Absolwent Wydziału Mechanicznego w ramach programu „doktorat wdrożeniowy” opracował innowacyjny materiał kompozytowy chroniący konstrukcje aluminiowe w przypadku pożaru.
Dr inż. Konrad Sodol, konstruktor w firmie Hydro Building Systems Poland, swoją interdyscyplinarną pracę doktorską wykonał pod opieką naukowców z Politechniki Łódzkiej i specjalisty z firmy. Nowy kompozyt wdrożono w aluminiowych fasadach przeciwpożarowych, które obecnie przechodzą proces certyfikacji i staną się przedmiotem ogólnoświatowej oferty firmy.
Doktorat dotyczył opracowania i wdrożenia technologii nowego kompozytu hybrydowego o właściwościach chłodząco-izolujących na potrzeby aluminiowych konstrukcji przeciwpożarowych. Był to projekt interdyscyplinarny, a formuła współpracy z przemysłem wymagała niecodziennego układu promotorsko-opiekuńczego. Promotorami z Politechniki Łódzkie byli prof. Łukasz Kaczmarek specjalista z inżynierii materiałowej oraz dr hab. inż. Jacek Szer, prof. PŁ ekspert z prawa budowlanego oraz bezpieczeństwa pożarowego i katastrof budowlanych. Opiekunem ze strony przedsiębiorstwa został mgr inż. Dariusz Tyszkowski, menedżer działu Badawczo - Rozwojowego Hydro Building Systems Poland, z prawie 30-letnim stażem, specjalista w zakresie konstrukcji ślusarki aluminiowej.
Dr inż. Konrad Sodol mówi o pracy nad doktoratem i uzyskanych wynikach.
Jednym z „bohaterów” doktoratu jest pożar, dlaczego?
Pożar należy do największych zagrożeń w czasie wojny i w czasie pokoju. Zapewnienie bezpieczeństwa przeciwpożarowego jest priorytetem w projektowaniu budynków. Zgodnie z wymogami prawa budowlanego, w zależności od przeznaczenia budynku oraz jego parametrów, dopasowywane są wszelkie systemy chroniące przed pożarem. Mogą być to zarówno rozwiązania aktywne, jak i bierne. Należy przewidzieć wiele scenariuszy tak, aby zapewnić bezpieczną ewakuację ludzi i sprawną akcję gaśniczą służb straży pożarnej w przypadku pojawienia się ognia.
Do najważniejszych systemów biernej ochrony przeciwpożarowej należą grodzie przeciwpożarowe: fasady, ściany działowe, drzwi, okna czy dachy. Ich głównym zadaniem, oprócz zachowania wymagań konstrukcyjnych oraz funkcjonalnych jest zapewnienie izolacyjności oraz szczelności ogniowej.
I w tym momencie pojawia się główny aktor, czyli kompozyt chroniący aluminium…
Konstrukcje nośne wspomnianych produktów są wykonywane z aluminium. Jest to metal bardzo przyjazny inżynierom, z powodu niskiej wagi i stosunkowo wysokiej wytrzymałości. Dodatkowo można nadać mu praktycznie nieograniczone kształty.
Temperatura topnienia stopów aluminium (około 650°C) jest znacznie niższa od temperatury pożaru (nawet do 945°C), dlatego konieczne jest stosowanie dodatkowych materiałów chroniących konstrukcję nośną. I właśnie taki kompozyt został opracowany w ramach projektu.
Najważniejszą cechą tego innowacyjnego materiału jest jego inteligentne działanie. Pochłania on ciepło pożaru, które aktywuje jego zdolność do ochładzania konstrukcji, na którą działa ogień. Dzięki temu, nie musimy obawiać się zawodności systemu na skutek przerw w dostawie prądu czy też błędu ludzkiego.
Jakie spektakularne wyniki osiągnięto i gdzie przewidywane jest wdrożenie?
W praktyce, opracowany został pasywny system chroniący nośną konstrukcję aluminiową. Projekt podzielono na dwa obszary wpływu – naukowy oraz społeczno-gospodarczy.
