola capa.

3. Producto de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la única capa de la envuelta está constituida por papel de mica impregnado y por el primer soporte que se adhiere directamente al papel de mica impregnado.

4. Producto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la envuelta es de varias capas.

5. Producto de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque una primera capa comprende el papel de mica impregnado contrapegado a un segundo soporte apropiado constituido por una película o un tejido y la segunda capa está constituida por el primer soporte.

6. Producto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer soporte es una película.

7. Producto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el primer soporte es un tejido.

8. Producto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el papel de mica presenta un peso por unidad de superficie inferior a 25 g/m^{2} y, preferentemente, inferior a 20 g/m^{2}.

9. Estructura metálica o compuesta tal como una carlinga de avión, un casco de barco, o la estructura exterior de un tren, contra la cal es aplicado un producto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

10. Utilización del producto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 para el recubrimiento de una estructura metálica o compuesta, preferentemente, exterior, de un medio de transporte, tal como un avión, un barco, un tren, un camión, etc.