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Material Primas de los Paneles Sandwich

Los Paneles Sandwich representan una avanzada respuesta a las exigencias de la construcción moderna, constituidos por tres secciones esenciales: dos láminas metálicas que los delimitan y un núcleo central de material aislante. Abordaremos en detalle los distintos componentes y sus atributos inherentes.

Revestimientos metálicos de los paneles

Panel Lana de Roca acústico

Las láminas exteriores son comúnmente fabricadas a partir de hojas metálicas de alta calidad y durabilidad, que presentan las siguientes propiedades esenciales:

  • Flexibilidad para su conformado y perfilado.
  • Alta resistencia a impactos eólicos.
  • Impermeabilidad frente a agua y vapores.
  • Sostenibilidad frente a cargas puntuales y resistencia estructural.
  • Óptima resistencia contra la corrosión y el fuego.

Estas hojas se suministran en bobinas, facilitando su integración en un proceso productivo continuo, lo que permite adaptarlas eficientemente a las dimensiones de la línea de producción y, a su vez, mantener un precio competitivo para el Panel Sandwich. Dependiendo de la aplicación y necesidad, pueden estar constituidas por diversos materiales, tales como:

Acero galvanizado

El acero galvanizado es predominante en la fabricación del revestimiento sandwich, específicamente el tipo estructural S 280 GD (EN 10326) con una tensión de deformación de 280 N/mm^2. Aunque los grosores mínimos sugeridos son 0,4 mm para la lámina interna y 0,5 mm para la externa, es común encontrar espesores entre 0,4 y 1,5 mm. Este material es omnipresente en paneles diseñados para tejados, cubiertas y fachadas, tanto en contextos industriales como residenciales.

Aluminio

El aluminio se destina principalmente a Paneles Sandwich en instalaciones que demandan alta resistencia a la corrosión, como en entornos agropecuarios o industrias químicas, así como en contextos higiénicos, como el almacenamiento de alimentos. La aleación utilizada se clasifica como 3003-3103, y los espesores habituales varían entre 0,7 y 1,2 mm. Aunque 0,7 mm se establece como el mínimo para prevenir deterioros, ocasionalmente se puede emplear un espesor de 0,6 mm.

Otros materiales

En entornos que exigen rigurosos estándares higiénicos o enfrentan condiciones agresivas, los Paneles Sandwich incorporan acero inoxidable. Estas superficies de acero inoxidable proporcionan revestimientos de alta calidad con mínima necesidad de mantenimiento y resistencia a la corrosión superior.

El cobre es otra elección popular, en especial para edificaciones que buscan un impacto estético singular. Su resistencia se deriva de una fina capa de óxido en su superficie, que actúa como barrera contra el desgaste, permitiendo su instalación en zonas rurales, urbanas e incluso marinas. La tonalidad del revestimiento cambia gradualmente debido a la oxidación, oscureciendo su color inicial con el transcurso del tiempo.

Al producir Paneles Sandwich con acero inoxidable o cobre, se sigue el protocolo estándar, ya que la adhesión entre estas superficies y el núcleo aislante es equiparable al de otros materiales. Para garantizar una adherencia óptima y duradera, las superficies internas de estas láminas reciben una imprimación especial, un tipo de pintura denominada backcoat, que mejora la adhesión del metal al núcleo aislante.

Núcleo de espuma interior

Espumas rígidas

En el ámbito de la fabricación de paneles sándwich, las espumas rígidas de mayor uso son el poliuretano y el poliisocianurato (PUR/PIR), junto con la resina fenólica (PF). Estos materiales se caracterizan por poseer una estructura celular cerrada, lo que confiere propiedades destacadas en términos de resistencia térmica. Adicionalmente, su naturaleza termoindurecible garantiza que, una vez moldeados, no alterarán su forma inicial. Esta precisión técnica y confiabilidad en sus características son esenciales para garantizar la máxima eficacia en el sector de la construcción.

Poliuretano / Poliisocianurato (PUR/PIR)

Las espumas de poliuretano y poliisocianurato se componen principalmente de los siguientes elementos:

  • Poliol
  • Isocianato
  • Un agente de expansión
  • Un activador para controlar la reacción

Los paneles elaborados a partir de espumas de poliisocianurato (PIR) difieren sutilmente de aquellos fabricados con espumas de poliuretano puro (PUR), y esta diferencia radica en la proporción de los ingredientes primarios: poliol e isocianato. En la espuma PUR, la relación es equilibrada con una proporción de 100:100; sin embargo, para la espuma PIR, la mezcla asciende a 100:150. Esta variación confiere al panel propiedades distintivas, pese a que el grueso del proceso de producción sea análogo. Es notable mencionar que las espumas de PIR ostentan una superior resistencia al fuego, resistiendo temperaturas que exceden los 350°C previo a su descomposición. En contraposición, las espumas PUR inician su proceso de descomposición al aproximarse a los 250°C. Este incremento en resistencia se logra mediante un proceso de manufactura a temperaturas elevadas, esenciales para la reacción química en la espuma PIR, lo cual conlleva un aumento en los costes de producción.