Odwołując się do pierwszej części, chcę podkreślić, że opracowany materiał ma znacznie większą wytrzymałość, np. jest ok. 2,8 razy wytrzymalszy od typowego betonu wykorzystywanego na fundamenty, a jego zdolność do chłodzenia konstrukcji jest wyższa o blisko 180 proc. od materiałów dostępnych na rynku. Materiał bazuje na zjawiskach i związkach chemicznych wcześniej niewykorzystywanych w inżynierii przeciwpożarowej - wobec czego jest niezawodny.
W części drugiej skupiłem się na analizie złóż i zasobów: naturalnych, syntetycznych oraz antropogenicznych oraz ich wpływu na środowisko. Jej celem było opracowanie kilku receptur równoważnych, a jednocześnie odporniejszych na zerwanie łańcuchów dostaw. Co więcej, receptura materiału pozwala wykorzystać ponad 20 proc. materiałów odpadowych z innych gałęzi gospodarki, można także poddać go recyklingowi i użyć ponownie w produkcji, dzięki czemu nasze działania mają pozytywny wpływ, zarówno na bezpieczeństwo, jak i środowisko.
Przeprowadzone badania potwierdziły skuteczność opracowanej technologii. Uzyskano wyższą klasę odporności ogniowej fasady – 60 minut, zamiast 30-minutowej. Pozwoliło to na zgłoszenie dwóch wniosków patentowych.
Nowy kompozyt wdrożono w aluminiowych fasadach przeciwpożarowych, które obecnie przechodzą proces certyfikacji i staną się przedmiotem ogólnoświatowej oferty firmy. Ponadto wyniki projektu zostały zaprezentowane w Łodzi na PACTT – Science Business Innovation Expo 2022 i spotkały się z wielkim uznaniem.
Partnerem przemysłowym w tym projekcie była firma Hydro Building Systems Poland. Proszę przybliżyć jej działalność.
Firma należy do grupy Norsk Hydro, która jest jednym z największych na świecie producentów aluminium. Charakteryzuje ją pełny łańcuch produkcyjny: począwszy od wydobycia rudy glinu (boksytu), przez jej rafinację, przeróbkę, kończąc na recyklingu metalu pokonsumenckiego.
Hydro Building Systems Poland zajmuje się tworzeniem i badaniem budowlanych systemów aluminiowej ślusarki otworowej dla takich marek jak Wicona, Technal, czy Sapa.
Główny nacisk całej grupy to opracowywanie produktów z myślą o ich cyklu życia w obiegu zamkniętym. Dążymy do tego, aby móc w przyszłości ponownie przetworzyć nasze drzwi, okna czy fasady. Troska o klimat, a co za tym idzie, wpływ naszych działań na społeczeństwo jest wpisane w nasze DNA projektowania. Staramy się popularyzować etyczne i zrównoważone zasady produkcji oraz eksploatacji. Wierzymy, że konieczne jest aktywne działania w kierunku redukcji emisji gazów cieplarnianych m.in. przez stosowanie bezpiecznych materiałów niskoemisyjnych.
Jak ocenia Pan pracę nad wdrożeniowym doktoratem?
Będąc absolwentem kierunku mechanika i budowa maszyn na Wydziale Mechanicznego, Politechniki Łódzkiej posiadałem ogólną wiedzę inżynierską, jednak w trakcie doktoratu poznałem nowe metodyki i procedury badawcze, spotkałem świetnych ludzi i wysokich klasy specjalistów z różnych dziedzin. Miałem wsparcie merytoryczne ze strony przedsiębiorstwa i promotorów. Główną dziedziną projektu była inżynieria materiałowa, dlatego badania cieplne, strukturalne, fizyko-chemiczne wykonywałem w Instytucie Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej. Specjalistyczną część badań z zakresu inżynierii lądowej została przeprowadzona w katedrze Fizyki Materiałów Budowlanych i Budownictwa Zrównoważonego Politechniki Łódzkiej, zaś badania ogniowe pełnoskalowych elementów fasadowych zostały przeprowadzone w Laboratorium Badań Ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej w Pionkach. Dzięki temu postawione cele zostały osiągnięte, a co najważniejsze – uzyskane wyniki zostały wdrożone w przemyśle i pozwoliły mi uzyskać stopień doktora nauk technicznych.
