複合材料用の耐火樹脂の開発

このブログは、私の2月の特集「重さのない火に耐える」のフォローアップです。」。その記事のインタビューでは、3つの異なる樹脂サプライヤー/ブランドが言及されました： Ashland 、 Polynt および Scott Bader 。詳細については、これら3社をフォローアップすることにしました。

製品

アシュランドのFR複合材料用の最も有名な樹脂はMODARで、これはMODified AcrylicResinの略です。ハロゲン化されていませんが、AshlandはHetronハロゲン化ポリエステルまたはビニルエステル製品も提供しています。

接着剤および複合材料のテクニカルディレクターであるJean-Pascal（JP）Schroederによると、ScottBaderのCrestapol1212は、ハロゲン化されていないウレタンアクリレートであり、「Modarと同じサンドボックスで機能します」と述べています。結晶性ポリエステル樹脂は、ハロゲン化またはハロゲンフリーの配合でも入手できます。

Polynt-Reichhold Groupは、PCCR、CCP、Polynt、Reichholdの4つのレガシー樹脂メーカーを組み合わせています。 FR複合材料の2つの主な製品は、ReichholdのDION臭素化（元素臭素/ Brはハロゲン）樹脂技術と、CCPが開発した膨張技術に基づくNORSODYNEラミネート樹脂/ FIREBLOCKゲルコートです。

ハロゲンと非ハロゲン

「ハロゲン化学は何よりも重要です」と、特殊樹脂のアッシュランドビジネスマネージャーであるトムジョンソンは言います。「臭素化樹脂と同等であるための性能測定基準は、打ち負かすのが本当に難しいです。」彼は、樹脂添加剤としての臭素（Br）は非常に効果的ですが、分子量も低いため、埋め立て地に浸出する可能性があると説明しています。しかし、多くの臭素添加物は毒性が高く、もはや許可されていません。「しかし、毒性が低く、うまく機能するものもあります」とジョンソン氏は述べています。

別の方法は、樹脂のバックボーンにBrをグラフトして、高分子量の臭素化樹脂を生成することです。「したがって、それは水に不溶性であり、浸出することはありません」とジョンソンは述べています。「また、代謝の懸念を排除し、複合コンポーネントから離れることができないため、最終部品に関連する毒性はありません。」この臭素化樹脂の化学的性質は、AshlandがHetron製品を介して提供するものです。「私たちは、煙ではなくFRのみを満たすことを目指しているさまざまな業界に、6つ以上の製品を提供しています」とJohnson氏は言います。

喫煙しませんか？「臭素化樹脂は煙と毒性の要件に合格できません」と、Polynt CompositesUSAのアプリケーション開発マネージャーであるRickPauer氏は説明します。 Reichhold製品ラインの一部であるDION樹脂は、臭素化樹脂技術に基づいています。「しかし、これらのタイプの樹脂は、航空機の内装のFSTや鉄道用途の欧州規格EN45545に合格することはできません」とPauer氏は述べています。

「複合材料からの煙の毒性を確認したい場合は、簡単なテストがあります」と、ScottBaderのSchroeder氏は述べています。「火をつけて、煙の色に注意してください。毒性は色の濃さとともに増加します。白い煙はより多くの水とより毒性の低い煙を持ちますが、黒い煙は非常に毒性の高い煙を持っている可能性があります。」

Schroederは、ScottBaderが Pinfa-NA のメンバーであると述べています。、 Pinfa の北米の姉妹グループ、ヨーロッパで非ハロゲンFRソリューションの開発と促進に取り組んでいます。彼らは定期的にワークショップを開催しており、昨年はプラスチックや電気自動車に関するワークショップもいくつか開催されています。

膨張性樹脂とゲルコート

「私たちの焦点は膨張剤にありました」とPolyntのPauerは言います。 4月の特集記事で説明したように、膨張剤は熱によって活性化されて膨張し、多孔質の炭素質チャーを形成し、下にある複合材料を熱的に絶縁し、可燃性揮発性物質の生成を抑制します。「これは、NORSODYNEラミネート樹脂とFIREBLOCKゲルコートで使用されている技術です」とPauer氏は述べています。「これらの製品はハロゲンを使用していないため、毒性がありません。 NORSODYNEは、煙に関するASTME-84要件に合格します。また、ラミネートが厚いほど、パフォーマンスが向上します。」これは、膨張性添加剤が多いため、保護を強化するためにチャー層が厚くなるためです。また、NORSODYNEとFIREBLOCKゲルコートを使用すると、NORSODYNE単独よりも優れたパフォーマンスが得られる理由についても説明します。

