Materias primas de los paneles sandwich

Estructura de un panel Sandwich Los Paneles Sandwich están compuestos por tres capas: dos capas metálicas exteriores y un núcleo de espuma aislante. A continuación vamos a hablar más en profundidad de los distintos materiales que pueden componer los paneles así como sus características.

Exterior metálico de los paneles

Para las superficies exteriores se utilizan generalmente hojas finas de alta resistencia que tienen las siguientes características:

Capacidad para plegarse y perfilarse
Resistencia al viento
Impermeabilidad al agua y al vapor
Capacidad de resistir a cargas locales y resistencia estructural
Adecuada resistencia a la corrosión y al fuego

El proveedor suministra las hojas de metal en rollos para que se incorporen fácilmente en un proceso continuo de producción, de forma que se puedan perfilar fácilmente y adaptar a las dimensiones de la línea de producción para ofrecer un precio Panel Sandwich muy ajustado. Estas hojas pueden estar formadas por distintos materiales, entre los que encontramos:

Acero galvanizado

El acero galvanizado que predomina en la producción de la chapa sandwich es un acero estructural denominado S 280 GD (EN 10326), cuya tensión de deformación es de 280 N/mm². Los espesores mínimos recomendados son 0,4 mm para la superficie interior y 0,5 mm para la exterior; sin embargo, los espesores más utilizados varían entre 0,4 y 1,5 mm. Nos encontramos este tipo de material en los paneles teja, cubiertas y fachadas tanto en ambientes industriales y residenciales.

Aluminio

El aluminio se emplea fundamentalmente en Paneles Sandwich para instalaciones que requieren una especial resistencia a la corrosión, como granjas o industrias químicas, o higiénicos, como el almacenamiento de productos alimentarios. El aluminio empleado en estas chapas sandwich es una aleación de aluminio codificada como 3003-3103. El espesor empleado oscila normalmente entre 0,7 y 1,2 mm. Se considera el espesor de 0,7 mm como mínimo para evitar daños, aunque a veces se utiliza también un grosor de 0,6 mm.

Otros materiales

Los Paneles Sandwich que necesitan cumplir con estrictos requisitos higiénicos utilizan acero inoxidable, además de ambientes especialmente agresivos. Las superficies de acero inoxidable permiten obtener revestimientos de calidad con bajo mantenimiento, además de una resistencia a la corrosión inmejorable.

También se utiliza a menudo el cobre, sobre todo para revestimiento de edificios que quieren una estética especial. Su resistencia proviene de la fina capa de óxido que se forma en su exterior, previniendo de otros desgastes, por lo que puede instalarse en ambientes rurales, urbanos o incluso marinos. El color de la chapa sandwich dependerá del tiempo de oxidación, que va oscureciendo el color original con el paso de los años.

La producción de Paneles Sandwich con acero inoxidable y cobre sigue el procedimiento estándar, ya que la adhesión entre estas superficies y el núcleo de espuma es similar al resto de materiales. Para asegurar una unión correcta y duradera, las caras interiores de estas chapas se cubren de una imprimación adecuada, consistente en una pintura especial llamada backcoat, que favorece la adhesión plena del acero inoxidable o el cobre al núcleo de espuma.

Núcleo de espuma interior

Espumas rígidas

Las espumas rígidas que se emplean con mayor frecuencia en la producción de chapa sandwich son poliuretano / poliisocianurato (PUR/PIR) y resina fenólica (PF). Ambos materiales tienen una estructura de célula cerrada, lo que se traduce en una baja inercia térmica. Además, son termoindurecibles puesto que no cambian su forma una vez han sido moldeadas.

