BR112013026042B1 - método de fabricação de painel de parede - Google Patents

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Abstract

MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DE PARÂMETROS ESTRUTURAIS DE PAINÉIS DE CONSTRUÇÃO COMPOSTOS. Um método de determinação de propriedades de papel de face de todos os tipos de painel de parede incluindo prover um valor de resistência de núcleo do painel de parede, determinando um valor de tração de prego necessário baseado nas especificações de painel de parede e calculando um valor de rigidez de papel de face baseado no valor de resistência de núcleo provido e o valor de tração de prego determinado. O método inclui exibir o valor de rigidez de papel de face em um dispositivo de exibição.

Description

REVINDICAÇÃO PRIORITÁRIA
[001] Esse pedido é um pedido de continuação parcial do Pedido de Patente N° US 12/544.707 depositado em 20 de agosto de 2009.
CAMPO DA INVENÇÃO
[002] Essa invenção se refere a painéis de construção compostos. Mais especificamente, se refere a um método para determinar parâmetros estruturais de painel de parede de gesso.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[003] Painéis de construção compostos, tais como painel de parede de gesso, são bem conhecidos para construção de tetos e paredes interiores. Algumas das principais vantagens do painel de parede sobre outros materiais é que o painel de parede é menos caro, um retardador de fogo e fácil de ser trabalhado em aplicações de construção. Em construção, painel de parede é tipicamente fixado a suportes de metal ou madeira de paredes e tetos emoldurados usando fixadores tais como pregos ou parafusos. Pelo fato de o painel de parede ser relativamente pesado, ele deve ser forte o suficiente para prevenir que os fixadores sejam tracionados através do painel de parede fazendo com que o painel de parede se solte ou caia dos suportes.
[004] A tração de prego é uma medida industrial da quantidade de força necessária para que o painel de parede seja afastado do suporte associado e sobre a cabeça de tal fixador. Valores de tração de prego preferíveis para painel de parede estão na faixa aproximada entre 65-85 libras de força (289,13-378,1 N). Tração de prego é uma medida de uma combinação da resistência de núcleo do painel de parede, a força de papel de face e a ligação entre o papel de face e o núcleo. Testes de tração de prego são realizados de acordo com a Sociedade Americana para Testagem de Materiais (ASTM) padrão C473-00 e utiliza uma máquina que empurra sobre a cabeça de um fixador inserido no painel de parede para determinar a força máxima necessária para empurrar a cabeça do fixador através do painel de parede. Por que o valor de tração de prego é uma medida importante da força do painel de parede, valores de tração de prego mínimos necessários têm sido estabelecidos para painel de parede. Consequentemente, fabricantes produzem painel de parede que executam ou excedem os valores de tração de prego mínimos necessários.
[005] Para assegurar que o painel de parede alcance os valores de tração de prego necessários, os fabricantes de painel de parede convencionais ajustam parâmetros estruturais do painel de parede. Especificamente, fabricantes tipicamente ajustam o peso de papel de face de painel de parede ou o peso do painel de parede para alcançar o valor de tração de prego necessário, dependendo das economias do processo. Durante a fabricação, painel de parede é testado para determinar se ele alcança o valor de tração de prego necessário. Se o valor de tração de prego testado do painel de parede é menor que o valor de tração de prego necessário, os fabricantes aumentam o peso de papel de face sobre o painel de parede e/ou o peso do painel de parede. Esse processo é repetido até que o valor de tração de prego necessário seja alcançado.
[006] Tal processo é inexato e comumente faz com que os valores de tração de prego verificados excedam os valores de tração de prego necessários devido a excessivo peso de papel de face e/ou o peso total da placa adicionado ao painel de parede. Também, o peso excessivo de papel de face e/ou a partir do núcleo para o painel de parede e desse modo aumenta os custos de fabricação e de transporte de painel de parede. Além disso, há a probabilidade da perda de tempo e material até que os valores de tração de prego desejados sejam alcançados sobre a linha de produção de painel de parede.
[007] Assim, há uma necessidade para uma tecnologia melhorada de ajustar sistemas de fabricação de painel de parede para produzir painel de parede que alcançam os valores de tração de prego especificados.
