ES2261231T5 - Perfiles de material sintetico de camara maciza o hueca, en especial para perfiles compuestos. - Google Patents
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Abstract
Perfil de material sintético de cámara maciza o hueca, en especial para cargas de tracción, flexión y/o presión, caracterizado por una capa superficial de un primer material sintético compacto, no poroso, y una región de núcleo con una estructura celular de poros finos y celdas cerradas de un segundo material sintético, en donde la estructura celular en la región de núcleo presenta un tamaño de celda medio dentro de un margen de entre 0, 005 y 0, 15 mm.
Description
Perfiles de material sintético de cámara maciza
o hueca, en especial para perfiles compuestos.
La invención se refiere a perfiles de material
sintético de cámara maciza o hueca, en especial para absorber cargas
de tracción, flexión y/o presión, como los que se usan en especial
como almas aislantes en perfiles compuestos de piezas perfiladas
metálicas.
Los perfiles conocidos de esta clase se conocen
por ejemplo del documento DE 32 03 631 A1 o del documento DE 38 01
564 A1 y sirven de perfiles de protección calorífuga entre piezas
perfiladas metálicas, y se componen de material sintético altamente
resistente con malas características de conducción térmica, por
ejemplo de una poliamida reforzada con fibra de vidrio. Estos
perfiles compuestos se usan sobre todo para la fabricación de
elementos de ventanas o fachadas.
Estos perfiles compuestos y de este modo también
los perfiles de cámara maciza o hueca de material sintético están
sometidos a considerables acciones, por ejemplo cargas por viento,
cargas verticales, provocadas en especial por el propio peso de un
acristalamiento y que sobre todo provocan diferencias de temperatura
entre la pieza perfilada metálica dispuesta exteriormente y la
dispuesta interiormente del perfil compuesto. Cuanto menos se
modifique el material sintético de los perfiles aislantes sometidos
a la influencia climática, es decir, temperatura y humedad del
aire, menores serán las tensiones de ello resultantes en el punto de
costura del perfil de material sintético y metálico.
Hasta ahora se ha intentado influir
favorablemente en el comportamiento de extensión de los materiales
sintéticos con mayores grados de ingredientes de relleno del
material sintético, en especial utilizando ingredientes de refuerzo
y relleno minerales, en especial fibras de vidrio, es decir, reducir
sus coeficientes de extensión.
Sin embargo, unos mayores grados de relleno
conducen al mismo tiempo a una serie de inconvenientes. Aparte de
los mayores costes de materias primas y del mayor peso de los
perfiles aislantes, se producen problemas en a la elaboración de la
materia prima, en especial en cuanto a desgaste y productividad. Los
materiales sintéticos reforzados con fibras de vidrio pueden
presentar, después de la extrusión y rigidización, anisotropías
indeseadas, tensiones propias, una ductilidad que se reduce
intensamente y sobre todo, de nuevo, una mayor conductividad térmica
que el material sintético puro.
Conforme al documento DE 38 01 564 A1 se intenta
reducir la conductividad térmica del perfil aislante mediante la
incorporación de pequeñas esferas huecas de vidrio. Esta tecnología
encuentra sin embargo muy rápidamente sus límites y, en cuanto a
los requisitos más duros con respecto al ahorro de energía por parte
del legislador y el fabricante de perfiles compuestos, esta
tecnología no es ya adecuada para todos los casos. Un perfil del
género expuesto se indica también mediante el documento
JP-A-03240515.
La misión de la invención consiste en
perfeccionar el perfil de cámara maciza o hueca citado al comienzo,
de tal modo que se reduzcan todo lo posible los inconvenientes
descritos anteriormente.
Esta misión es resuelta por las combinación de
características de la reivindicación 1 o de la reivindicación
12.
La estructura celular de la región de núcleo se
elige con celdas cerradas, de tal modo que se dispone de una
multitud de volúmenes gaseosos aislantes en el perfil de material
sintético. De este modo se obtiene una óptima resistencia al paso
de calor. Las características de poros finos y celdas cerradas de la
región de núcleo son también importantes desde el punto de vista de
que las características mecánicas no se reducen en paralelo a la
reducción de la densidad, sino que se mantienen en gran medida.
