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Collana TRL7 - materiali astronautici per la sicurezza antincendio

Autore Gianfranco Rocchi | Chief Communication Officer | 21 Maggio 2021 |

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La sicurezza, e la sicurezza antincendio non fa eccezione, matura anche attraverso gli incidenti.

Durante un test dell’Apollo 1, l’abbiamo più volte citato in questa serie di articoli sugli spin off della ricerca aerospaziale sul settore dell’antincendio, è scoppiato un incendio nel modulo di comando. Le cinghie dei sedili in velcro che trattenevano l'equipaggio ai sedili e i molteplici componenti degli interni erano altamente infiammabili, il che, se combinato con un ambiente pressurizzato e ricco di ossigeno puro, ha causato una rapida diffusione delle fiamme. La navicella aveva un minuscolo portello ma l'anta interna si apriva verso l'interno per essere tenuta chiusa, in orbita, dalla pressione nella cabina . Tutto ciò contribuì ad intrappolare l'equipaggio all'interno uccidendo i tre gli astronauti coinvolti.

A seguito di quell’incidente sono stati realizzati materiali resistenti al fuoco e criteri di analisi dei rischi e controllo di questi mediante la creazione di tecniche ridondanti e la definizione di criteri di accettabilità.

Lavorando con una fibra sintetica chiamata polibenzimidazolo, la  NASA ha sviluppato un tessuto ingifugo, specialmente nell'ambiente ad alto contenuto di ossigeno di una capsula spaziale. La tecnologia si è rapidamente diffusa in altre applicazioni, dai gusci esterni resistenti al fuoco dell'equipaggiamento dei vigili del fuoco, alle applicazioni sportive come l'abbigliamento indossato dai conducenti di auto da corsa, alle uniformi e agli indumenti protettivi per i lavoratori in ambienti industriali.  L’esplorazione spaziale e il trasporto aereo hanno innumerevoli punti di contatto e la ricerca in questi due settori spesso si sovrappone. In un rapporto al Congresso degli Stati Uniti sul trasporto aereo, nel 1979 si rilevò che nel decennio precedente, 419 morti erano il risultato di incendi post-incidente. Le vittime quasi certamente avrebbero potuto essere evitate, dando loro più tempo per evacuare. E spesso non era il fuoco, ma il fumo e i gas tossici ad uccidere i passeggeri. Molti additivi ignifughi erano stati aggiunti a diversi materiali, come le schiume utilizzate nei sedili, ma si era poi scoperto che, una volta che il calore aveva superato la soglia a cui questi additivi erano in grado di resistere e quindi erano abbastanza caldi da infiammarsi, venivano prodotte – paradossalmente – grandi quantità di fumo e gas tossici proprio da quegli stessi componenti. La NASA aveva messo a punto alcuni materiali resistenti al fuoco per il programma Apollo e Skylab alla fine degli anni '60 e li aveva raccomandati per l'uso pubblico, ma l'industria li considerava troppo complessi e troppo costosi da produrre. Così, a metà degli anni '70, la Federal Aviation Administration e la NASA, insieme agli operatori del settore, hanno avviato uno sforzo di cooperazione per migliorare la sicurezza antincendio nel settore dell'aviazione. Alla NASA, lo sforzo era noto come progetto Fire Resistant Materials Engineering (FIREMEN) e ha coinvolto tra gli altri una società chiamata Solar Turbines International, una divisione di International Harvester. Gli obiettivi erano ambiziosi: prendere un tipo di schiuma di poliimmide e ottimizzarla per la resistenza al fuoco, l'isolamento termico e acustico e capire il modo migliore per fabbricarla rendendola economicamente sostenibile. Solar Turbines aveva lavorato su isolamenti in schiuma per sistemi di energia solare sin dalla fine degli anni '60 e il suo recente lavoro aveva determinato che questo particolare tipo di schiuma di poliimmide non solo resisteva alle alte temperature, ma non produceva praticamente fumo o fiamme quando iniziava a carbonizzare. L'obiettivo finale della NASA era estendere il tempo di fuga da una fusoliera in fiamme da circa due minuti e mezzo a cinque minuti. In questo sforzo per diffondere la sicurezza, la NASA ha rinunciato ai suoi brevetti sui materiali per consentire ad Harvester International di produrlo commercialmente e nel gennaio del 1982 la società ha annunciato la produzione su vasta scala di schiume SOLIMIDE resistenti al fuoco. Nel frattempo la Marina stava finanziando lo sviluppo di una versione leggermente diversa della schiuma da utilizzare sulle navi. SOLIMIDE non è entrato nei sedili delle compagnie aeree o nei pannelli delle cabine, ma ora può essere trovato da qualche parte nel 90% degli aerei di linea commerciali nel mondo occidentale. Quasi tutte le navi della Marina degli Stati Uniti lo utilizzano per l'isolamento termico e acustico.