RESUMO DA INVENÇÃO
[008] Esse e outros problemas facilmente identificados por aqueles versados na técnica são resolvidos pelo método presente de determinação de propriedades estruturais de composição de painéis de construção tais como painéis de parede.
[009] O presente método está projetado para determinar parâmetros estruturais de painel de parede de gesso antes da fabricação para reduzir custos de fabricação e de transporte bem como reduzir significativamente o tempo de fabricação.
[0010] Mais especificamente, o método presente determina os parâmetros estruturais de painel de parede e inclui prover um valor de resistência de núcleo do painel de parede, determinando um valor de tração de prego necessário e calculando um valor de rigidez de papel de face baseado no valor de resistência de núcleo do painel de parede e o valor de tração de prego determinado. O valor de rigidez de papel de face calculado é exibido sobre um dispositivo de exibição para utilização por um fabricante.
[0011] Em outra modalidade, um método de fabricação de painel de parede inclui determinar um valor de tração de prego necessário, provendo um valor de resistência de núcleo do painel de parede e determinando um valor de rigidez de papel de face baseado no valor de tração de prego necessário e o valor de resistência de núcleo provido. O método inclui determinar um peso de papel de face baseado no valor de rigidez de papel de face determinado, selecionando um tipo de papel de face baseado no peso de papel de face determinado e produzindo o painel de parede utilizando o tipo de papel de face selecionado e o valor de resistência de núcleo provido.
[0012] Determinar os parâmetros estruturais antes da fabricação permite que os fabricantes economizem custos significantes na fabricação e transporte por eliminar peso de papel de face excessivo ou peso do painel de parede que é tipicamente utilizado para o painel de parede alcançar os valores de tração de prego necessários. Adicionalmente, uma quantidade significativa de tempo de fabricação é economizado por que menos tempo é necessário para verificar o painel de parede fabricado para determinar o projeto e peso composto do produto final necessário para alcançar os valores de tração de prego necessários. Além disso, a integridade estrutural e força do painel de parede são mantidas, mesmo através do peso adicional e estresse adicionado pelo papel de face excessivo ser reduzido.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS
[0013] Figura 1. É uma tabela ilustrando uma comparação entre dados de tração de prego medidos e dados de tração de pregos previstos para tipos diferentes de painel de parede utilizando diferentes valores de rigidez de papel de face a partir de pesos de papel de face variados e Área de Índice de Rigidez de Tensão (TSIA), bem como valores de resistência de núcleo diferentes a densidades de placa variadas.
[0014] Figura 2 é um gráfico ilustrando tração de prego como uma função da rigidez de papel de face a valores de resistência de núcleo diferentes a uma densidade de placa de 37 lb/ft3 (592,68 kg/m3).
[0015] Figura 3 é um gráfico ilustrando tração de prego como uma função da resistência de núcleo a valores de rigidez de papel de face diferentes a uma densidade de placa de 37 lb/ft3 (592,68 kg/m3).
[0016] Figura 4 é um gráfico ilustrando a relação entre a rigidez de papel de face e a resistência de núcleo a valores de tração de prego necessários diferentes a uma densidade de placa de 37 lb/ft3 (592,68 kg/m3).
[0017] Figura 5 é um gráfico ilustrando a relação entre o peso de papel de face e os valores de Área de Índice de Rigidez de Tensão (TSIA) necessários para alcançar um valor de tração de prego necessário de 77 lbf (342,51N) a valores de resistência de núcleo deferentes para densidade de placa de 37 lb/ft3 (592,68 kg/m3).
[0018] Figura 6 é uma tabela identificando certos valores de peso de papel de face e valores de Área de Índice de Rigidez de Tensão (TSIA) necessários para alcançar um valor de tração de prego necessário de 77 lbf (342,51N) a valores de resistência de núcleo diferentes para densidade de placa de 37 lb/ft3 (592,68 kg/m3) baseada no gráfico da Figura 5.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0019] Valores de tração de prego são críticos para a força e de utilidade de drywall. Se um valor de tração de prego para um painel de parede particular é muito baixo, o fixador segura o painel de parede sobre uma moldura ou outro suporte pode empurrar através do painel de parede e causar no painel de parede a rachadura, quebra ou a sua caída da moldura ou suporte. Alternativamente, se os valores de tração de prego são muito altos (ou seja, excederam significativamente os valores de tração de prego necessários), as fontes de produção de painel de parede são ineficientemente aplicadas e dinheiro é desperdiçado durante a fabricação.