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

Las espumas de poliisocianurato (PIR) solo se diferencia de las espumas de poliuretano puro (PUR) en la mezcla de los ingredientes: poliol e isocianato. Mientras que en la espuma PUR esta relación es de 100:100, la espuma PIR presenta una mezcla de 100:150. Esta diferencia ofrece al panel resultante propiedades diferentes, aunque el resto del proceso de producción sea idéntico. Las espumas de PIR presentan más resistencia al fuego: pueden soportar temperaturas superiores a 350°C antes de descomponerse, mientras que las espumas PUR comienzan a descomponerse al alcanzar los 250°C. Esta mejora se obtiene mediante un proceso de fabricación con temperaturas más elevadas, necesarias para que se produzca la reacción química en la espuma PIR, que se traduce en mayores costes de producción.

La estructura del núcleo de espuma consiste principalmente en células cerradas que están separadas entre sí por membranas finas, al contrario que las células abiertas que caracterizan las espumas flexibles. Estas células contienen un agente de expansión que proporciona un excelente aislamiento.

Una vez mezclados los componentes, el líquido resultante empieza a espumar y a expandirse rápidamente. Desde que se mezclan los componentes hasta que la espuma se endurece transcurren entre 3 y 6 minutos, dependiendo del espesor que se desee para la capa. Esta reacción es exotérmica, por lo que se pueden superar incluso los 150°C. Por lo tanto, es necesario almacenar los Paneles Sandwich durante al menos 24 horas para que se enfríen correctamente y se puedan enviar.

Clasificación de las espumas de poliuretano (PUR)

Las espumas de poliuretano pueden clasificarse según su resistencia al fuego, de acuerdo con el método alemán, definido por la norma DIN 4102-1. Siguiendo esta normativa, una espuma de poliuretano con agentes retardantes de la llama se clasifica como B2, mientras que el resto de espumas entran en la clase B3.

La necesidad de dicha clasificación nace de la necesidad de obtener la clasificación alemana, Zulassung, solo disponible para espumas de poliuretano calificadas como B2. Por esta razón, esta norma se acepta ampliamente por los fabricantes de espuma de poliuretano, quienes identifican el material con mayor resistencia al fuego como PUR B2 y una espuma estándar como PUR B3.

También en Francia encontramos una clasificación semejante, Avis Techniques, que clasifica la espuma de poliuretano con mejores propiedades como M2, equivalente al B2 alemán. Como resulta obvio, para obtener esta calificación debe seguir la legislación francesa, que puede diferir de la alemana.

Espuma de resina fenólica (PF)

Como hemos visto anteriormente, las espumas PUR y PIR no ofrecen buena resistencia al fuego. Para instalaciones que requieren de una mayor protección contra el fuego se ha desarrollado la espuma rígida fenólica, que tiene las siguientes características:

Conductividad térmica muy baja
Elevada resistencia al encendido
Tiempos lentos de combustión
Índices muy bajos de emisiones de humos
Emisión de humos invisibles

Esta espuma parte de la resina líquida de formaldehído, que se mezcla con un solvente muy volátil como agente de expansión, y un agente indurecible. La espuma fenólica se produce preferentemente en losas, que se cortan en láminas para montar con las superficies metálicas que integrarán los Paneles Sandwich. Por otra parte, la espuma fenólica es un material que se desmenuza fácilmente, por lo que hay que manejarlo con cuidado. De lo contrario, se puede llegar a un deterioro prematuro por pisadas o manipulaciones violentas.

Propiedades características de las espumas rígidas

Densidad

La densidad de la espuma es un elemento central de los Paneles Sandwich porque es el principal responsable del aislamiento. Además, una mayor densidad supone un mayor coste de producción que también se traduce en un precio Panel Sandwich más elevado.

En PANEL SANDWICH GROUP solemos trabajar con una densidad de 40kg/m³, una cifra que se identifica con un PUR B2, es decir, de alta calidad. Esto nos permite ofrecer los mejores Paneles Sandwich al precio más ajustado, algo que no pueden ofrecer los demás fabricantes.