Le sue qualità di resistenza al fuoco, oltre alla sua durata, isolamento acustico e la maneggevolezza, l'hanno resa una popolare alternativa alla fibra di vetro, consentendo di risparmiare peso (che nel caso di un aereo si traducono in meno carburante, miglioramenti in termini di efficienza e sicurezza) in applicazioni in cui questo è un fattore critico. Inoltre si tratta di un materiale non tossico, infatti non rilascia sostanze chimiche ed ha un enorme intervallo di temperatura, rimanendo flessibile e resistente a temperature da oltre -180°C a oltre +300°C, e si espande o si contrae a malapena con gli sbalzi di temperatura; è anche rispettoso dell'ambiente (alcune versioni hanno una certificazione Greenguard da Underwriters Laboratories) e non supporta la crescita microbica, rendendolo ideale per applicazioni mediche in ambienti in cui la condensa è un rischio. Il fatto che SOLIMIDE non contenga fibre o tossine lo ha reso attraente, ad esempio per sostituire l'isolamento in fibra degli elettrodomestici e dei sistemi di riscaldamento e ventilazione. Il vantaggio per gli installatori che lavorano con il materiale è che non devono indossare alcun equipaggiamento di sicurezza. Nel 2016 Boyd, che ha rilevato i diritti sulla produzione, ha commercializzato una versione “densificata” del materiale, che fornisce le stesse qualità isolanti a circa la metà del volume. Un'applicazione per questo materiale più denso e più duro è nei sistemi di generazione di azoto criogenico in tutti i grandi aeromobili. Man mano che il carburante si esaurisce, questi sistemi sostituiscono il carburante nei serbatoi con azoto non infiammabile, prevenendo gli incendi. Oltre a SOLIMIDE è stata brevettata una nuova schiuma anch’essa basata sulla chimica della poliimmide e resistente alle alte temperature. Denominata TEEK, può essere spruzzata come riempitivo. Impiegata inizialmente nell'industria navale per l'isolamento dello scafo, ha numerose potenziali applicazioni in altri campi dove si richiede la resistenza al fuoco.

Dall'isolamento superficiale avanzato riutilizzabile e flessibile – AFRSI – che proteggevano lo Space Shuttle al rientro in atmosfera, in grado di resistere a temperature di circa 1100°C per 15 minuti senza bruciare, sono stati derivati, isolanti in grado di resistere a variazioni di temperatura rapide, intense e fluttuanti, vibrazioni e stress gravitazionale oltre che al contatto con contaminanti del motore degli aeromobili, impiegati per sviluppare barriere antincendio per i condotti di scarico del motore degli aerei e per confezionare tute antincendio.

Ma la scienza dei materiali non offre, alla sicurezza antincendio, solamente materiali con migliori caratteristiche di resistenza al fuoco. Non poteva arrivare che dalla Nuova Zelanda, terra in cui ci sono 6 pecore ogni abitante, il materiale filtrante in grado di prolungare la vita del filtro dell'attuale autorespiratore impiegato dalla NASA. In un ambiente così limitato come una nave spaziale potrebbero essere necessarie ore di pulizia dell’aria dal particolato prima che l’atmosfera sia nuovamente respirabile. Oggi sulla Stazione Spaziale e sugli altri veicoli spaziali la maschera è dotata di una cartuccia filtrante con 10 strati di materiali filtranti diversi. Ma nel caso della Orion, il primo veicolo spaziale della NASA che trasporterà un equipaggio dai tempi dello Space Shuttle, lo spazio sarà ancora più ridotto, e gli astronauti potrebbero dover trascorrere più tempo in uno spazio contaminato. Nel maggio 2018 Lanaco, un'azienda neozelandese che sviluppa e produce materiale filtrante in lana, è stata coinvolta nel progetto di un nuovo filtro. il fondatore di Lanaco Nick Davenport e i suoi colleghi avevano notato le proprietà interessanti della lana mentre lavoravano con i polimeri circa un decennio prima. La lana è naturalmente resistente al fuoco e ai batteri e gestisce bene l'acqua.

"Abbiamo analizzato la fibra di lana di centinaia di diversi tipi di pecore e poi abbiamo stabilito un programma di allevamento per concentrarci specificamente sugli attributi di cui avevamo bisogno per realizzare il miglior filtro dell'aria in fibra naturale al mondo per applicazioni respiratorie", afferma Davenport.

Le particelle che volerebbero in giro in caso di incendio in un veicolo spaziale, comprese le goccioline d'acqua utilizzate per spegnere un incendio, sono potenzialmente piccole, calde e pericolose. Come prefiltro, la tecnologia Lanaco consente al filtro principale di funzionare rimuovendo queste gocce e gli altri componenti che potrebbero impedire il funzionamento del filtro principale.

“Abbiamo iniziato a sviluppare alcune delle funzionalità nell'applicazione NASA dei nostri filtri da utilizzare in applicazioni respiratorie critiche", afferma Davenport, la cui azienda ora sta creando filtri per applicazioni antincendio ed emergenza dove sono particolarmente utili le capacità dei filtri Helix di catturare particelle grossolane e calde, filtrare bene in ambienti ad alta umidità e offrire la più bassa resistenza possibile alla respirazione.

Con questo articolo si conclude la carrellata su alcuni spin off dell’esplorazione spaziale nel settore dell’antincendio e ci avviamo alla conclusione, parlando dei nuovi sistemi antincendio allo studio che potranno a loro volta, in futuro ispirare soluzioni per applicazioni più “terra-terra”. Ma per questo vi diamo appuntamento tra due venerdì, per il prossimo numero di TRL7.

Per scaricare questo articolo in versione pdf Clicca QUI

note sull'autore

Gianfranco Rocchi è curatore del digital content marketing di Mozzanica&Mozzanica Srl; con una formazione accademica in storia economica, ha una esperienza di oltre quindici anni nella consulenza aziendale relativamente ai sistemi di gestione aziendale e della salute e sicurezza sul lavoro. È stato inoltre autore di contenuti per la televisione ed il podcasting.

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