Los perfiles conforme a la invención pueden
fabricarse análogamente a los procedimientos descritos en el
documento DE 32 03 631 C2 y el documento DE 195 10 944 C1. El
núcleo de poros finos se obtiene con ello mediante espumado del
segundo material sintético por medio de agentes conocidos para esto,
como p.ej. CO_{2} líquido, nitrógeno o azodicarbonamida.
Mediante la limitación del primer material
sintético compacto, no poroso, a la configuración de una capa
superficial del perfil de material sintético y a la utilización de
una región de núcleo con una estructura celular de poros finos se
obtiene en total una considerable reducción de la conductividad
térmica del perfil. La reducción de la conductividad térmica debe
atribuirse fundamentalmente a la reducción de densidad o a las
inclusiones de gas en la región de núcleo. Ésta produce
paralelamente a esto un menor peso del perfil y conduce a ahorros
considerables en materia prima para la producción del perfil de
material sintético. Los posibles ahorros en materia prima
comportan, según el grosor de pared de la(s) capa(s)
superficial(es) y el caso aplicativo, hasta el 60%. En el
caso de las mismas dimensiones del perfil se llega, con sólo unas
reducidas pérdidas en el caso del factor de rigidez (rigidez a la
flexión transversal), a unos pesos por metro considerablemente
reducidos.
Frente a perfiles usuales, con el mismo peso por
metro, el grosor de perfil puede dimensionarse más grande, con lo
que se producen rigideces o resistencias a la flexión
considerablemente mayores del perfil de material sintético. De
forma sorpresiva se obtienen por ejemplo factores dobles de rigidez
transversal con un grosor de pared sólo aumentado de forma
insignificante, y esto es en especial el resultado de la utilización
de estructuras de poros finos en la región de núcleo, cuyas
características mecánicas no presentan ninguna relación lineal con
la densidad, como es familiar en estructuras celulares vaciadas por
espumado, de poros grandes.
Para conseguir características mecánicas
óptimas, en especial resistencia, se presta atención a que la
porosidad o la estructura de celda sea uniforme fundamentalmente en
toda la sección transversal de la región de núcleo. Es
especialmente importante mantener el tamaño de celda dentro de un
margen prefijado, por ejemplo dentro del recomendado más adelante,
para evitar la sección transversal de celdas más gruesas en puntos
específicos.
En el caso de los perfiles de cámara hueca con
capa superficial interior de material sintético compacto se
prefiere configurar la estructura del perfil de tal modo, que la
región de núcleo con su estructura de celda esté completamente
confinada por la capa superficial y la capa superficial interior que
define la cámara hueca o las cámaras huecas.
De forma preferida se configuran aquí la capa
superficial, la región de núcleo y la capa superficial interior al
menos en regiones parciales del perfil como estructura sándwich, en
la que la capa superficial, la capa superficial interior y la
región de núcleo confinada entremedio forman fundamentalmente capas
dispuestas paralelamente unas con relación a otras.
Los materiales sintéticos primero, segundo y
tercero utilizados para producir los perfiles conforme a la
invención pueden ser iguales o diferentes y pueden contener
ingredientes de refuerzo, ingredientes de relleno, modificadores
y/o materiales suplementarios. En el caso de los ingredientes de
refuerzo se usan fibras cortas, largas y/o sinfín, en especial
fibras de vidrio, carbono, aramida o naturales. Como ingredientes de
relleno son apropiadas esferas de vidrio, esferas huecas de vidrio,
wollastonita, mica y nanopartículas.
Dentro del grupo de los modificadores están
modificadores de resistencia contra golpes, estabilizadores de calor
UV, sustancias con conductividad, formadores de gérmenes, agentes de
acoplamiento, etc..
