La variabilidad de Materiales, Formas y Configuraciones que se utilizan en la construcción de laminados son generalmente la principal causa de los problemas que los afectan. Este es, por ejemplo, el caso de los módulos fotovoltaicos semiflexibles y también el caso de muchas estructuras BRG. Estas estructuras, elaboradas a partir de la combinación de capas de diferentes materiales, son muy sensibles a las tensiones internas que se generan en el interior de las estructuras durante los procesos de laminación.

Este artículo pretende analizar, intentando separar los hilos del ovillo, por qué y cuándo se generan estas tensiones. Nuestro objetivo es avanzar hacia algunas pistas para mitigar o evitar tales tensiones. Estas tensiones son en general las responsables de la durabilidad y consistencia de los laminados, siendo el motor a favor de las principales causas del fallo de las laminaciones, es decir las deslaminaciones de las capas. Muchas estructuras de laminación se basan en:

Algunas consideraciones sobre la combinación de diferentes Materiales:

Es una idea común que combinando diferentes materiales es posible producir nuevos productos con las ventajas añadidas de cada uno de sus elementos individuales. Pero esto no es exactamente cierto. De cara al futuro, es fácil darse cuenta de que se trata de un enfoque simplista y que es necesario tener en cuenta los “detalles diabólicos” (no debemos olvidar que “el diablo siempre está en los detalles”). Los problemas derivados de los detalles no se detectan fácilmente la mayoría de las veces. Estos “detalles sutiles” se subestiman, se pasan por alto y, a veces, se olvidan por completo. Normalmente los notamos más tarde, normalmente cuando el producto está terminado.

 Y lo descrito anteriormente es una situación común en el caso de los laminados, en los que se ensamblan diferentes capas. Es el caso, por ejemplo, de la fabricación de módulos fotovoltaicos semiflexibles. Como se puede ver en la imagen inferior, los diferentes tipos de materiales utilizados para construirlos pueden generar grandes tensiones dentro de la estructura laminada obligándolas a doblarse.

 Algo similar también ocurre con las estructuras BRG. Las estructuras BRG muestran flexión, pero en su caso en menor medida que en los módulos fotovoltaicos semiflexibles. Esto se debe a que las estructuras son más gruesas y están hechas de materiales más rígidos como vidrio y PC. Independientemente del tipo de estructura, la pérdida de planaridad se debe principalmente a las diferencias físicas que existen entre las distintas capas de material.

Las tensiones que fuerzan las deformaciones de la estructura pueden provenir de las tensiones individuales que cada una de las capas puede introducir individualmente, sumadas también a las que pueden generarse durante el montaje por sus diferencias físicas materiales.

 Los tipos de deformaciones habituales de la laminación (alabeos):

Doblar y rizar.

El tipo de deformación más habitual es la flexión de la estructura. Este tipo de deformación se produce por integración de capas, como un compendio de tensiones de capas individuales.

¿Pero, cómo sucede esto?.

Si hay una buena integración entre ellos, las tensiones se reordenan y redistribuyen dentro de la estructura. La capa con mayor coeficiente de dilatación (el PC) tiende a expandirse en el momento en que lo hace la más rígida (el Vidrio), pero no en la misma extensión. Las diferencias de temperatura generan tensiones internas en el interior de la estructura en forma de fuerza perpendicular que hace que la estructura se curve, como se representa en el siguiente dibujo.

¿Por qué sucede esto? ¿De dónde vienen las fuentes de tensiones?

Para entender ¿Por qué ocurre la deformación? y ¿De dónde viene la flexión?

Primero deberíamos echar un vistazo a la estructura y los materiales utilizados para construirlo:

el número de capas y dimensiones de la pila

el tipo de materiales y espesor de cada capa, y

la forma y el orden en que están dispuestos en la pila

Y, en segundo lugar, observe la forma en que están ensamblados. Las condiciones del proceso y cómo estas condiciones podrían afectar a su integración.