El núcleo de la espuma se caracteriza por estar compuesto principalmente de células cerradas, separadas entre sí por finas membranas, a diferencia de las células abiertas que predominan en las espumas flexibles. Estas células encapsulan un agente expansivo, resultando en un aislamiento térmico óptimo.

Tras la combinación de los componentes, la solución resultante comienza a espumarse y expandirse de manera vertiginosa. El período desde que se integran los componentes hasta que la espuma se solidifica oscila entre 3 y 6 minutos, dependiendo del grosor deseado para el panel. Dicha reacción es de naturaleza exotérmica, alcanzando temperaturas que pueden superar los 150°C. Por ende, es imperativo permitir un periodo de reposo de al menos 24 horas a los Paneles Sandwich, garantizando su correcto enfriamiento antes de ser distribuidos.

espuma aislante de poliuretano
Núcleo aislante de poliestireno
Clasificación de las Espumas de Poliuretano (PUR) según Normativas de Seguridad contra Incendios

La espuma de poliuretano (PUR) se somete a rigurosas pruebas de resistencia al fuego, conforme a las normativas internacionales. Una de las más reconocidas en este ámbito es la DIN 4102-1, establecida en Alemania. Según este estándar, una espuma de poliuretano que ha sido tratada con agentes retardantes de la llama recibe la categorización de B2. Por otro lado, las espumas que no cuentan con estos tratamientos son asignadas a la categoría B3.

Este sistema de clasificación surge de la necesidad de alcanzar el reconocimiento de Zulassung en territorio alemán, exclusivamente otorgado a las espumas catalogadas bajo el sello B2. Esta distinción es ampliamente reconocida y adoptada por productores de espumas de poliuretano a nivel mundial. En este sentido, la espuma con mayor resistencia al fuego se etiqueta como PUR B2, mientras que la versión estándar se conoce como PUR B3.

En Francia, existe una normativa paralela, conocida como Avis Techniques. Bajo este estándar, la espuma de poliuretano de alta resistencia se clasifica como M2, análoga al B2 de la normativa alemana. Es esencial mencionar que para conseguir tal calificación, es imprescindible adherirse a los protocolos y regulaciones francesas, que pueden variar respecto a las alemanas.

Características de la Espuma a Base de Resina Fenólica (PF)

A diferencia de las espumas PUR y PIR, que presentan limitaciones en su resistencia al fuego, se ha innovado en el desarrollo de la espuma rígida fenólica. Esta variedad, derivada de la resina líquida de formaldehído, se destaca por sus atributos de seguridad, tales como:

  • Conductividad térmica notablemente baja.
  • Resistencia superior al encendido.
  • Retardo considerable en la combustión.
  • Emisiones mínimas de humo.
  • Producción de humos prácticamente invisibles.

Para su fabricación, se combina la resina con un agente expansor altamente volátil y un endurecedor. En su formato final, la espuma fenólica se presenta comúnmente en bloques, que luego se segmentan en láminas. Estas se fusionan a estructuras metálicas para conformar los Paneles Sandwich. Cabe resaltar que, debido a su consistencia, la espuma fenólica es propensa a desmoronarse. Por ello, es esencial manipularla con delicadeza y precaución para evitar su deterioro, especialmente ante impactos o manejo brusco.

Características esenciales de las espumas rígidas

Densidad

La densidad es una variable fundamental en los Paneles Sandwich, ya que tiene una influencia directa sobre las capacidades aislantes del material. Una densidad mayor conlleva, lógicamente, un incremento en los costes de producción, lo que se refleja en un precio final superior del panel.

En Panel Sandwich Group, normalmente empleamos materiales con una densidad de 40kg/m3, que corresponden a un estándar PUR B2, reconocido por su alta calidad. Esta especificación nos distingue, permitiéndonos proporcionar Paneles Sandwich de excelencia a un precio competitivo, algo que no todos los fabricantes pueden garantizar.