[0020] Um problema na fabricação de drywall é como determinar precisamente o peso de papel de face que se correlaciona a um valor de tração de prego necessário para painel de parede e uma maneira de se utilizar mais eficientemente os custos de fabricação e transporte, bem como o tempo de fabricação. Como estabelecido acima, fabricantes de painel de parede realizaram verificações em painel de parede para determinar se alcançar um valor de tração de prego necessário. Se o valor de tração de prego necessário não é alcançado, os fabricantes tipicamente aumentam ambos os pesos de papel de face do painel de parede e/ou o peso de placa. Essas etapas são repetidas até o valor de tração de prego do painel de parede ser alcançado. Esse processo não é preciso e muitas vezes causa ao painel de parede o excesso de peso de papel de face ou de peso de placa, e, dessa forma, aumenta os custos de transporte e fabricação bem como tempo de fabricação.
[0021] Modelo de tração de prego prévio correlaciona a tração de prego de placas de gesso ao valor de rigidez de papel de face e o valor de resistência de núcleo para placas de gesso menores (placas de gesso de meia polegada). Em outra modalidade, esse modelo de tração de prego tem sido expandido a um modelo de tração de prego generalizado que correlaciona o valor de tração de prego com o valor de rigidez de papel de face e o valor de resistência de núcleo de vários tipos diferentes de placas de gesso incluindo, mas não limitado a, placas de gesso de meia polegada, placas de gesso de três quartos de polegada e placas de gesso de peso leve.
[0022] Especificamente, o modelo de tração de prego generalizado abaixo se refere ao valor de tração de prego ao valor de rigidez de papel de face e o valor de resistência de núcleo de placas de gesso tendo uma densidade a partir de 28 a 48 lb/ft3 (448, 51 a 768,88 kg/m3).
[0023] O modelo de tração de prego generalizado pode ser utilizado para determinar um valor de rigidez de papel de face para painel de parede anterior à fabricação que alcança o valor de tração de prego necessário. O método utiliza a Equação (1) abaixo para correlacionar um valor de tração de prego necessário com o valor de rigidez de papel de face e o valor de rigidez de núcleo do painel de parede. Equação (1) é como segue: Tração de prego (lbf) = a+[bx(rigidez de papel de face (kN/m))] +[cx(resistência de núcleo (psi))] (1) onde b = 0,009490606731 e c=0,073937419 são determinados constantes a partir dos dados que melhor ajustam os dados mostrados. A constante “a” é determinada baseada na Equação (2) como segue: a=a1+a2/[1+Exp(-(densidade de placa-a3)/a4)] (2) onde a1=6,7441271, a2=20,870959, a3=43,718215 e a4=2,1337464, e a densidade de borda é determinada utilizando: Densidade de placa=peso de placa/paquímetro de placa (3)
[0024] A Figura 1 mostra as previsões da tração de prego a partir do modelo de tração de prego generalizado como comparando a tração de prego medida utilizando tipos diferentes de amostras de placa a uma densidade de placa específica com papéis de face variados e resistência de núcleo.
[0025] Em algumas situações, alterar a rigidez de papel de face é mais praticável economicamente. Antes da produção, o valor de tração de prego necessário para o painel de parede a um peso alvo e paquímetro está especificado (ou seja, meia polegada, peso leve, cinco-oitava de polegada, etc.). Esses valores são introduzidos na Equação (1) acima para determinar o valor de rigidez de papel de face do painel de parede. Por exemplo, a densidade de placa de 37 libras por pé cúbico (592,68 kg/m3), na Equação (1) se torna: Tração de prego (lbf)=7,602932 (33,82N)+ [0,009490606731 x(rigidez de papel de face (kN/m))]+ [0,073937419x(resistência de núcleo (psi))]
[0026] O valor de rigidez de papel de face para painel de parede tendo uma densidade de placa de 37 libras por pé cúbico (592,68 kg/m3) é determinada usando um valor de 450 libras por polegada quadrada (psi) (31,03 bar) e um valor de tração de prego necessário de 77 libra-força (lbf) (342,51N) como segue: 77 lbf(342, 51N)=(7,602932)+[(0,009490606731)x (rigidez do papel face (kN/m))] + [(0,073937419)x (450 psi) (31,03 bar)] onde o valor da rigidez de papel de face=3805,37 quilo newton/metro (kN/m).