ATHを充填したアシュランドのMODAR樹脂は、オマハパフォーミングアーツセンターのインテリアなどの建築用途に使用されています（上）とそのHetron樹脂は、半透明のグラスファイバーパネル（下）に耐火性を提供します。ソース|アッシュランド。

充填樹脂

臭素化樹脂は依然として市場全体を支配していますが、低煙FR複合材料に最もよく使用される樹脂は、アシュランドのMODARやスコットバーダーのクレスタポールなど、アルミナ三水和物（ATH）が大量に充填されたアクリルベースのシステムです。どちらもスチレンをほとんどまたはまったく含まない変性アクリルウレタンポリマーであり、後者は可燃性です。「これらの樹脂は、繊維強化とともに100部の樹脂に対して最大170部のATHを使用することを可能にします」とScottBaderのSchroederは説明します。「つまり、基本的には、有機樹脂の含有量を減らして無機材料を近似しているのです。」

「MODARは、少量の無毒な煙と優れた耐火性を備えた優れた機械的特性を提供します」と、アッシュランドのジョンソンは説明します。「粘度が低いため、ATHフィラーを大量に添加することができます。リン酸塩や膨張性添加剤を使用することもできます。」通常、ATHレベルの高い樹脂は、粘性が高く流れないため、加工が困難です。これらの充填樹脂は、硬化時にもろくなる可能性があります。ジョンソン氏は、これらのアクリル樹脂の低粘度により、加工性を維持しながら高いフィラー充填が可能になると述べています。一方、靭性はポリウレタンに似ているため、硬化しても脆くなりません。

アクリルの簡単な議論。ここで説明するMODARおよびCrestapol樹脂は熱硬化性樹脂ですが、アクリルは、ポリメチルメタクリレート（PMMA、商品名LuciteおよびPlexiglasで知られています）などの熱可塑性樹脂を含む幅広い材料にまたがっており、PMMAは熱硬化性樹脂と反応して熱硬化性メチルメタクリレート（ MMA）およびウレタンアクリレート。

もう1つの注意点として、AshlandとScott Baderは、ヨーロッパでATHが事前に混合された樹脂のみを販売しています。米国では、両社はニート樹脂を販売し、顧客が添加するATHの種類と量を調整するのに役立つ技術サポートを提供し、混合比と手順に関するアドバイスを提供しています。

ATHと注入

Pauerは、ATH充填樹脂の注入は困難な場合があると指摘しています。「一部の粒子は、フィルターで除去せずに注入できるものよりも大きいです」と彼は言い、ATHが35〜40パーセントを超えるシステムではうまく注入できないと述べています。 Schroeder氏は、炭素繊維はATH充填システムの使用も制限していると付け加えています。「ガラス繊維よりも密に詰まっている炭素繊維フィラメントの束を濡らすのは非常に難しいためです」。彼は、ATHを充填したシステムをガラス繊維布に注入することは可能であると付け加えています。「しかし、 SAERTEX のようなオープンフロータイプの補強材を使用する必要があります。 LEOのために開発され、 Chomarat のようにそのGフロー生地で生産します。これは、ATHのフィルタリングを防ぐのに役立ちます。」

大量輸送アプリケーション

大量輸送アプリケーションの例は、サンフランシスコのベイエリア高速輸送（BART）鉄道システム用の775両の新しい鉄道車両の製造です。最初の新車は2018年にサービスを開始し、メーカーのボンバルディアは2022年に納車を完了します。

Pauerによると、Polynt-ReichholdのNORSODYNE H-81269TF膨張性ラミネート樹脂は、これらの新車のフロアアセンブリの一部を形成するガラス繊維強化パネルに使用されています。これらのパネルは、キャリッジの下側からの防火を提供し、成形されたHVACダクトを統合して、以前の非複合設計から床アセンブリの重量と厚さを減らします。