Todas las capas, cuando se calientan, sufren diferentes cambios morfológicos e incluso químicos.

Si no hay unión entre las diferentes capas, cada una cambia sus propias dimensiones sin ninguna restricción. Cada capa puede moverse y cambiar libremente sin muchas limitaciones. Los cambios en cada capa dependen de sí mismas, es decir, de sus particulares características físicas y químicas del material.

Durante el proceso de laminación o unión de capas, todas ellas pasan a comportarse como un bloque monolítico heterogéneo de materiales, es decir, como una “única” pieza.

Pero dentro de cada tipo de bloque monolítico, cada una de las capas muestra su “personalidad” y quiere tener “vida propia”. Buscando su libertad, se ve afectado y condicionado por todos los demás del “barrio”. Al final, y dependiendo de cómo se hayan acomodado durante el proceso de montaje, podrán encajar más o menos cómodamente dentro del bloque. Si no están completamente relajados, el bloque podría terminar con una fuerza desequilibrada dentro de la estructura. Esta fuerza en los laminados normalmente se traduce en irregularidades estructurales como flexión, curvatura o deformación. 

Las capas y cómo se ensamblan son las causas de las tensiones de laminación.

Cuando la estructura se somete a altas temperaturas entonces:

Se muestran los diferentes coeficientes de dilatación entre Glass, TPU y PC.

También todas las tensiones internas de cada una de las capas pueden jugar un papel importante.

 ¿Cómo aparecen y cómo pueden verse?

Si no hay adherencia entre las diferentes capas, cada una se extiende de manera diferente cuando las capas se someten a temperatura.

Si hay una buena integración entre ellos, las fuerzas se reordenan y redistribuyen dentro de la estructura, obligando a la estructura a sufrir diferentes tipos de deformaciones..

¿Cuál es el papel de los componentes BRG y cómo contribuyen al Bending?

La capa de vidrio es la más rígida de las tres. Esa es también la capa con el coeficiente de dilatación más bajo de las tres. En consecuencia, es la capa que resiste mejor el estrés térmico. Podría traer tensiones por sí solo dependiendo de su fabricación. Debido a las temperaturas de laminación, es difícil que se agreguen tensiones de laminación a la capa de vidrio.

La capa de TPU transfiere las tensiones del PC al Vidrio “ayudando” al Doblez. Cuanto mayor sea la resistencia del TPU, mejor será la transferencia de tensión. Podría traer tensiones por sí solo, dependiendo de su proceso de fabricación. Durante la laminación se pueden agregar algunas tensiones a la capa de TPU.

La capa de PC, al ser la capa orgánica rígida, es la que “cataliza” las tensiones mecánicas en el interior de la estructura. Esta capa es la que se ve muy afectada por las temperaturas. La capa de PC, con su mayor coeficiente de dilatación, se expande tanto como sea posible sostenida por la capa de Vidrio. Podría proporcionar tensiones por sí solo a la estructura. Durante la laminación pueden añadirse algunas tensiones nuevas.

Esquema de formación de tensiones del laminado durante la laminación.

Cómo te podemos ayudar?

Si está interesado en saber cómo se puede controlar el Flexión, especialmente en el caso de estructuras BRG, puede ponerse en contacto con nosotros. Podemos ayudarle a encontrar respuestas a algunas de sus preguntas. Podemos ayudarle respondiendo preguntas como:

• ¿Cómo se comportan los diferentes tipos de materiales durante el proceso de laminación?
• ¿Qué tan diferentes son y se comportan? ¿Por qué?
• ¿Cómo minimizar sus diferencias?
• ¿Cómo puede ayudarle el TPU a igualar todas estas diferencias?
• ¿Cómo mejorar su adherencia?
• ¿Cómo reducir las tensiones de las estructuras?
• ¿Cómo minimizar la deformación?
• ¿Cómo construir estructuras más fuertes y duraderas?

Trabajemos juntos para alcanzar la excelencia