[0027] O valor da rigidez de papel de face é um produto do peso de papel de face e o valor de Área de Índice de Rigidez de Tração (TSIA), como mostrado na seguinte equação: Rigidez do Papel de face (kN/m)=Peso do Papel de Face (g/m2)xTSIA (kNm/g) (2)
[0028] Utilizando o exemplo acima, o Peso de Papel de Face para o painel de parede acima, possuindo um valor de resistência de núcleo de 450 psi (31,03 bar), um valor tração de prego necessária 77 lbf (342, 51N) e uma TSIA de 18 quilo newton-metro/grama (kNm/g), é como segue : Peso de Papel de Face (g/m2)=Rigidez de Papel de Face (kN/m)/TSIA (kNm/g) = (3805,37 kN/m)/(18 kNm/g) = 211,41 grama/metro quadrado (g/m2) = 43,3 lb/1000 ft2 (211,40 g/m2) = 43,3 lb/MSF (211,40 g/m2)
[0029] Na equação acima, o valor TSIA é uma medida da rigidez de papel de face normalizada antes da produção. Especificamente, uma máquina verificadora de Orientação de Rigidez de Tensão ultrassônica (TSO®) mede o Índice de Rigidez de Tensão (TSI), em todas as direções do papel de face para determinar a TSIA. Quanto mais rígido o papel de face, maiores os valores TSIA. A faixa aproximada de valores de TSIA para painel de parede é de 12 a 26 kNm/g.
[0030] Os valores da rigidez de papel de face e valor TSIA são usados para determinar o peso do papel de face que é necessário para alcançar o valor de tração de prego necessário para o painel de parede ter um valor de resistência de núcleo designado a uma densidade de placa específica. O cálculo para determinar o peso de papel de face é, portanto, um processo de duas etapas, de primeiro determinar a rigidez de papel de face e, em seguida, determinar o peso de papel de face para o painel de parede que está sendo fabricado.
[0031] As equações (1), (2) e (3) são de preferência armazenadas em uma memória de um computador, assistente de dados pessoais ou outro dispositivo adequado. Os valores de tração de prego necessários, os valores de resistência de núcleo e constantes são também armazenados na memória em uma base de dados ou outro formato de dados pesquisável. A memória pode ser uma memória apenas de leitura (ROM), memória de acesso aleatório (RAM), disco compacto de memória apenas de leitura (CD ROM) ou qualquer outra memória ou dispositivo de memória adequado. Um usuário ou fabricante introduz o valor de tração de prego necessário e o valor a resistência de núcleo designado para o produto painel de parede específico no computador usando um teclado ou outro dispositivo de entrada adequado. Alternativamente, o valor de tração de prego necessário e o valor de resistência de núcleo designado para o painel de parede pode ser baixado e armazenado em um arquivo ou pasta na memória. Um processador, tal como um microprocessador ou unidade de processamento central (CPU), calcula o peso de papel de face para o painel de parede usando as Equações (1), (2) e (3), o valor de tração de prego introduzido e o valor de resistência de núcleo introduzido. O peso de papel de face calculado, ou, alternativamente, o valor de rigidez papel de face, é exibido para um usuário em um dispositivo de exibição tal como uma tela de computador, monitor ou outro dispositivo de saída adequado ou impressa por uma impressora. O usuário utiliza o peso de papel de face calculado para selecionar o papel de face ou o tipo de papel de face que está a ser aderido ao núcleo durante a fabricação do painel de parede. O papel de face selecionado utilizando o presente método tipicamente almeja a rigidez de papel de face e peso necessários para atingir o valor de tração de prego necessário comparado com as técnicas de produção de painel de parede convencionais. Além disso, o presente método reduz o peso total do painel de parede fabricado, o que reduz os custos de produção e transporte. O presente método também reduz significativamente o tempo de fabricação associado com a produção do painel de parede porque a verificação intermediária de painel de parede para determinar se o painel de parede alcança os valores de tração de prego necessários não é mais necessário.