Aislamiento térmico

Las fugas del calor a través de la espuma rígida en los Paneles Sandwich se debe a un flujo excesivo de energía a través de los gases contenidos en el interior de su estructura celular. La mayor parte de los agentes de expansión tiene un buen poder de absorción térmica, lo que dota de un excelente aislamiento a las chapas sandwich.

Las espumas de poliuretano PUR tienen una conductividad aproximada de 0,020-0,024 W/m°C al salir de la línea de fabricación. Las chapas que protegen el núcleo del panel aumentan la impermeabilidad de los gases del interior de la estructura celular, por lo que el valor anterior puede aumentar hasta 0,024-0,030 W/m°C.

Por supuesto, estas cifras son valores medios de Paneles Sandwich estándar, que pueden aumentarse para construcciones específicas. Además, estos valores pueden degradarse en entornos de mucha humedad, puesto que esta tiene mayor conductividad térmica que el aire seco. De ahí la necesidad de superficies metálicas de máxima calidad, sobre todo en paneles frigoríficos a buen precio, como ofrecemos en PANEL SANDWICH GROUP.

Combustibilidad y otras propiedades relacionadas con posibles incendios

Todas las espumas son combustibles al contar con una base orgánica, si bien su comportamiento ante el fuego puede mejorarse de diferentes maneras: bien por la selección minuciosa de los materiales de inicio, por los procesos de espumado especiales con agentes retardantes o relleno inorgánico… En cualquier caso, los aditivos solo retrasan el proceso de combustión.

El comportamiento de los poliuretanos (PUR) y poliisocianuratos (PIR) frente al fuego es diferente: no se funden sino que forman una capa superficial carbonizada. Estos cambios varían con la calidad del panel; el PUR B3 se descompone a 150-200°C y se convierte en inflamable a 300°C, liberando un humo denso cuando arde. A temperaturas superiores a 600°C, comienzan a desarrollarse gases tóxicos como cianuro de hidrógeno o monóxido de carbono.

La espuma fenólica (PF), por el contrario, tiene una buena reacción ante el fuego, destacando la formación de capa de protección carbonizadas y una emisión reducida de humos. Por esta razón, esta es la espuma rígida que tiene mejor comportamiento en caso de incendio. Esta espuma no se descompone hasta los 250-500°C y combustiona a 530-580°C, formando una capa carbonizada estable.

Estabilidad dimensional

Todas las espumas rígidas pasan por procesos de estabilidad dimensional unidos a cambios de temperatura. Estas modificaciones se producen porque cuando se calienta la espuma aumenta la presión de los gases y se amplían las propias células. Cuando la espuma o la chapa sandwich se enfrían rápidamente ocurre el proceso contrario; es un fenómeno que se debe tener en cuenta porque la estructura de la espuma puede colapsar si se produce una presión negativa.

PANEL SANDWICH GROUP cuenta con una gran experiencia en la fabricación de Paneles Sandwich cubierta, fachada, panel teja y muchas otras chapas sandwich al precio más ajustado del mercado. Esto ha permitido comprobar que la espuma PUR solo ha aumentado sus dimensiones en un 2% ante temperaturas de 80°C y ha disminuido un 1% cuando baja de -20°C.

Estabilidad térmica

Los Paneles Sandwich expuestas a la luz solar directa, especialmente cubiertas como la chapa sandwich imitación teja, deben permanecer estables con temperaturas superiores a 80°C, ya que estos son los valores que se alcanzan cuando la cubierta sandwich es de color oscuro.

El envejecimiento de las espumas PUR mantiene intactas sus propiedades mecánicas en temperaturas considerablemente por encima de 100°C; las espumas PIR permanecen estables a más de 150°C y las resinas fenólicas a más de 130°C.

Materiales inorgánicos

Lana mineral, lana de roca y lana de vidrio

El núcleo de los Paneles Sandwich también puede estar compuesto de losas formadas por fibras inorgánicas, que aportan una resistencia al fuego mayor que las espumas rígidas. Esto permite fabricar mejores chapas sandwich para entornos que necesitan una seguridad especial en caso de incendio, ofreciendo siempre el mejor Panel Sandwich precio m2.