En el caso de perfiles que presenten una brida
conformada, que se instale mediante una ranura correspondiente de
los perfiles metálicos de un perfil compuesto de protección
calorífuga, se recomienda dotar la brida sobre su superficie, al
menos por regiones, de un recubrimiento de poros finos, por ejemplo
mediante coextrusión. Por medio de esto la brida puede producirse
con unas medidas algo inferiores con respecto a la ranura que la
aloja del perfil metálico correspondiente, y las paredes de ranura
pueden apretarse sobre la brida mediante una operación de moleteado
y deformar el recubrimiento de poros finos. De este modo se obtiene
una unión positiva de forma especialmente buena entre la brida del
perfil y la ranura del perfil metálico.
El tamaño de celda medio de la estructura
celular de la región de núcleo debería estar situado en un margen
de entre 0,005 y 0,1 mm (diámetro), con preferencia en un margen de
entre 0,02 y 0,05 mm. En estos márgenes se produce un ahorro másico
y una obtención de características mecánicas óptimos.
La densidad del material en la región de núcleo
puede reducirse con relación a la densidad de la materia prima hasta
aprox. el 60%.
Los materiales sintéticos, que entran en
consideración para la producción de los perfiles conforme a la
invención, van desde materiales sintéticos termoplásticos,
duroplásticos hasta elastoméricos o mezclas.
Normalmente se utilizará la misma materia prima
para el primer, el segundo y dado el caso el tercer material
sintético, con lo que mediante una dirección adecuada del
procedimiento puede conseguirse que se obtenga la capa superficial
compacta casi automáticamente y no sea imprescindible recurrir a un
procedimiento de coextrusión, aparte de la región de núcleo porosa,
para la formación de la capa superficial compacta.
En casos especiales la región de núcleo del
perfil conforme a la invención se produce con un segundo material
sintético, que se diferencia del material sintético de la capa
superficial (primer material sintético). Esto abre entonces la
posibilidad de que se utilice un material sintético de ato valor
para la formación de la capa superficial, mientras que en la región
de núcleo puede utilizarse un material sintético económicamente
bastante más favorable. Lo mismo es aplicable al tercer material
sintético.
Los perfiles conforme a la invención se recubren
para fines aplicativos especiales, sobre la superficie,
completamente o al menos por regiones con imprimaciones, barnices
adhesivos y/o barnices conductores. De este modo los perfiles
conforme a la invención pueden prepararse con procedimientos de
post-tratamiento como el procedimiento de barnizado
en húmedo con polvo o de anodizado.
La finalidad aplicativa de los perfiles conforme
a la invención son en especial perfiles de protección calorífuga en
el caso de producción de perfiles compuestos de
metal-material sintético.
El objeto de la invención son por último
perfiles compuestos protegidos contra el calor, en especial para la
producción de ventanas, puertas, fachadas, etc. con un perfil
metálico interior y otro exterior, que se unen a través de al menos
un perfil de material sintético conforme a la invención, como se ha
descrito anteriormente, y se mantienen a una distancia prefijada uno
con respecto al otro.
A continuación se explican con más detalles
éstas y otras ventajas de la invención, con base en los dibujos.
Aquí muestran en detalle:
La figura 1: una vista esquemática en corte a
través de un primer perfil de material sintético conforme a la
inven-
ción;
ción;
la figura 2: una vista esquemática en corte a
través de otra forma de ejecución de un perfil de material sintético
conforme a la invención;
la figura 3: una vista esquemática en corte a
través de un perfil de material sintético de cámara hueca conforme a
la invención;
la figura 4: una vista esquemática en corte a
través de otra variante de un perfil de material sintético de cámara
hueca conforme a la invención;
la figura 5: una vista esquemática en corte a
través de una variante del perfil hueco conforme a la invención,
conforme a la figura 4; y
la figura 6: una vista esquemática en corte a
través de una variante del perfil macizo conforme a la invención,
conforme a la figura 2.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 muestra un perfil macizo de material
sintético dotado en conjunto del símbolo de referencia 10 con una
capa superficial 12 de un primer material sintético compacto, no
poroso, y una región de núcleo 14 de un segundo material sintético
de poros finos con una estructura celular cerrada.
