Valores de prueba normalizados para aplicaciones de alta tecnología

La espuma de resina de melamina Basotect de Basf AG Ludwigshafen (Alemania) es un material relativamente joven si lo comparamos con las espumas de poliuretano y poliestireno, y cuenta con una gama de propiedades extraordinarias. Se trata de un material ignífugo, resistente a altas temperaturas, que mantiene su elasticidad a baja temperatura, extremadamente ligero, con amortiguación de sonido, aislamiento térmico a altas y bajas temperaturas, absorción de líquidos y susceptible al moldeado térmico. Estas características han hecho posible numerosas aplicaciones, tanto ya establecidas como potenciales, de Basotect en tierra, agua y aire.

La espuma de resina de melamina se ha utilizado durante muchos años en la construcción de edificios para proteger a las personas o a los productos del ruido, el calor y el frío. Los elementos de absorción decorativos pueden mejorar de forma visible y calculable la acústica de una habitación. El material cuenta con una absorción del sonido en las gamas de frecuencia media y alta. Su comportamiento de absorción a frecuencias bajas puede mejorarse a través de la impregnación y/o de revestimientos acústicos en forma de materiales no trenzados, tejidos y chapas.

Además, el ligero peso del material permite un gran ahorro de energía en las aplicaciones de transporte, así como su transporte marítimo a los fabricantes de espumas y a sus clientes en todo el mundo. Las ventajas ecológicas y económicas de su aplicación en el sector de la ingeniería aérea son considerables. Por lo tanto, esta espuma supone una importante contribución a la conservación de los recursos.

La documentación técnica de muchas espumas termoplásticas indica unos límites de aplicación de temperatura que no están basados en criterios de prueba de temperatura/tiempo comprobables ni normalizados.

Los valores límite ofrecidos no suelen estar respaldados por pruebas y parecen demasiado elevados. La norma internacional EN ISO 2578 especifica los principios y procedimientos necesarios para evaluar las propiedades de resistencia térmica de los plásticos expuestos a elevadas temperaturas durante largos periodos de tiempo. El término ‘propiedades de resistencia térmica’ en este caso se refiere a las pruebas realizadas en el aire sin tensiones externas.

Según la norma EN ISO 2578, el envejecimiento térmico de los plásticos radica únicamente en la alteración de ciertas propiedades provocada por un periodo de exposición a temperaturas elevadas. Estas propiedades siempre se calculan cuando la temperatura se ha enfriado hasta llegar a la temperatura ambiente. La norma se basa en el supuesto de que existe una relación lineal entre el logaritmo del tiempo de exposición hasta que se altera una propiedad y su proceso recíproco de la temperatura asociada (relación de Arrhenius).

Para ello, es necesario determinar las alteraciones de las propiedades a tres temperaturas diferentes. Las propiedades mecánicas y acústicas del material que nos ocupa tienen una especial relevancia para las aplicaciones a altas temperaturas del sector del transporte.

Como propiedad mecánica, se eligió la deformación bajo carga de compresión de acuerdo con la norma ISO 3386-2, porque es un parámetro convencional para caracterizar a las espumas e indica el estado de envejecimiento del material. La característica de la deformación bajo carga por compresión fue el esfuerzo de compresión en el cuarto ciclo de carga a una compresión del 40 por ciento. La alteración producida tras el envejecimiento térmico se determinó a 23ºC y con un 50 por ciento de humedad relativa en función del tiempo de exposición.

Puesto que la composición química de Basotect supone que no se anticipa un envejecimiento térmico rápido a temperaturas inferiores a 200ºC, las pruebas se realizaron a unas temperaturas de exposición de 220, 250 y 280º C. Para los ensayos de deformación bajo carga por compresión, se utilizaron especimenes de ensayo con las siguientes medidas: 100 mm x 100 mm x 50 mm. Fue suficiente realizar 14 series de pruebas a cada temperatura para registrar la variación de tiempo de deformación bajo carga por compresión. Puesto que se considera aconsejable utilizar cinco especimenes de ensayo para los ensayos no destructivos, se precisaron 210 pruebas para determinar el valor límite a una temperatura determinada.

El valor límite es el cambio de la deformación bajo carga por compresión al 50 por ciento del valor inicial a una temperatura de exposición determinada. El tiempo transcurrido para que este valor límite se alcance se define como el ‘tiempo de fallo’.

Los tiempos de fallo se representan como una función de la temperatura de exposición al calor recíproca absoluta en el diagrama de resistencia térmica. El punto de intersección entre las líneas de regresión principales y el límite temporal especificado produce el índice de temperatura deseado.

El coeficiente de absorción de sonido de las muestras después de su exposición al calor también se determinó de acuerdo a la norma ISO 10534, y se comparó con el de las muestras de referencia no tratadas, tras su adecuación a condiciones climáticas estándar. Las muestras de ensayo utilizadas para realizar estas pruebas tenían unas medidas de diámetro de 100 y 30 mm y un grosor de 20mm.

Con un índice de temperatura de 200º C (5.000 h) determinado de acuerdo a la norma, Basotect ofrece un rendimiento bueno sometido a altas temperaturas y se coloca a la vanguardia de los materiales orgánicos disponibles en el mercado. Es idóneo para su utilización en el sector del transporte, ya que cuenta con una densidad baja y proporciona un aislamiento térmico alto. Para otras aplicaciones de resistencia a altas temperaturas, como los materiales de aislamiento para la tecnología solar, se determinó un índice de temperatura de 180ºC como criterio de fallo elegido, de acuerdo con lo estipulado en la norma EN ISO 2578. En este caso, además de ofrecer estabilidad térmica a largo plazo también es importante un aislamiento térmico óptimo. En el caso de los colectores solares en particular, el elemento absorbente absorbe la mayor parte de la gama espectral de la luz después de pasar a través de la placa de vidrio. Para evitar que se desaproveche el calor desprendido, los colectores planos deben ser calorífugos. En este campo de aplicación avanzada y por lo tanto en plena expansión, la conductividad térmica baja de la espuma, inferior a 0,035 W (m k), juega un papel importante, así como el hecho de que el material solo esté disponible en formatos de grandes placas preformadas que se pueden cortar fácilmente a medida con un cuchillo.

Definiciones

Índice de temperatura (IT): la temperatura en grados ºC tomada de la curva de temperatura/tiempo, que se asocia a un tiempo de ensayo determinado (normalmente 20.000 horas).

Diagrama de Resistencia Térmica (Diagrama de Arrehenius): trazado logarítmico del tiempo de fallo de un ensayo de envejecimiento de calor respecto a la temperatura de ensayo absoluta recíproca.

Valor límite: el porcentaje del valor inicial de una propiedad probada, que al alcanzarse finaliza el ensayo de envejecimiento (se suele fijar un cambio del 50% como valor límite).

Tiempo de fallo del espécimen de ensayo: el tiempo medido en horas a una temperatura de envejecimiento térmico determinada para que se produzca un fallo en un ensayo de fallo, o el valor límite de una propiedad determinada.