[0032] A Figura 1 é uma tabela que ilustra uma comparação entre os dados de tração de prego medidos e os dados de tração de prego previstos para diferentes painel de parede utilizando a Equação (1). Como mostrado na tabela, a média prevista de dados de tração de prego utilizando a Equação (1) se correlaciona bem com os dados de tração de prego de média medidos ou verificados de painel de parede. As equações (1), (2) e (3) podem também ser utilizadas para prever diferentes parâmetros estruturais ou valores de painel de parede para melhorar o processo de fabricação.
[0033] Para uma densidade de 37 lb/ft3 (592,68 kg/m3), a partir da Equação (1), os dados da tração de prego na Equação (1) podem ser expressos como uma função linear da rigidez de papel de face a valores de força do núcleo diferentes que variam desde 200 psi a 800 psi (13,79 a 55,16 bar), com a mostrado na Figura 2. O valor da resistência de núcleo de painel de parede varia baseado no tipo de painel de parede que está sendo fabricado. A faixa típica de valores de resistência do núcleo para o painel de parede considerado na Figura 1 é de 300 a 800 psi (20,68 a 55,16 bar).
[0034] Os dados de tração de prego também podem ser representados como uma função linear da resistência de núcleo com os valores de rigidez de papel de face variando de 2000 kN/m para 5000 kN/m, tal como mostrado na Figura 3. Preferencialmente, os valores de rigidez de papel de face variam de 3000-5000 kN/m para painel de parede. Nas Figuras 2 e 3, é aparente que o aumento do valor de rigidez de papel de face ou o valor de resistência de núcleo de painel de parede aumenta o valor de tração de prego.
[0035] A Figura 4 mostra uma representação gráfica do valor da rigidez de papel de face como uma função do valor de resistência de núcleo a valores de tração de prego diferentes variados. Especificamente, a linha "A" ilustra a relação entre os valores de rigidez de papel de face e os valores de resistência do núcleo a um valor de tração de prego de almejado mínimo de 77 lbf (342,51N). Além disso, utilizando a Equação (2), um valor de rigidez de papel de face maior pode ser realizado mediante pelo aumento tanto o peso de papel de face ou do TSIA.
[0036] A Figura 5 ilustra a relação entre o peso de papel de face e a TSIA que alcança um valor de tração de prego necessário de 77 lbf (342,51N). Os requisitos de peso de papel de face para diferentes valores TSIA estão resumidos na tabela mostrada na Figura 6. Note-se que o aumento do valor TSIA de 12 para 20 kNm/g tende a reduzir o peso de papel de face necessária por uma média de 40% na resistência de núcleo de 450 psi (31,03 bar), enquanto se mantém o valor de tração de prego necessário de 77 lbf (342,51N).