El propio perfil se compone, según se mira en
sección transversal, de un alma 16 y una brida 18, que presenta una
sección transversal en forma trapezoidal.
La brida 18 está configurada de tal modo que
puede alojarse en una ranura configurada de forma complementaria de
una pieza perfilada metálica, que forma una parte de un perfil
compuesto. El perfil 10 presentará usualmente, en su forma más
sencilla dispuesta simétricamente con relación a la brida mostrada
18, una brida adicional, de tal modo que pueden mantenerse
distanciados dos piezas perfiladas metálicas sobre el perfil 10 y
unirse entre sí.
En el ejemplo de ejecución mostrado en la figura
1 el grosor s1 de la región de núcleo es de 1,76 mm (medidos sobre
el alma 16) y el espesor de pared s_{2} de la capa superficial 12
es aproximadamente igual sobre todo el perfil 10, es decir, tanto
en la región de alma 16 como en la región de brida 18, y es por
ejemplo de 0,12 mm.
Como consecuencia de esto la región de núcleo 14
de poros finos y celdas cerradas llega hasta dentro de la estructura
trapezoidal de la brida 18.
Esto confiere al perfil, en especial también en
su región de brida 18, una ductilidad especial, lo que tiene un
efecto positivo en el caso de rebordeado de la ranura de la pieza
perfilada metálica que aloja la brida 18, por medio de que las
regiones de perfil metálico moleteadas pueden apretarse más
fácilmente en el material de la brida 18 y, de este modo, puede
establecerse más fácilmente una unión positiva de forma entre la
pieza perfilada metálica y la brida 18 del
perfil 10.
perfil 10.
Con una estructura así del perfil 10 puede
conseguirse, con respecto a un perfil macizo del mismo material que
la capa superficial 12, una notable reducción de peso con una
reducción de rigidez en cualquier caso insignifi-
cante.
cante.
De los valores de diferentes parámetros
mecánicos relacionados en las Tablas I y II pueden deducirse en
detalle las ventajas especiales de la estructura conforme a la
invención de los perfiles huecos. Los valores son válidos para un
perfil macizo conforme a la fig. 1, producido con poliamida 66 con
un contenido de fibras de vidrio cortas del 25% en peso. El perfil
comparativo presenta las mismas dimensiones exteriores, pero está
estructurado de forma pasante con el material sintético compacto,
no poroso, que la capa superficial 12 del perfil 10 conforme a la
invención. Los valores indicados son válidos para perfiles con
humedad equilibrada (23°C y 50% de humedad del aire).
El tamaño de poro de las celdas en la región de
núcleo de los perfiles conforme a la invención está situado dentro
de un margen de aprox. 0,02 a 0,05 mm.
El factor de rigidez transversal se indica por
cada mm de altura de alma h, el peso por metro para un alma con
aprox. 20 mm de altura de alma h.
Para formar la región de núcleo se ha utilizado
CO_{2} líquido.
\newpage
La Tabla I muestra gráficamente que, en el caso
del perfil conforme a la invención, puede obtenerse una reducción
de peso del 28% sin que sufra con ello notablemente la rigidez
transversal. Sólo se observa una caída del 6,8%.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La Tabla II muestra con base en los ejemplos 2 a
4 que, en el caso de un aumento insignificante (en lugar de 2,00 mm
: 2,50 mm) del grosor total, con el perfil conforme a la invención
puede conseguirse un aumento considerable del factor de rigidez
transversal (> 100%), en donde el perfil sigue presentando un
menor peso por metro en comparación con el perfil usual del ejemplo
comparativo.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
La figura 2 muestra una variante del ejemplo de
ejecución en la figura 1, en donde aquí se presenta un perfil 20
que, aparte de una capa superficial 22, presenta una región de
núcleo 24 estructurada con poros finos y de celdas cerradas.