Aislamiento térmico

El flujo excesivo de energía a través de las espumas rígidas en los Paneles Sandwich, causado principalmente por los gases en su estructura celular, es el principal causante de la pérdida de calor. La mayoría de los agentes expansores poseen una eficiente capacidad de retención térmica, otorgando un aislamiento superior a estos paneles.

Las espumas de poliuretano PUR presentan una conductividad en torno a 0,020-0,024 W/m°C al finalizar su producción. Las láminas que resguardan el núcleo del panel mejoran la retención de gases, elevando dicho valor hasta aproximadamente 0,024-0,030 W/m°C.

Es vital señalar que estos datos representan medias en Paneles Sandwich estándar. Estos pueden adaptarse para proyectos específicos y varían en ambientes de alta humedad, dado que la humedad tiene una mayor conductividad térmica que el aire seco. Por ello, enfatizamos la importancia de materiales de alta calidad, en especial para paneles frigoríficos, como los que ofrecemos en Panel Sandwich Group.

Combustibilidad y otros factores asociados a incendios

Las espumas, por su composición orgánica, son intrínsecamente combustibles. No obstante, su reacción al fuego puede optimizarse mediante la elección adecuada de materias primas, procesos de espumado especializados y aditivos retardantes. Estos aditivos, sin embargo, sólo aplazan el proceso de combustión.

Los poliuretanos (PUR) y poliisocianuratos (PIR) reaccionan al fuego de forma particular: no se derriten, sino que generan una capa carbonizada. La calidad del panel influye en esta respuesta; por ejemplo, el PUR B3 comienza a descomponerse entre 150-200°C y se vuelve inflamable al alcanzar los 300°C, liberando humo denso en su combustión. A temperaturas superiores a 600°C, se generan gases peligrosos como cianuro de hidrógeno o monóxido de carbono.

Por su parte, la espuma fenólica (PF) tiene una notable resistencia al fuego, generando capas carbonizadas protectoras y emitiendo menos humo. Su descomposición se sitúa entre los 250-500°C y comienza su combustión entre 530-580°C.

Estabilidad dimensional

La estabilidad dimensional de las espumas rígidas es susceptible a variaciones térmicas. Cuando la espuma se calienta, los gases en su interior incrementan su presión, expandiendo las células. El efecto contrario ocurre al enfriarse rápidamente. Este comportamiento es crucial, ya que un desequilibrio en las presiones puede provocar el colapso de la estructura de la espuma.

Con años de experiencia, en Panel Sandwich Group hemos observado que la espuma PUR modifica sus dimensiones en un 2% al enfrentar temperaturas de 80°C y se contrae un 1% bajo -20°C.

Estabilidad térmica

Es esencial que los Paneles Sandwich, especialmente aquellos expuestos a la luz solar directa, mantengan su integridad a temperaturas superiores a 80°C, dado que es el rango que alcanzan las cubiertas de color oscuro.

Las espumas PUR conservan sus propiedades incluso a temperaturas superiores a 100°C; las espumas PIR resisten más de 150°C y las resinas fenólicas soportan más de 130°C.

Materiales Inorgánicos

Lana Mineral, Lana de Roca y Lana de Vidrio

El núcleo esencial de los Paneles Sandwich puede estar constituido por láminas elaboradas con fibras inorgánicas, brindando una superior resistencia al fuego en comparación con las espumas rígidas. Este beneficio asegura la fabricación de chapas sandwich de alta calidad, ideales para espacios que requieren de estrictas medidas de seguridad contra incendios, siempre manteniendo una óptima relación calidad-precio por metro cuadrado.

Los materiales primordiales en estos núcleos derivan de minerales fusionados, tales como roca, vidrio o escoria de horno, resultando en la lana mineral, lana de roca (también conocida como lana de piedra) y la lana de vidrio.

En PANEL SANDWICH GROUP nos hemos especializado en trabajar con la lana de roca para brindar inigualable protección contra incendios. Esto se debe a que presenta una excepcional resistencia ante el fuego y mantiene un precio competitivo. La lana de roca se obtiene mediante la fusión de silicatos en un proceso meticuloso:

  1. Se determina la cantidad exacta de materia prima necesaria para la producción y se introduce en un horno con temperaturas que oscilan entre 1.300°C y 1.500°C.
  2. La sustancia fundida se vierte sobre cilindros rotativos de alta velocidad, donde se transforma en fibras por la acción de la fuerza centrífuga. Estas fibras se enfrían con rapidez y son acumuladas en una cinta transportadora.
  3. Para cohesionar las fibras, se utiliza un agente ligante, generalmente resina fenólica. Dependiendo de las características finales deseadas, se ajusta la proporción del ligante y se añade un aceite para conferir propiedades hidrorepelentes a la lana de roca.
  4. Posteriormente, la lana de roca es procesada en un horno que llega hasta los 200°C, dando al ligante tonos grises o marrones.
  5. Se corta la lana mineral según las dimensiones especificadas y los residuos son reciclados, optimizando el consumo energético.
  6. Dependiendo de la necesidad, la lana mineral puede ser comprimida para reducir su volumen y facilitar su transporte, aprovechando la alta elasticidad del material.

