Princípios de produção de painéis sanduíche
Os fabricantes de produtos de espuma de poliuretano recebem geralmente componentes líquidos – polióis e poliisocianatos – dos seus fornecedores e, em seguida, convertem estes componentes em poliuretano através de uma reação química. O processo decorre num aparelho em que, para além do poliol e do poliisocianato, são adicionados aditivos especiais de acordo com uma fórmula específica, obtendo-se a mistura química final desejada.
Atualmente, existem diferentes técnicas de transformação, muitas vezes associadas à utilização de diferentes equipamentos. Uma das mais utilizadas na produção industrial em grande escala é a chamada moldagem por injeção com reação (RIM), que se baseia na utilização de uma unidade de formação de espuma a alta pressão. Através deste processo, é possível obter espumas microcelulares, microporosas e, por conseguinte, quase sólidas, em tempos de ciclo extremamente curtos.
Processo de Moldagem por Injeção Reactiva (RIM)
Tecnologia de dosagem e mistura
Os dois componentes principais, que são o poliol, o poliisocianato e todos os aditivos, estabilizadores, retardadores de chama, pigmentos e similares, essenciais para a reação de formação de espuma, estão contidos em tanques de armazenamento e são transferidos imediatamente antes da produção para recipientes denominados tanques de alimentação (ou tanques diários). Os tanques de alimentação estão equipados com um sistema de controlo de temperatura eficiente, uma vez que a flutuação de temperatura, especialmente dos polióis, resulta numa variação da viscosidade, que por sua vez pode causar problemas na fase de produção subsequente. Por esta razão, os tanques de alimentação têm geralmente uma estrutura de parede dupla e estão equipados com agitadores e circuitos de controlo de temperatura capazes de assegurar que a temperatura desejada do processo é mantida constante.
As bombas doseadoras, alimentadas pelos tanques de alimentação, fornecem estes componentes nas proporções desejadas dos tanques diários para a cabeça de formação de espuma. Esta mistura é então distribuída através da cabeça de formação de espuma de um molde aberto ou na cavidade de um molde fechado. Depois de decorrido o tempo de reação, o produto acabado é retirado do molde.
Numa unidade de formação de espuma de alta pressão, antes de cada ciclo de mistura e enchimento, os componentes são continuamente recirculados nas proporções e à pressão necessárias para a injeção, com os actuadores controlados eletronicamente capazes de desviar o fluxo do circuito de recirculação para o circuito de injeção e depois de novo para o circuito de recirculação.
Bombas
A dosagem dos componentes nas proporções desejadas deve ser reprodutível e deve ser efectuada com um elevado grau de precisão através da utilização de bombas de alta precisão. Com bombas de pistão axial, é possível obter taxas de distribuição de 12÷150 litros/minuto, com um baixo nível de ruído. Uma limitação notável das bombas de pistão axial é notada quando os líquidos a serem bombeados têm viscosidades elevadas. Além disso, os componentes líquidos não devem conter cargas abrasivas.
Cabeça de espuma
O equipamento mais importante de uma máquina de moldagem por injeção e reação é a cabeça de formação de espuma. De notar que o método extremamente avançado de mistura dos componentes por choque a alta pressão tornou possível tempos de produção muito curtos na produção de espumas de poliuretano. As velocidades dos componentes através dos bicos de injeção variam de 100 a 150 m/s. Os componentes líquidos são injectados através dos orifícios na câmara de mistura, onde se misturam intimamente uns com os outros devido à sua energia cinética.
Além disso, as cabeças de espumação de alta pressão estão equipadas com um sistema de recirculação de componentes capaz de bloquear a distribuição da mistura de poliuretano ou de a sincronizar com precisão num processo de produção descontínuo. Quando a cabeça de formação de espuma está na posição de recirculação, os componentes fluem para os tanques de alimentação através das pequenas condutas que são deixadas abertas pelo movimento do pistão.
Quando o pistão é retirado, a câmara de mistura abre-se e os componentes colidem uns com os outros.
Quando o pistão de controlo avança novamente, a mistura é interrompida, a recirculação é restabelecida e a mistura de reação restante é removida.
Instalações de produção
Essencialmente, um sistema de produção inclui a máquina de moldagem por injeção e de reação (tanques de alimentação, bombas de dosagem/recirculação, cabeça de formação de espuma, etc.), um molde e, se necessário, equipamento adicional. Além disso, os sistemas de produção de painéis em sanduíche são classificados como contínuos ou descontínuos (no molde).
Sistemas de produção descontínua – Moldagem no molde
Na moldagem em molde, o painel é fabricado num molde fechado cujas dimensões são as do painel acabado. Os moldes têm geralmente uma estrutura de fundo sólida e uma tampa de fecho. Além disso, devem ter uma construção robusta, uma vez que ocorrem pressões muito elevadas durante a fase de solidificação da espuma.
Antes da espumação, as superfícies metálicas (já perfiladas) são colocadas no molde; a superfície inferior é espalhada no fundo do molde, enquanto a superfície superior é colocada em posição e apoiada por suportes laterais adequados.
A tampa do molde é então baixada e fechada sobre a estrutura inferior. Nesta altura, uma quantidade exacta de espuma é pulverizada na cavidade através de um bocal situado na parte lateral do molde; esta operação requer apenas alguns segundos.
