metodo para fabricar un producto sinterizado al menos parcialmente.

k
REGISTRO DE LA
PROPIEDAD INDUSTRIAL
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k
ES 2 014 986
kInt. Cl. : B29C 33/08
11 N.◦ de publicación:
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ESPAÑA
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B65H 75/50
TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA
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kNúmero de solicitud europea: 86308071.9
kFecha de presentación : 17.10.86
kNúmero de publicación de la solicitud: 0 231 588
kFecha de publicación de la solicitud: 12.08.87
B3
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k
54 Tı́tulo: Método para producir un producto al menos parcialmente sinterizado.
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73 Titular/es: Porous Plastics Limited
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72 Inventor/es: Davidson, Roderick Iain y
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74 Agente: Gómez-Acebo Pombo, J. Miguel
30 Prioridad: 07.11.85 GB 8527465
Pavilion 3 Little Park Farm Road,
Segensworth, Fareham,
Hampshire P015 STB, GB
45 Fecha de la publicación de la mención BOPI:
01.08.90
45 Fecha de la publicación del folleto de patente:
01.08.90
Aviso:
k
k
Hornsby, Peter Ridsdale
k
En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletı́n europeo de patentes,
de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina
Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar
motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de
oposición (art. 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas).
Venta de fascı́culos: Registro de la Propiedad Industrial. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
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DESCRIPCION
Esta invención se relaciona con un método
para la producción de un producto al menos parcialmente sinterizado. Aunque la invención no
queda por ello limitada, la misma se relaciona
más particularmente con la producción de un
elemento de núcleo de utilidad en el teñido de
holo. Sin embargo, la invención se puede emplear
también para producir otros diversos productos,
tales como conos de tráfico, tiestos para plantas,
tubos de desagüe y elementos de filtración.
Los elementos de núcleo conocidos para el
teñido de hilo presentan varios inconvenientes.
Con anterioridad, tales elementos de núcleo se
han hecho de material impermeable, tal como material plástico estando provistos de orificios para
permitir el paso del licor de teñido, o bien se han
hecho de alambre de acero conformado par proporcionar separaciones a través de las cuales pasa
el licor de teñido. El hilo a teñir se enrolla sobre
dichos nucleos y, de este modo, queda soportado
por dicho material impermeable o por el alambre de acero. En consecuencia, el licor de teñido
no puede pasar a través de aquellas porciones del
elemento de núcleo que están en contacto con el
hilo, al tiempo que dichas porciones presentan un
efecto de “planchado” sobre el hilo.
En la patente británica n◦ 2.018.722 A se
sugiere tratar este problema mediante recubrimiento del elemento de núcleo con un manguito
de material de fieltro poroso sobre el cual se enrolla el hilo a teñir, de manera que el licor de teñido
que ha pasado a través de los orificios o separaciones del elemento de núcleo se disperse en cierto
grado en el material de fieltro poroso antes de
entrar en contacto con el hilo. Sin embargo, el
uso de dicho manguito no asegura un teñido uniforme por todo el hilo enrollado, al tiempo que
implica también el uso de un elemento adicional
que aumenta sustancialmente los costes tanto con
respecto a la provisión del manguito propiamente
dicho como con respecto a su montaje y desmontaje. Por otro lado, cuando dicho manguito de
material de fieltro poroso soporta una bobina de
hilo bien durante el proceso de teñido o bien durante cualquier proceso intermedio, el hilo tiende
a aplastarse hacia el interior dentro del material
de fieltro causando merma de hilo. Además, la
naturaleza porosa del material de fieltro es tal que
no presenta proporciones sólidas en sus extremidades. Por tanto, el licor de teñido tenderá a fluir
a través de estas extremidades, puesto que estas
últimas no tienen hilo enrollado sobre las mismas
y, en consecuencia, ofrecen la menor resistencia a
la presión.
En la patente británica n◦ 318.327 se describe
un elemento e núcleo constituido por un carrete o
cilindro hueco. Dicha patente menciona que este
carrete o cilindro puede ser por sı́ mismo poroso,
pero no indica maerial adecuado alguno o partir
del cual pueda fabricarse dicho carrete o cilindro
poroso y, de hecho, sugiere que dicha estructura
puede ser “demasiado débil”. Dicha patente indica también que el carrete o cilindro puede ser
impermeable y que puede ser de hierro, aluminio
u otro metal, material cerámico, una resina artificial, tal como una resina de fenol-formaldehido,
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o caucho endurecido, estando el carrete o cilindro impermeable perforado y recubiertos por un
revestimiento de materiales porosos, tales como
papel secante, géneros textiles, asbestos, fritas de
vı́drio o zeolita. Sin embargo, resulta evidente
que no es posible fabricar el carrete o cilindro a
partir de tales materiales porosos puesto que serı́a
con seguridad entonces “demasiado débil”.