Los núcleos más frecuentes están compuestos por minerales fundidos, como roca, vidrio o escoria de horno; estos dan origen a materiales como lana mineral, lana de roca (o lana de piedra) y lana de vidrio.

En PANEL SANDWICH GROUP trabajamos con panel lana de roca para ofrecer la máxima protección en caso de incendio, ya que su resistencia ante el fuego es excelente y su precio Panel Sandwich realmente ajustado. La lana de roca se produce por la fusión de silicatos, siguiendo el siguiente proceso:

Se ajusta la cantidad necesaria de materia prima para la producción deseada y se introduce en un horno con temperaturas de entre 1.300°C y 1.500°C
La fusión se precipita sobre cilindros giratorios a gran velocidad, donde las gotas se forman en fibras debido a la fuerza centrífuga. Estas hebras se enfrían rápidamente y se recogen en una cinta transportadora
Para unir las fibras se utiliza un agente ligante, en la mayoría de los casos resina fenólica. Según las propiedades finales deseadas, se altera la cantidad de ligante y se añade un aceite para que la lana de roca sea hidrorepelente
La lana de roca es tratada en un horno que alcanza los 200°C, donde el color del ligante adquiere tonalidades grises o marrones
La lana mineral se corta en las dimensiones deseadas y se reciclan los desechos, reduciendo costes de energía
Según el caso, se comprime la lana mineral para reducir volumen y favorecer el transporte; esto es posible gracias a la elevada elasticidad del material

La fibra de vidrio sigue el mismo proceso, aunque en esta ocasión se parte de una fusión de arena de cuarzo, carbonato de socio y cal o vidrio reciclado. También puede seguirse otro método de producción en el que la fusión se prensa o aspira a través de pequeñas boquillas con aire comprimido. De esta manera, la lana de vidrio ofrece propiedades similares a la lana de roca, excepto por un punto de fusión más bajo y mayor cantidad de agente ligante.

Este proceso de producción garantiza la disposición de todas las fibras de forma que las fibras más largas se alinean a lo largo de la cinta transportadora y las más cortas se sitúan con menor orden, lo que aporta a la losa una mayor rigidez.

Como hemos mencionado antes, la lana de roca es el material inorgánico que mayor resistencia al fuego ofrece, además de protección frente a humedades. Por esta razón, en PANEL SANDWICH GROUP es muy utilizada en Paneles Sandwich de cubierta y fachada, ya que sus excelentes características técnicas no se traducen en un precio Panel Sandwich elevado.

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 entornos estándar la absorción de agua es baja y en los Paneles Sandwich, debido a la protección añadida que ofrecen las superficies metálicas, se reduce normalmente a 0,2-0,5%. Además, si se buscan mayor aislamiento puede utilizarse silicona, aceite mineral u otros aditivos. La absorción de agua es menor en la lana de roca que en la lana de vidrio, debido a la estructura interna de los materiales.

Aislamiento térmico

En comparación con las espumas rígidas que tienen una estructura de células cerradas, la conducción térmica del aire en la lana de roca tiene una elevada influencia en el flujo de calor. El 75% del flujo térmico se debe a fenómenos relacionados con la presencia de aire. La conductividad térmica medida en losas de lana mineral es prácticamente constante en el intervalo de densidad de 60 a 150 kg/m³, equivalente a 0,033-0,034 W/m°C.

Combustibilidad y otras propiedades relacionadas con la presencia de posibles incendios

Las lanas minerales con un bajo contenido de ligante orgánico son prácticamente no combustibles. Dado que el contenido de ligante en la lana de vidrio es generalmente superior al 5%, la lana de vidrio no se clasifica generalmente como no combustible. Estas fibras no queman sino que más bien se funden; las fibras de vidrio se funden a 650°C, mientras que las fibras de roca solo a 1.000°C.