También aquí se trata de un llamado material macizo, en donde frente
a la forma de ejecución de la figura 1 la región de núcleo se
extiende sólo hasta dentro de la región del alma 26, pero no hasta
dentro de la región de brida 28. La reducción de peso que se
observa en el caso de este perfil no es del todo tan grande como la
de la figura 1, y la ductilidad mejorada en la región de brida 28 no
procede aquí tampoco en comparación con el perfil conforme a la
figura 1.
La figura 3 muestra un perfil de material
sintético de cámara hueca 30 conforme a la invención con una capa
superficial 32 compacta y una región de núcleo 34 de poros finos y
celdas cerradas. La cavidad del perfil hueco 30 está dividida por
un alma 36, en donde la región de núcleo 34 se extiende hasta dentro
del alma 36. Evidentemente la región de núcleo no forma la
superficie interior 38 del perfil hueco, sino que ésta está formada
por un material compacto del primer material sintético, al igual que
la capa superficial 32 (exterior). Por medio de esto se produce en
regiones parciales del perfil una especie de estructura sándwich con
capa superficial 32 exterior dispuesta paralelamente, capa de región
de núcleo 34 y capa superficial 38 interior.
También aquí el perfil presenta de nuevo una
región de alma 40, a la que se conecta una brida 42 por el extremo
libre.
Una variante del perfil de cámara hueca
representado en la figura 3 está disponible en la forma de ejecución
de la figura 4, en la que el perfil 44 está formado por una capa
superficial 46 de un material sintético compacto no poroso y una
región de núcleo 48 de poros finos y celdas cerradas, que limita
ahora directamente con la cavidad del perfil hueco 44. Esta cavidad
está dividida a su vez por un alma interior 50 que, en el caso de
esta forma de ejecución, está producida enteramente con el material
de la región de núcleo 48.
La figura 5 representa una variante de la forma
de ejecución de la figura 4, en donde el perfil 52 conforme a la
invención, de forma similar al perfil 30 de la figura 3, presenta la
región de núcleo 54 enmarcado entre la capa superficial 56 no
porosa exterior, compacta, y una capa superficial 58 interior
compacta. La región de núcleo 54 se extiende, como en la figura 4,
en la región de la brida 59. también aquí están disponibles
estructuras tipo sándwich en regiones parciales, como se ha descrito
con relación a la figura 3.
La figura 3 muestra por último un perfil 60
conforme a la invención con una capa superficial 62 y una región de
núcleo 64, en donde la estructura del perfil se divide en un alma 66
y una brida 68. La región de núcleo de poros finos no se extiende
aquí en la región de la brida 68. La mayor ductilidad que se produce
en el caso de estas formas de ejecución (véase p.ej. la forma de
ejecución de la figura 1), puede conseguirse también en el caso de
esta variante, por medio de que sobre una región superficial de la
capa superficial 62, que forma parte de la brida 68, se prevé un
recubrimiento 70 de poros finos. Aquí se obtienen ventajas similares
a las descritas con relación a la figura 1.
Claims (23)
1. Perfil de material sintético de cámara maciza
o hueca, en especial para cargas de tracción, flexión y/o presión,
caracterizado por una capa superficial de un primer material
sintético compacto, no poroso, y una región de núcleo con una
estructura celular de poros finos y celdas cerradas de un segundo
material sintético, en donde la estructura celular en la región de
núcleo presenta un tamaño de celda medio dentro de un margen de
entre 0,005 y 0,15 mm.
2. Perfil según la reivindicación 1,
caracterizado porque el perfil presenta varias cámaras
huecas.
3. Perfil según una de las reivindicaciones 1 ó
2, caracterizado porque los materiales sintéticos primero y/o
segundo contienen ingredientes de refuerzo, ingredientes de relleno,
modificadores y/o materiales suplementarios.
4. Perfil según una de las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque los materiales sintéticos primero y
segundo son del mismo tipo.
5. Perfil según una de las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque el perfil presenta una o varias
bridas conformadas, que presentan sobre su superficie, al menos por
regiones, un recubrimiento de poros finos.