El proceso de producción para la fibra de vidrio es similar, pero parte de una fusión de arena de cuarzo, carbonato de sodio y cal o vidrio reciclado. Existe otra técnica donde la fusión se extruye o se aspira a través de finas boquillas con aire a presión. Esto hace que la lana de vidrio posea características análogas a la lana de roca, con la diferencia de un punto de fusión inferior y un mayor contenido de agente ligante.

Esta metodología de producción asegura una óptima alineación de las fibras más largas en la cinta transportadora, mientras que las más cortas se disponen con una orientación más aleatoria, confiriendo mayor rigidez al conjunto.

Como se destacó anteriormente, la lana de roca es el material inorgánico con mayor resistencia al fuego y también ofrece una excelente protección contra la humedad. Por estos motivos, en Panel Sandwich Group la implementamos frecuentemente en paneles sandwich destinados a cubiertas y fachadas, aprovechando sus destacadas características técnicas a un precio competitivo.

Núcleo de Lana de Roca

Propiedades características de las lanas minerales

Densidad

La densidad de los Paneles Sandwich de lana de roca es muy superior a la de las espumas orgánicas, este tipo de núcleo oscila entre 90 y 145 kg/m3. Es decir, es dos y tres veces más densa que las espumas rígidas.

Propiedades mecánicas

La capacidad elástica de las lanas minerales desaparece cuando la adhesión entre las fibras cede. La resistencia a compresión en la orientación de las fibras varía entre 0,005 y 0,08 N/nm2. La correspondiente tensión es más baja, entre 0,001 y 0,01 N/nm2.

La resistencia a corte varía de 0,03 a 0,20 N/nm2 y el correspondiente módulo de corte varía de 2 a 20 N/nm2. La resistencia a tensión oscila entre 0,03 y 1,0 N/nm2, mientras que el módulo correspondiente de elasticidad se sitúa entre 5 y 40 N/nm2. La resistencia a compresión varía en el intervalo 0,10-0,15 N/nm2 y su módulo de elasticidad entre 6 y 20 N/nm2.

Absorción de agua

En condiciones ambientales estándar, la capacidad de absorción de agua en los Paneles Sandwich es notablemente baja, registrando valores entre 0,2 y 0,5%. Esta eficiencia se atribuye a la barrera protectora proporcionada por sus superficies metálicas. Para aquellos proyectos que requieran niveles aún más elevados de impermeabilidad, es viable el uso de selladores como silicona o la incorporación de aditivos como el aceite mineral. Cabe destacar que, entre los materiales de relleno, la lana de roca tiene una menor propensión a la absorción de agua en comparación con la lana de vidrio, una característica definida en gran medida por la morfología interna de estos componentes.

Aislamiento térmico

Al contrastar con espumas rígidas, que poseen una configuración de células herméticas, la conductividad térmica del aire en el interior de la lana de roca juega un papel preponderante en el traspaso de calor. Específicamente, hasta el 75% del flujo térmico está influenciado por el comportamiento del aire dentro del material. Las pruebas de conductividad térmica realizadas en láminas de lana mineral han demostrado que, en un rango de densidad que oscila entre 60 y 150 kg/m3, los valores se mantienen consistentemente entre 0,033 y 0,034 W/m°C.

Combustibilidad y factores asociados a la resistencia al fuego

Las lanas minerales, caracterizadas por su reducido contenido de agente ligante orgánico, son predominantemente incombustibles. Sin embargo, es esencial mencionar que debido a que la proporción de ligante en la lana de vidrio suele superar el 5%, esta no se clasifica rigurosamente como incombustible. Estas fibras, al exponerse a elevadas temperaturas, no se incendian sino que tienden a fundirse. A modo de referencia, las fibras de vidrio alcanzan su punto de fusión alrededor de los 650°C, mientras que las fibras de roca resisten hasta aproximadamente 1.000°C.