ES2261231T5

ES2261231T5 - Perfiles de material sintetico de camara maciza o hueca, en especial para perfiles compuestos.

Info

Publication number: ES2261231T5
Application number: ES00956430T
Authority: ES
Inventors: Wilfried Ensinger
Original assignee: Ensinger Kunststofftechnologie GbR
Current assignee: Ensinger Kunststofftechnologie GbR
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2010-07-19
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: EP1242709B2; AU6837600A; CA2395496C; DK1242709T4; EP1242709A1; CA2395496A1; PL355653A1; WO2001048346A1; DE50012939D1; ATE329121T1; PT1242709E; EP1242709B1; US20030035910A1; ES2261231T3; PL203869B1; US6803083B2; DK1242709T3; DE19962964A1

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;

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.

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.

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

TABLA I

1

\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)

2

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

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.