En la patente británica n◦ 2.010.165B se describe un método para la producción de un producto sinteriado que comprende introducir material sinterizable en un molde que puede calentarse por microondas y someter dicho molde a
radiación de microondas, con el fı́n de calentar
el molde y efectuar ası́ e sinterizado del material
sinterizable. Esta referencia, sin embargo, sugiere
que solo puede calentarse por microondas aquella
parte del elemento de pared del molde que entra
en contacto con el material a moldear. Esto significa que el elemento de pared del molde ha de
ser proporcionado con un sistema de refrigeración
complicado para enfriar la parte restante del elemento de pared del molde. Por otro lado, con el
fı́n de proporcionar dicho elemento de pared del
molde con la citada parte que puede calentarse
por microondas, dicha referencia sugiere que el
cuerpo del elemento de pared deberá formarse de
una resina que tenga una carga de fibras, estando
constituida dicha parte calentable por microondas
del elemento de pared del molde por una capa fina
de resina que contiene 1-5% de negro de humo.
Sin embargo, serı́a muy difı́cil distribuir el negro
de humo uniformemente y casi inevitablemente se
producirán zonas calientes que provocarán un sinterizado desigual del producto. El método sugerido en esta referencia serı́a por tanto inadecuado
para fabricar el elemento de núcleo anteriormente
referido.
En consecuencia, de acuerdo con la presente
invención, se proporciona un método para la producción de un producto al menos parcialmente
sinterizado, que comprende introducir material
sinterizable en un molde o matriz que tiene al menos un elemento de pared adaptado para producir
una superficie de dicho producto y que puede calentarse por microondas, y someter dicho molde
o matriz a radiación de microondas al objeto de
calentar el molde o matriz y efectuar ası́ un sinterizado al menos parcial del material sinterizable, caracterizado porque el elemento de pared o
cada uno de dichos elementos de pared está hecho al menos predominantemente de un material
calentable por microondas que tiene un factor de
pérdida dieléctrica ε”eff a la frecuencia de dicha
radiación de microondas de por lo menos 0,1, y
que tiene una conductividad térmica de por lo
menos 10 Wm−1 K−1 .
ε”eff se puede definir como sigue:
ε∗ = ε’ - j ε”eff 0
en donde ε∗ es la permitividad compleja relativa,
ε’ es la constante dieléctrica y ε”eff es el factor
de pérdida eficaz.
Si se desea, el material sinterizable puede ser
también material calentable por microondas.
Dado que el factor de pérdida dieléctrica ε”eff
a la frecuencia de dicha radiación de microondas
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es de al menos 0,1, es posible un calentamiento
rápido del elemento de pared sin excesivos gradientes de voltaje. Además, puesto que la conductividad térmica del elemento de pared es de por
lo menos 10 Wn−1 K−1 , se reduce el riesgo de un
sobrecalentamiento localizado.
El o cada uno de los elementos de pared tienen preferentemente un parámetro de resistencia
al choque térmico R de por lo menos 10. Esta caracterı́stica permite enfriar rápidamente el molde
o matriz después del moldeo sin introducir altas
cargas térmicas que podrı́an traducirse en la fractura del molde.
El parámetro de resistencia al choque térmico
R puede definirse como sigue:
R=
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k σ (1 − µ)
Eα
en donde K es la conductividad térmica
(Wm−1 K−1 ), σ es la resistencia a la rotura
(MPa), µ es la relación de Poisson, E es el módulo
de Young (GPa) y α es el coeficiente de expansión
térmica (X10−6 K−1 ).
El material calentable por microondas puede
comprender un material cerámico, por ejemplo,
carburo de silicio, nitruro de silicio o carbono.
El carburo de silicio se produce preferentemente
sometiendo una masa de carbono o grafito poroso
a reacción con un vapor que contiene silicio.
El molde puede tener elementos de pared machos y hembras que pueden formar un producto
tubular entre los mismos, siendo solamente uno
de dichos elementos de pared calentable por microondas.
