Co można uzyskać dzięki wynalazkowi
Opracowana mieszanka ceramizująca w normalnych warunkach wykazuje elasto-plastyczne właściwości charakterystyczne dla materiałów elastycznych (gumopodobnych). Natomiast poddana działaniu ognia i/lub wysokiej temperatury tworzy twardą, porowatą barierę ceramiczną o strukturze pumeksu, pełniącą funkcję ochronną w przypadku wystąpienia pożaru. Dzięki temu materiały nią powleczone są skutecznie chronione przed działaniem wysokiej temperatury, ognia i innych bodźców mogących wystąpić w trakcie pożaru (uderzenia, podmuchy gorących gazów, itp.), zachowując wytrzymałość mechaniczną. Dzięki temu, na przykład zasilające układy elektryczne mogą pełnić swoje zadania w warunkach pożaru, zapewniając funkcjonowanie kluczowych instalacji dla przebiegu ewakuacji ludzi oraz gaszenia ognia, takich jak na przykład: windy przeciwpożarowe, spryskiwacze, systemy monitoringu bądź systemy alarmowe. Opracowane kompozyty mogą być stosowane także jako osłony stalowych elementów konstrukcyjnych, które gwałtownie tracą swoją nośność wraz ze wzrostem temperatury, bądź okiennych elementów uszczelniających, zapobiegając dyfuzji tlenu z zewnątrz do środka budynku, co w początkowej fazie pożaru może poskutkować jego zaduszeniem.
Istota wynalazku
Jedną z największych wad materiałów polimerowych jest ich palność i toksyczność lotnych produktów spalania. Większość z powszechnie stosowanych polimerów spala się wydzielając znaczne ilości ciepła, nawet w atmosferze ubogiej w tlen. Ponieważ materiały te są powszechnie stosowane w budownictwie, technikach wykańczania wnętrz a także jako elementy składowe i obudowy urządzeń RTV i AGD, to problem ich palności jest niezwykle ważny, zarówno ze względów ekonomicznych jak i bezpieczeństwa zdrowia i życia ludzkiego. Kompozyty polimerowe uniepalniane w standardowy sposób, na przykład za pomocą powszechnie stosowanych dodatków chemicznych - antypirenów pod wpływem dłuższej ekspozycji na ogień ulegają całkowitemu spaleniu, pozostawiając jedynie spopielone resztki. Elastyczne kompozyty ceramizujące pod wpływem działania ognia zmieniają swoją strukturę z elastycznej gumy na porowatą ceramikę. Przypominająca pumeks, nowo wytworzona, faza ceramiczna chroni wnętrze materiału przed dalszą degradacją a materiały nią powleczone chroni przed bezpośrednią ekspozycją na ogień i wysoką temperaturę, odcina od dostępu tlenu i izoluje termicznie. Jej obecność utrudnia również emisję, często toksycznych, lotnych produktów spalania. Proces ceramizacji m charakter czysto fizyczny (określany również jako pasywny), przez co ma przewagę nad klasycznymi sposobami uniepalniania kompozytów polimerowych, ponieważ w jego konsekwencji nie powstają lub powstaje dużo mniej, niebezpiecznych (żrących i toksycznych) produktów rozkładu termicznego matrycy polimerowej oraz zastosowanych, chemicznych antypirenów, które mogą stanowić większe zagrożenie dla zdrowia i życia ludzkiego niż ogień i wysoka temperatura. Aby mogło dojść do ceramizacji tego typu kompozytów konieczny jest dodatek specjalnego napełniacza, tak zwanego topnika. Jest to najczęściej mieszanina tlenków metali charakteryzująca się niską temperaturą mięknienia. Napełniacz ten ma za zadanie połączyć ze sobą cząstki innych, odpornych termicznie pozostałych napełniaczy wchodzących w skład kompozytu ceramizującego, zanim matryca polimerowa ulegnie dekompozycji pod wpływem temperatury. W ten sposób następuje, termicznie aktywowana, przemiana kompozytu ceramizującego o osnowie polimerowej w ciągłą, porowatą strukturę ceramiczną o dobrej wytrzymałości mechanicznej i właściwościach barierowych. Z tego powodu polimerowe kompozyty ceramizujące mogą być traktowane jako tak zwane "materiały inteligentne", aktywowane termicznie i ulegające nieodwracalnej przemianie strukturalnej. Kompozyty te łączą dobre właściwości przetwórcze i elasto-plastyczne materiałów polimerowych (przed ceramizacją) z wysoką odpornością termiczną i mechaniczną materiałów ceramicznych (po ceramizacji), dzięki czemu prezentują nową jakość w grupie materiałów trudnopalnych.
Potencjał komercjalizacji
Kompozyty ceramizuąjce będące przedmiotem wynalazku mogą być stosowane jako:
• Osłony przewodów elektrycznych zapewniających funkcjonowanie instalacji elektrycznej zasilającej kluczowe systemy, w wypadku wystąpienia pożaru. Są to na przykład: windy przeciwpożarowe – stosowane w wieżowcach, umożliwiające proces ewakuacji (szczególnie osób starszych i niepełnosprawnych); zraszacze i systemy monitoringu. Mogą być także stosowane w okrętach podwodnych, pociągach i samolotach, w których w wypadku wystąpienia ognia działanie systemów elektrycznych jest kluczowe dla życia znajdujących się tam osób.
• Osłony termiczne stalowych elementów nośnych chroniące je przed nadmiernym rozgrzaniem w wypadku wystąpienia pożaru. Stalowe elementy tracą ok. 50 % swojej wytrzymałości mechanicznej w temperaturze 500 °C – co może doprowadzić do zapadnięcia się szkieletu nośnego budynku.
• Okienne i drzwiowe uszczelnienia przeciwpożarowe, zapobiegające dyfuzji tlenu z zewnątrz do pomieszczenia objętego pożarem.