[0037] O modelo de tração de prego generalizado permite ao usuário determinar o ótimo peso de folha de papel de face que alcança um valor de tração de prego designado a um valor de resistência de núcleo específico para todos de painel de parede, tal como painel de parede ter as seguintes formulações: EXEMPLO A Estuque: 850-950 libras por 1.000 ft2 (4150,04-4638,28 g/m2) HRA: 12-16 libras por 1.000 ft2 (58,58-78,11 g/m2) Fibra de Vidro: 0-2 libras por 1.000 ft2 (0-9,76 g/m2) Dispersante (base úmida): 0-8 libras por 1.000 ft2 (0-39,05 g/m2) Farinha de milho pré-gel (base seca): 20-40 libras por 1000 ft2 (97,64-195,29 g/m2) STMP (MCM) (base seca): 2-3 libras por 1000 ft2 (9,76-14,64 g/m2) Relação de água-para-estuque: 0,8-1,1 EXEMPLO B Estuque: 1100-1300 libras por 1.000 ft2 (5370,64-6347,12 g/m2) HRA: 8-11 libras por 1.000 ft2 (39,05-53,70 g/m2) Dispersante (base úmida): 0-8 libras por 1.000 ft2 (0-39,05 g/m2) O amido modificado por ácido (base seca): 0-5 libras por 1000 ft2 (0-24,41 g/m2) Farinha de milho pré-gel (base seca): 0-10 libras por 1.000 ft2 (0-48,82 g/m2) STMP (MCM) (base seca): 0,7-1,5 libras por 1000 ft2 (3,41-7,32 g/m2) Relação de água-para-estuque: 0,7-0,88 EXEMPLO C Estuque:1800 libras por 1000 ft2 (8788,32 g/m2) HRA: 5-10 libras por 1.000 ft2 (24,41-48,82 g/m2) Fibra de Vidro: 4,5-5,3 libras por 1000 ft2 (21,97-25,87 g/m2) Dispersante (base úmida): 0-12 libras por 1.000 ft2 (0-58,58 g/m2) O amido modificado por ácido (base seca): 4-6 libras por 1000 ft2 (19,52-29,29 g/m2) Farinha de milho pré-gel (base seca): 0-2 libras por 1.000 ft2 (0-9,76 g/m2) STMP (MCM) (base seca): 0-0,7 libras por 1000 ft2 (0-3,41 g/m2) Relação de água-para-estuque: 0,63-0,75
[0038] As modalidades acima do presente método possibilitam aos fabricantes de painel de parede determinar os parâmetros e propriedades importantes do painel de parede antes da fabricação de tais como o peso de papel de face necessário para atingir um valor de tração de prego necessário. A obtenção desses parâmetros antes da fabricação ajuda a reduzir significativamente o tempo de fabricação, bem como custos de fabricação e os custos de transporte. O presente método também permite que os fabricantes mantenham a integridade estrutural e a realização do painel de parede sem adição de peso de papel de face ou o peso total sobre o painel de parede.
[0039] Enquanto várias modalidades particulares do presente método têm sido mostradas e descritas, será apreciado por aqueles versados na técnica que alterações e modificações podem ser feitas ao mesmo sem se afastar do invento nos seus aspectos mais amplos e como definidos nas seguintes reivindicações.

Claims (6)

1. Método de fabricação de painel de parede compreendendo: determinar um valor de tração de prego necessário baseado no tipo de painel de parede; fornecer um processador configurado para executar as seguintes etapas: introduzir um valor de força de núcleo do painel de parede entre 300 e 700 psi (20,68 e 48,26 bar) no processador; determinar um valor de rigidez de papel de face; determinar um peso de papel de face baseado no referido valor de rigidez de papel de face calculado; selecionar um tipo de papel de face baseado no referido peso de papel de face exibido; enviar o referido tipo de papel de face e o referido valor de força de núcleo para uma máquina de fabricação de painel de parede; e produzir o painel de parede com a máquina de produção de painel de parede usando o referido tipo de papel de face selecionado e o referido valor de resistência de núcleo fornecido, CARACTERIZADO pelo fato de que um valor de rigidez de papel de face é determinado baseado na seguinte equação: Tração de prego (lbf) = a (lbf) + [b (lbf / (kN/m)) x (rigidez de papel de face (kN/m))] + [c (lbf / psi) x (resistência de núcleo (psi))] em que b=0,009490606731 e c=0,073937419 e em que a=a1+a2/[1+Exp(- (densidade da placa-a3)/a4)] e em que a1=6,7441271, a2=20,870959, a3=43,718215 e a4=2,1337464.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que determinar o referido peso de papel de face inclui dividir o referido valor de rigidez de papel de face por um valor de Área de Índice de Rigidez de Tensão (TSIA).
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido valor TSIA é medido por um verificador de orientação de rigidez de tensão ultrassônico.
4. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido valor TSIA está em uma faixa próxima de 12 a 26 kNm/g.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui armazenar pelo menos um do referido valor de rigidez de papel de face calculado e do referido peso de papel de face calculado em uma memória.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida memória inclui pelo menos um de: memória apenas para leitura, memória de acesso aleatório e um CD ROM.
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