Uma vez concluída a formação de espuma, o painel é deixado no molde durante cerca de 40 minutos e, em seguida, o molde pode ser retirado e preparado para a produção do painel seguinte.
A vantagem deste método é que podem ser produzidos painéis com formas complicadas, o aspeto exterior das superfícies é melhorado e podem também ser utilizados materiais de base alternativos; a principal desvantagem reside no facto de o processo ser relativamente lento, o que tem uma influência negativa na taxa de produção.
Sistemas de produção contínua
Para a produção em grande escala, são utilizadas linhas automáticas de espumação contínua. Duas folhas de metal, que formarão as superfícies do painel, são obtidas a partir do movimento rotativo das chamadas “bobinas” e passam pelos rolos de moldagem capazes de reproduzir o perfil da superfície e os detalhes dos bordos.
Estas são depois aquecidas a uma temperatura de ~40°C, o que é um pré-requisito para uma adesão óptima da espuma às superfícies metálicas. A mistura de reação, produzida pela máquina de espumação de alta pressão, é distribuída por um movimento oscilante na superfície inferior, antes de a folha entrar na prensa de correia dupla.
A prensa de correia dupla é um molde móvel que suporta as pressões que se desenvolvem durante a fase de endurecimento da espuma e mantém as duas superfícies à distância necessária (Fig. 3.14). É na prensa de correia dupla que a espuma é aderida à superfície superior metálica perfilada. De facto, as espumas PUR e PIR são muito activas em termos de aderência e aderem fortemente às superfícies com que entram em contacto.
Quando o painel contínuo sai da prensa de banda dupla, a espuma está endurecida e pode ser cortada no comprimento desejado com uma serra de fita.
Cada um dos painéis é enviado para a máquina de empilhamento (Fig. 3.15), onde são empilhados na melhor configuração possível, de modo a obter uma embalagem com uma altura aceitável.
Em geral, os painéis de cobertura, que se caracterizam por uma superfície exterior fortemente perfilada, são empilhados de modo a que a sua superfície exterior esteja em contacto com a superfície exterior de um painel de um lado e a sua superfície interior esteja em contacto com a superfície interior de outro painel do lado oposto.
Os painéis empilhados são depois embalados para expedição utilizando uma película extensível de polietileno, que é enrolada à volta do feixe de painéis com um enrolador de anéis rotativo.
Esta instalação pode produzir aproximadamente 500.000 m2 de painéis sanduíche num único turno a uma velocidade média de 6 m/min.
As velocidades de produção variam, em geral, de 2 a 15 m/min; a velocidade de produção depende da espessura final do painel sanduíche a produzir, uma vez que quanto maior for a espessura exigida do painel, mais tempo o próprio painel deve permanecer no interior da prensa de correia dupla para uma adesão completa da espuma e, por conseguinte, menor deve ser a velocidade da linha de produção.
Quando o material de isolamento é constituído por lã mineral (ou outra resina rígida), o painel compósito é produzido essencialmente pelo mesmo processo utilizado para a produção de espumas de poliuretano e de poliisocianurato. Neste caso, uma solução simples consiste em cortar a placa em tiras (folhas) perpendiculares à orientação das fibras e com uma largura igual à espessura desejada do painel. Estas tiras são depois rodadas a 90 graus, de modo a poderem ser montadas para formar painéis com as fibras orientadas normalmente nas superfícies exteriores, como se mostra nas Fig. 3.20 e 3.21. Esta técnica confere ao painel compósito as características finais desejadas de resistência à compressão e à tração. Em todo o caso, uma nova técnica atualmente em desenvolvimento e utilizada baseia-se na utilização de toda a laje de lã mineral como material isolante.
As lâminas de lã mineral estão desgastadas nas superfícies metálicas. O desvio é necessário para que os planos de corte das folhas individuais não fiquem todos na mesma secção transversal do painel, o que resultaria numa deterioração significativa das características de resistência ao corte do próprio painel.
As placas de lã mineral e as superfícies são depois coladas com uma substância adesiva adequada, que é escolhida em função da composição dos materiais a colar e do processo de produção.
São utilizados dois tipos diferentes de colas:
As colas à base de solventes são aplicadas nas duas superfícies a colar por pulverização. Têm boas características de aderência e o tempo de cura pode ser ainda mais reduzido através da aplicação de uma ligeira pressão e de uma gama de temperaturas. Estas colas têm a vantagem de serem fáceis de manusear. A sua desvantagem é que a posição relativa das camadas coladas não pode ser corrigida;
As colas à base de resina epóxi ou poliuretano são obtidas a partir de dois componentes misturados no local. Após um tempo pré-definido, reagem de forma improvisada e endurecem rapidamente. A vantagem destes adesivos é a possibilidade de corrigir a posição das camadas a colar. A desvantagem reside no facto de terem de ser mantidos na posição escolhida sob pressão durante um determinado período de tempo.
A fase de colagem tem lugar durante a passagem do painel contínuo através da prensa de correia dupla. Os painéis sanduíche produzidos desta forma também se caracterizam por uma resistência significativa ao fogo.
