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Principios de Producción de los Paneles Sandwich


PRINCIPIOS DE PRODUCCIÓN DE LOS PANELES SANDWICH 3 Principios de Producción de los Paneles Sandwich Los fabricantes de manufacturados de espuma de poliuretano generalmente reciben componentes líquidos - poliolos y poliisocianatos - de sus proveedores, y convierten a continuación dichos componentes en poliuretano a través de una reacción química. El proceso se produce en un aparato en el cual, además del poliol y el poliisocianato, se añaden aditivos especiales según una fórmula específica, ofreciendo la mezcla química final deseada. Hoy, existen diferentes técnicas de proceso, a menudo relacionadas con la utilización de diferentes equipamientos. Una de las más usadas para la producción industrial a gran escala, se llama moldeo por inyección y reacción (RIM), y se basa en la utilización de una unidad de espumado a alta presión. A través de este proceso se puede obtener espumas microcelulares, microporosas y, por lo tanto, casi sólidas, en tiempos de ciclos extremadamente contenidos. 3.1 Proceso del moldeo por inyección y reacción (RIM) 3.1.1 Tecnología de dosificación y mezcla Los dos componentes principales, que son poliol, poliisocianato, y todos los aditivos, estabilizadores, retardantes de la llama, pigmentos y similares, que son esenciales para la reacción de espumado, están contenidos en depósitos de almacenamiento y son transferidos justo antes de la producción a contenedores llamados depósitos de alimentación (o depósitos de día). Los depósitos de alimentación están equipados con un eficiente sistema de control de la temperatura, ya que la fluctuación de la temperatura, especialmente de la de los poliolos, tiene como resultado una variación de la viscosidad que, a su vez, puede causar problemas en la sucesiva fase de producción. Por esta razón, los depósitos de alimentación generalmente tienen una estructura de doble pared y están provistos de agitador, y de circuitos de control de la temperatura, capaces de asegurar que la temperatura del proceso deseada se mantenga constante. Bombas de dosificación, suministradas por los depósitos de alimentación, llevan dichos componentes en las proporciones deseadas de los depósitos de día al cabezal de espumado. Esta mezcla después es dispensada por el cabezal de espumado de un molde abierto o en la cavidad de un molde cerrado. Una vez transcurrido el tiempo de reacción, el producto acabado se extrae del molde. En una unidad de espumado de alta presión, antes de cada ciclo de mezcla y llenado, los componentes se hacen recircular continuamente en las proporciones requeridas y a la presión requerida para la inyección, con los actuadores controlados electrónicamente capaces de desviar el flujo del circuito de recirculación al de inyección y después de nuevo al de recirculación (Fig. 3.1). Fig. 3.1: Sistema de mezcla y de recirculación a alta presión - 1- Motor Bomba hidráulica Pistón de dosificación y bomba de recirculación Línea de sumini- stro Molde parte superior Molde parte inferior Espacio intermedio Línea de retorno Línea de retorno Cabezal de mezcla Pistón de dosificación y bomba de recirculación Línea de suministro Salida de agua Entrada de agua Intercambiador de calor POLIOL Depósito de día/ alimentación ISOCIANATO Depósito de día/ alimentación Filtro


3.1.2 Bombas La dosificación de los componentes en las relaciones deseadas debe ser reproducible y debe producirse con un elevado grado de exactitud, a través del uso de las bombas de elevada precisión. Se pueden obtener índices de distribución de 12÷150 litros/min con bombas axiales de pistones, con un bajo índice de ruido (Fig. 3.2). Se nota una notable limitación de las bombas axiales de pistones cuando los líquidos a bombear tienen viscosidades elevadas. Además, es necesario que no haya ningún relleno abrasivo en los componentes líquidos.


Fig. 3.2: Bomba axial de pistones


3.1.3 Cabezal de espumado El equipamiento más importante en una máquina para el moldeo por inyección y reacción es el cabezal de espumado. Téngase presente que el método, extremadamente avanzado, de mezclar los componentes mediante choque a alta presión, ha hecho posibles tiempos de producción muy breves en la producción de las espumas de poliuretano. Las velocidades de los componentes a través de las boquillas de inyección varían de los 100 a los 150 m/s. Los componentes líquidos se inyectan a través de los orificios en la cámara de mezcla, donde se mezclan íntimamente entre ellos por efecto de su energía cinética (Fig. 3.3).


Fig. 3.3: Vista en sección de la cámara de mezcla durante el choque de los componentes


Además, los cabezales de espumado a alta presión están provistos de un sistema de recirculación de los componentes capaz de bloquear la distribución de la mezcla de poliuretano o de sincronizarla con precisión en un proceso de producción discontinuo. Cuando el cabezal de espumado está en la posición de recirculación, los componentes fluyen a los depósitos de alimentación a través de los pequeños conductos que se dejan abiertos por el movimiento del pistón (Fig. 3.4).