6. Perfil según una de las reivindicaciones 1 a
5, caracterizado porque el tamaño medio de celda de la
estructura de celdas en la región de núcleo está situado, como
promedio, dentro de un margen de 0,02 a 0,05 mm (diámetro).
7. Perfil según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la densidad del material que
forma la región de núcleo se ha reducido con relación a su material
de partida hasta aprox. el 60%.
8. Perfil según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque los materiales sintéticos
primero y segundo son un material sintético termoplástico,
duroplástico o elastomérico o mezclas de éstos.
9. Perfil según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la superficie de los
perfiles está recubierta, completamente o por regiones, con
imprimaciones, barnices adhesivos y/o barnices conductores.
10. Uso de un perfil conforme a una de las
reivindicaciones 1 a 9 como perfil de protección calorífuga para la
producción de perfiles compuestos.
11. Perfil compuesto protegido contra el calor,
en especial para la producción de ventanas, puertas, partes de
fachadas, o similares, con un perfil metálico interior y otro
exterior, que se unen a través de al menos un perfil conforme a una
de las reivindicaciones 1 a 9, y se mantienen a una distancia
prefijada uno con respecto al otro.
12. Perfil compuesto protegido contra el calor,
en especial para la producción de ventanas, puertas, partes de
fachadas, o similares, con un perfil metálico interior y otro
exterior, que se unen a través de al menos un perfil de material
sintético y se mantienen a una distancia prefijada uno con respecto
al otro, en donde el perfil de material sintético está configurado
como un perfil de material sintético de cámara hueca,
caracterizado por una capa superficial de un primer material
sintético compacto, no poroso, y una región de núcleo con una
estructura celular de poros finos y celdas cerradas de un segundo
material sintético, y una capa superficial interna, que define la
cámara hueca, a base de un tercer material sintético compacto y no
poroso.
13. Perfil según la reivindicación 12,
caracterizado porque la región de núcleo está encerrada por
completo por la capa superficial y la capa superficial interna que
define la cámara hueca.
14. Perfil según la reivindicación 12 ó 13,
caracterizado porque la capa superficial, la región de núcleo
y la capa superficial interna forman, al menos en zonas parciales
del perfil, una estructura de sándwich.
15. Perfil según una de las reivindicaciones 12
a 14, caracterizado porque el perfil presenta varias cámaras
huecas.
16. Perfil según una de las reivindicaciones 12
a 15, caracterizado porque los materiales sintéticos primero,
segundo y/o tercero contienen ingredientes de refuerzo, ingredientes
de relleno, modificadores y/o materiales suplementarios.
17. Perfil según una de las reivindicaciones 12
a 16, caracterizado porque de los materiales sintéticos
primero, segundo y tercero al menos dos son del mismo tipo.
18. Perfil según una de las reivindicaciones 12
a 17, caracterizado porque el perfil de material sintético
presenta una o varias bridas conformadas, que presentan sobre su
superficie, al menos por regiones, un recubrimiento de poros
finos.
19. Perfil según una de las reivindicaciones 12
a 18, caracterizado porque el tamaño medio de celda de la
estructura de celdas en la región de núcleo está situado, como
promedio, dentro de un margen de 0,02 a 0,05 mm (diámetro).
20. Perfil según una de las reivindicaciones 12
a 19, caracterizado porque la densidad del material que forma
la región de núcleo se ha reducido con relación a su material de
partida hasta aprox. el 60%.
21. Perfil según una de las reivindicaciones 12
a 20, caracterizado porque los materiales sintéticos primero,
segundo y tercero son un material sintético termoplástico,
duroplástico o elastomérico o mezclas de éstos.
22. Perfil según una de las reivindicaciones 12
a 21, caracterizado porque el tercer material sintético de la
superficie interna y el primer material sintético utilizado en la
capa superficial son iguales.
23. Perfil según una de las reivindicaciones 12
a 22, caracterizado porque la superficie de los perfiles está
recubierta, completamente o por regiones, con imprimaciones,
barnices adhesivos y/o barnices conductores.
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