Dicho producto puede ser un elemento de
núcleo autónomo adaptado para soportar una bobina textil. Con preferencia, se enrolla un filamento o hilo sobre la superficie del elemento de
núcleo para formar dicha bobona textil.
El elemento de núcleo producido por el método de la presente invención puede formarse ası́
fácilmente con la superficie externa que no resultará en un obstáculo para el hilo o filamento.
Por otro lado, debido al sinterizado al menos parcial, esta superficie externa será de una naturaleza suficientemente áspera como para ofrecer la
fricción adecuada para la formación regular de
dicha bobina al comienzo del enrollado del hilo
o filamento. De este modo, aunque el enrollado
inicial del hilo o filamento sobre el elemento de
núcleo puede realizarse en un ángulo con respecto
al eje del elemento de núcleo, no existe necesidad
de deslizar el hilo o filamento sobre la superficie
del elemento de núcleo, con el resultado de que
puede formarse una bobina regular.
En consecuencia, la invención permite la producción de bobinas enrolladas, fácilmente transportables.
Por otro lado, dicho elemento de núcleo puede
producirse a un coste muy bajo lo cual permite se
desecho o no retorno. Lo anterior reduce el valor
del inventario de elementos de núcleo y elimina el
problema de tener que enviar a un cliente hilo que
ha sido enrollado sobrel un elemento de núcleo
costoso, cuyo retorno podrı́a ser difı́cil asegurar.
Por otro lado, dichos elementos de núcleo pueden producirse sin tener que emplear un herra-
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mental costoso, de manera que es fácilmente posible proveer un número muy grande de elementos
de núcleo de diferentes tamaños, tal como los exigidos en la industria.
El uso de dicha radiación de microondas, por
ejemplo, en la gama de 400 MHz a 10.000 MHz,
en asociación con el uso de un molde o matriz, por
ejemplo, un molde o matriz de material cerámico,
que tiene una conductividad térmica inherentemente alta de por lo menos 10 Wm−1K−1 , reduce
sustancialmente la incidencia de zonas calientes,
al tiempo que el efecto de cualquiera de las zonas
calientes que puedan presentarse de hecho se reducirá por la elevada conductividad térmica del
material del molde o matriz. Además, el uso de
un molde o matriz que tiene dicha conductividad térmica inherentemente elevada permite enfriar rápidamente el material del molde o matriz,
después de que se ha sinterizado al menos parcialmente, para que de este modo pueda extraerse
rápidamente del molde o matriz. Esto es particularmente importante en el caso de un material de
moldeo termoplástico.
Con preferencia, al menos una porción del elemento de núcleo es porosa, sometiéndose el filamento o hilo enrillado a un lı́quido de tratamiento
que pasa a través de los poros de dicha porción.
Por tanto, el lı́quido de tratamiento puede ser un
licor de teñido.
La reducción del número de zonas calientes es
muy importante con respecto a la producción de
un elemento de núcleo poroso puesto que, cuando
se presente una zona caliente, existirá un mayor
grado de sinterizado y, en consecuencia, una irregularidad en la porosidad del elemento del núcleo,
conduciendo ello a un flujo desigual del licor de
teñido dentro del hilo.
En el caso de la presente invención, por tanto,
el sinterizado del elemento de núcleo puede ser
tal que el licor de teñido fluye fácilmente a través
del elemento de núcleo y, debido a la naturaleza
porosa el elemento de núcleo, el hilo que entra
en contacto con el elemento de núcleo no se verá
impedido, por ninguna porción de este último, de
quedar expuesto al licor de teñido. Además, en
virtud de la naturaleza porosa del elemento de
núcleo, los poros del elemento de núcleo proporcionan los pasos a través de los cuales fluye el
licor de teñido y, de este modo, no es necesario,
en contraste con los elementos de núcleo conocidos, proporcionar orificios en este último para
el paso del licor de teñido. Como se ha indicado anteriormente, el uso de tales orificios resulta muy indeseable puesto que el hilo se enrolla herméticamente sobre el elemento de núcleo y
como consecuencia de esto último, al proporcionar tales orificios, tiende a presentarse un efecto
de “planchado” sobre el hilo.
Otra ventaja de dicho elemento de núcleo poroso es que no implica la necesidad de montar
un manguito poroso sobre el elemento de núcleo
dado que la filtración necesaria será efectuada por
el elemento de núcleo poroso propiamente dicho.