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PRINCIPIOS DE PRODUCCIÓN DE LOS PANELES SANDWICH 3 Principios de Producción de los Paneles Sandwich Una vez se retira el pistón, se abre la cámara de mezcla y los componentes chocan unos contra otros. Cuando el pistón de control avanza de nuevo, se interrumpe la mezcla, se restablece la recirculación y se elimina la mezcla de reacción restante. Fig. 3.4: Esquema de un cabezal de espumado de pistón con conductos de recirculación (A: recirculación, limpieza, B: mezcla, a: boquillas de inyección, b: pistón e control y limpieza, c: conductos de recirculación, d: cámara de mezcla). 3.2 Instalaciones de producción Esencialmente, un sistema de producción incluye la máquina para el moldeo por inyección y reacción (depósitos de alimentación, bombas de dosificación/ recirculación, cabezal de espumado, etc.), un molde y, si es necesario, equipamiento añadido. Además, los sistemas de producción de los paneles sandwich se clasifican como continuos o discontinuos (moldeado en molde). 3.2.1 Sistemas de producción discontinuos - Moldeado en molde En el moldeado en molde, el panel se realiza en un molde cerrado cuyas dimensiones son las del panel acabado. Los moldes generalmente tienen una estructura sólida inferior y una tapa de cierre. Además, éstos deben tener una construcción robusta ya que durante la fase de solidificación de la espuma se producen presiones muy elevadas. En la Fig. 3.5 se muestra el molde de radio variable, utilizado para producir el panel Metecno Oyster. Antes del espumado, las superficies de metal (ya perfiladas) se colocan en el molde; la superficie inferior está extendida en el fondo del molde (Fig. 3.6), mientras que la superior se coloca en posición y es sostenida por adecuados soportes laterales. Fig. 3.5: Vista del molde de radio variable Fig. 3.6: Superficie del panel Metecno Oyster extendida del panel Metecno Oyster sobre la estructura inferior del molde - 3- AB b c a d


Después se baja la tapa del molde y se cierra en la estructura inferior. En este momento se pulveriza una cantidad exacta de espuma en la cavidad a través de una boquilla presente en el lado del molde; esta operación requiere sólo unos segundos para completarse (Fig. 3.7)


Fig. 3.7: Molde del panel Metecno Oyster en fase de cierre para el espumado


Una vez completado el espumado, el panel se deja en el molde durante unos 40 minutos, y después puede extraerse y prepararse el molde para la producción del panel sucesivo.


La ventaja de este método es que se pueden producir paneles de forma complicada, se mejora el aspecto exterior de las superficies y se pueden utilizar también materiales de inicio alternativos; el principal inconveniente reside en el hecho de que el proceso es relativamente lento, lo que influye negativamente en el índice de producción.


3.2.2 Sistemas de producción continuos Para producciones a gran escala, se utilizan líneas de espumado continuas automáticas. Los principios base se resumen en la Fig. 3.8.


Fig. 3.8: Esquema de una línea de espumado automática para paneles sandwich


Se obtienen dos hojas de metal, que formarán las superficies del panel, a partir del movimiento en rotación de las llamadas “bobinas” (Fig. 3.9) y pasan a través de los rodillos de moldeado capaces de reproducir el perfil de superficie y los detalles de los bordes (Fig. 3.10).


Fig. 3.9: Sistema de desenrollamiento de bobinas Fig. 3.10: Perfilado de las hojas metálicas


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Perfilado Bobina Calentamiento de las superficies Travesanõ con cabezal de espumado Mezcla de reacción de expansión Prensa de doble cinta Sección de enfriamiento Corte


PRINCIPIOS DE PRODUCCIÓN DE LOS PANELES SANDWICH 3 Principios de Producción de los Paneles Sandwich Después, éstas se calientan a una temperatura de unos ~40°C, que es un prerrequisito para obtener una adhesión óptima de la espuma a las superficies metálicas (Fig. 3.11). Fig. 3.11: Calentamiento de la lámina perfilada La mezcla de reacción, producida por la máquina de espumado a alta presión, se distribuye mediante un movimiento oscilatorio en la superficie inferior, antes de que la hoja entre en la prensa de doble cinta (Fig. 3.12 y 3.13). Fig. 3.12. Esquema de un sistema para la producción continua de paneles (a: depósitos de alimentación (depósitos de día), b: bombas de dosificación, c: cabezal de espumado, d: prensa de doble cinta, e: rollo metálico, f:sistema de corte, M: motor) Fig. 3.13: Inyección de la espuma La prensa de doble cinta es un molde móvil que resiste a las presiones que se desarrollan durante la fase de endurecimiento de la espuma y mantiene las dos superficies a la distancia requerida (Fig. 3.14). Es en la prensa de doble cinta donde la espuma se adhiere a la superficie superior de metal perfilada. En efecto, las espumas PUR y PIR son muy activas en términos de adhesión y se adhieren fuertemente a las superficies con las cuales entran en contacto. - 5- M M AB a b e d e f c


Cuando el panel continuo emerge de la prensa de doble cinta, la espuma está endurecida y puede cortarse a la longitud necesaria con una sierra de cinta.