Schroederは、ScottBaderがCrestapol1212に、新しいBART車両の部品に取り組んでいる複合材製造業者の資格も与えていると述べています。「ボンバルディアは当社の製品を使用していますが、それぞれがアプリケーションごとに認定されています」と彼は説明します。

BARTの新しい地下鉄車両は、Polynt-ReichholdのNORSODYNE膨張性樹脂など、軽量の複合材を使用してキャリッジの下側の防火を実現しています。
ソース|ボンバルディア。

バスアプリケーションの場合、Polyntは、ASTME162およびASTME662のテストを含む、Docket90要件を満たすためにFIREBLOCKゲルコートを使用する代替アプローチを開発しました。「ATHフィラーの充填量が多いと問題が発生する樹脂トランスファー成形（RTM）を使用してバス部品を製造しているお客様がいます」とPauer氏は言います。「パーツの両面をFIREBLOCK2330PAWK745ゲルコートでコーティングすることにより、従来のPolynt RTM樹脂を使用しながら、炎と煙に関するDoc90基準を満たすことができます。」

電気自動車

これはFR複合材料の高成長市場です。「EVバッテリートレイは、高い機械的強度のために炭素繊維を使用したいので興味深いアプリケーションですが、これはATHを使用できないことを意味します」とSchroeder氏は言います。彼はまた、専門家が、要求されている車両のゴルフ練習場を達成するために必要なバッテリーのエネルギー密度が2倍になると予測していると指摘しています。「しかし、何かがうまくいかなかった場合、バッテリーセルが発火した場合、あなたは今、その発火に対処するためのより多くの課題を抱えています。」

今後の開発

「すべてのセクターで多くのことが進行し、成長しています」とアッシュランドのジョンソンは言います。「しかし、最もエキサイティングな市場は建築プロジェクトです。これはそのような未開発の領域であり、複合材を使用すると、大きな曲面に加えて、高層ビルの軽量化が可能になります。世界をリードする建築家たちとの間に突破口を開くことができます。」 Pauerは、建設における複合材の確固たる支持者であり、ACMAの建築部門の主要メンバーであり、火災規制や試験に関する大部分を含む、建物での複合材の使用に関するガイドラインを公開しています。

上のスライドショーの例は、建物/建設におけるスコット・バーダーの開発作業も示していますが、シュローダーはいくつかの懸念を表明しています。「これらの大規模な商業市場では、FR複合製品は堅牢な加工性を備えている必要があります。成形業者が製品を合理的に扱いやすくしないと、市場で成功することはありません。」彼は、すべての企業がハロゲン化システムのように機能するが毒性のないソリューションを探し続けていると述べています。

ポリフルフリルアルコール（PFA）はどうですか？伝えられるところによると、フェノールと同様に機能するこの生物由来の樹脂は、鉄道用途で使用するためにSHDコンポジットおよびコンポジットエボリューションによって販売されています。「PFAの懸念は、フェノールと同じように縮合反応ポリマーであるため、処理中に水を排出することです」とSchroeder氏は説明します。おそらくこれが、これまでの製品が注入ではなくプリプレグに基づいている理由です。

Schroeder氏は、製造業者は1つの成分を検討するのではなく、ラミネートとコーティングを含むシステム全体を検討するようになっていると述べています。彼は例としてSAERTEXLEO SYSTEMを引用しています（4月の特集記事を参照）。「人々はFR樹脂に加えて、Tecnofireのような膨張性ゲルコートとベールを使用しています」とSchroeder氏は言います。「これらのソリューションにより、大量のファイバーが可能になります。」

「フェノール類を除いて、樹脂は常に燃焼します」と彼は続けます。「私の希望は、フェノール類に似た難燃性を備えたものを手に入れることですが、炭素繊維を使用して大量の繊維構造を製造するために注入できることです。」彼は、スコット・バーダーがいくつかの有望な開発を追求しているが、まだ市場に出る準備ができていないことを付け加えています。

「樹脂プロバイダーとして、私たちは火の燃料とそれに抵抗する技術の手段の両方を供給しています」とジョンソンは言います。「課題は、FR性能の高い製品と化学物質のポートフォリオ、および何がうまく機能し、その理由を知るための知識とテスト履歴を持つことです。」そして、それはこれらの樹脂サプライヤーによって提供される専門知識です。詳細については、私（[email protected]）に連絡するか、これらの専門家や他の専門家に連絡してください。

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