Cada uno de los paneles se envía a la máquina de apilado (Fig. 3.15), donde se sobreponen en la mejor configuración posible para tener un paquete con una altura aceptable. En general, los paneles de cobertura, que se caracterizan por una superficie exterior fuertemente perfilada, se apilan de manera que su superficie exterior esté en contacto con la superficie exterior de un panel en un lado, y su superficie interior esté en contacto con la superficie interior de otro panel en el lado opuesto (Fig. 3.16).


Fig. 3.14: Prensa de doble cinta Fig. 3.15: Sistema automático de apilado


Fig. 3.16: Configuración de apilado para el panel de cobertura Metecno Glamet


Después, los paneles apilados se embalan para su envío utilizando una película de politeno extensible, que se enrolla alrededor del paquete de paneles con un enrollador giratorio en forma de anillo (Fig. 3.17 y 3.18).


Fig. 3.17: Embalaje de una pila de paneles Fig. 3.18: Paneles embalados preparados para la entrega


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PRINCIPIOS DE PRODUCCIÓN DE LOS PANELES SANDWICH 3 Principios de Producción de los Paneles Sandwich Finalmente, se muestra una representación esquemática de una línea de producción de paneles compuestos espumados en la Fig. 3.19. Fig. 3.19: Representación esquemática de una línea de producción continua de paneles espumados (1: desenrollamiento, 2: moldeado en rodillos, 3: pre-calentamiento, 4: espumado, 5: prensa de doble cinta, 6: corte, 7: embalaje) Esta instalación puede producir aproximadamente 500.000 m2de paneles sandwich en un solo turno a una velocidad media de 6 m/min. Las velocidades de producción varían en general de 2 a 15 m/min; la velocidad de producción depende del espesor final del panel sandwich a producir, ya que cuanto más elevado es el espesor requerido del panel, más rato debe permanecer en el interior de la prensa de doble cinta el mismo panel para una completa adhesión de la espuma, y por lo tanto más baja debe ser la velocidad de la línea de producción. Cuando el material aislante está formado por lana mineral (u otro tipo de resina rígida), el panel compuesto se produce siguiendo esencialmente el mismo proceso utilizado para la producción de espumas de poliuretano y de poliisocianurato. En este caso, una sencilla solución consiste en cortar la losa en tiras (láminas) en ángulos rectos respecto a la orientación de las fibras y que tengan un ancho igual al espesor deseado del panel. Estas tiras después se giran 90 grados de manera que pueden montarse para formar paneles con las fibras orientadas normalmente en las superficies exteriores, como se muestra en la Fig. 3.20 y 3.21. Esta técnica ofrece al panel compuesto las características finales deseadas de resistencia a la compresión y la tensión. En cualquier caso, una nueva técnica hoy en fase de desarrollo y empleo se basa en la utilización de toda la losa de lana mineral como material aislante. Fig. 3.20: Corte de la losa de lana mineral Fig. 3.21: Fase de corte de la losa de lana mineral en láminas en láminas Las láminas de lana mineral se llevan descentradas sobre las superficies metálicas (Fig.3.22 y 3.23). El descentramiento es necesario para no tener los planos de corte de - 7- 7 6 5 4 3 2 1


cada una de las láminas todos en la misma sección transversal del panel, lo que produciría un significativo deterioro de las características de resistencia al corte del mismo panel.


Fig. 3.22: Láminas de lana mineral descentradas Fig. 3.23: Láminas de lana mineral en la fase y llevadas a la fase de pegado de pegado con las superficies metálicas con las superficies metálicas


A continuación las láminas de lana mineral y las superficies se unen con una sustancia adhesiva adecuada, que se elige considerando la composición de los materiales a unir y el proceso de producción.


Se utilizan dos tipos diferentes de adhesivos:


•adhesivos a base de solvente, se aplican en las dos superficies a unir con pulverizadores. Éstos poseen buenas características de adhesión y el tiempo de endurecimiento puede disminuirse un poco más aplicando una ligera presión y un campo de temperatura. Estos adhesivos presentan la ventaja de poderse manejar con sencillez. Su desventaja es que la posición relativa de las capas pegadas no puede corregirse; •adhesivos a base de resina epoxídica o de poliuretano, se obtienen de dos componentes mezclados in situ. Después de un tiempo prefijado, éstos improvisadamente reaccionan y se endurecen rápidamente. La ventaja de estos adhesivos es la posibilidad de corregir la posición de las capas a unir. El inconveniente radica en el hecho que éstas deben mantenerse en la posición elegida bajo presión durante un cierto periodo de tiempo.


La fase de adhesión se realiza en el paso del panel continuo a través de la prensa de doble cinta. Los paneles sandwich producidos de esta manera se caracterizan también por una significativa resistencia al fuego.


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