Otra ventaja más del elemento de núcleo producido por el método de la presente invención es
que puede estar hecha de materiales tales como
el elemento de núcleo pueda comprimirse axialmente, con el fı́n de permitir el montaje de una
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pluralidad de tales elementos de núcleo sobre un
huso para formar ası́ una columna sólida de hilo.
El material del elemento de núcleo, en el caso de
la presente invención, puede también ser tal que
permita una comprensión radial con el fı́n de procurar la contracción de hilos de alta contracción.
Como podrá apreciarse, los puntos e contacto
entre el hilo o filamente y las partes solidas del elemento de núcleo serán tan pequeños como resulte
posible en virtud del sinterizado del elemento de
núcleo, de manera que el licor de teñido puede
alcanzar incluso las capas más internas del hilo.
Como se ha establecido anteriormente, el molde o matriz está formado con preferencia, al menos predominantemente, de un material cerámico
sensible a las microondas. El término “material
cerámico” se refiere a cualquier material sólido,
quı́micamente inorgánico, distinto de un metal
puro o aleación, que puede ser utilizable en cierta
fase durante su formación o fabricación a través
del procesado a una temperatura de por lo menos 500◦ C. El término “material cerámico” incluye ası́ productos de alfarerı́a, productos refractarios, ’óxidos, nitruros y carburos metálicos
inorgánicos, carbono, vı́drio, cemento y productos
a base de cemento. Sin embargo, los materiales
cerámicos preferidos para el molde o matriz son
nitruro de silicio y, más particularmente, carburo
de silicio.
El uso de radiación de microondas, en contraste con otras formas de calentamiento, permite reducir considerablemente el tiempo necesario para formar el elemento de núcleo u otro
producto, lo cual se traduce, a su vez, en la producción muy económica y con una calidad mejorada de los elementos de nucleo u otros productos.Sin embargo, al objeto de poder usar la radiación de microondas es conveniente, en el caso
de que se quiera obtener un producto comercial
satisfactorio, formar al menos uno de los elementos de pared del molde o matriz al menos predominantemente a partir de un material que tenga
alta receptividad a las microondas, de manera que
se presente una rápida velocidad de calentamiento
con una baja entrada de potencia; que tenga alta
conductividad térmica y resistencia a los choques
térmicos para permitir velocidades rápidas de enfriamiento y asegurar ası́ un calentamiento uniforme para evitar la presencia de zonas calientes; que sea fácil de conformarse (por ejemplo,
mediante mecanizado) en configuraciones complejas; que sea de alta resistencia a la deformación a
elevadas temperaturas; que sea de un bajo coste
global de fabricación; que presente una alta durabilidad con respecto a resistencia, tenacidad y
resistencia al desgaste; que pueda soportar un calentamiento repetido a temperaturas elevadas, al
tiempo que es inerte a los ataques quı́micos; y que
presente un alto acabado superficial para facilitar
el desprendimiento del elemento de núcleo u otro
producto del molde o matriz. Las propiedades de
este tipo son exhibidas en particular por el carburo de silicio, especialmente el vendido con la
marca comercial SILMOR por Morganite Special
Carbons Limited.
El material de carburo de silicio SILMOR se
produce mediante la conversión de una masa de
carbono o grafito poroso a carburo de beta-silicio
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por reacción de la masa con vapor de monóxido de
silicio, con lo cual el carbono superficial de dicha
masa reacciona con el vapor de monóxido de silicio para formar carburo de silicio in situ. Este
material, además de presentar las propiedades
mencionadas en el párrafo anterior, tiene buena
resistencia a materiales que contienen partı́culas
abrasivas y presenta las siguientes especificaciones:
Densidad aparente
Profundidad de
conversión hasta
Dureza
Temperatura lı́mite
de operación
Expansión térmica
Resistencia a la flexión
Módulos de Young
Conductividad térmica
2230 kg m−3
5 mm
12+ (escala Moh)
1600◦ C
3,8-4,6 x 10−6 ◦ C−1
(25-1000◦C)
89MN m−2
106 GN m−2
100W m−1 K−1
Por el contrario, no serı́a posible usar dicho
molde o matriz de material cerámico con otras
formas de calentemiento dieléctrico, tal como calentamiento por radiofrecuencia (RF), puesto que
ello conducirı́a probablemente a descarga disruptiva como consecuencia de los altos gradientes de
voltaje experimentados.
El uso de calentamiento RF producirı́a también severos problemas en relación a las zonas calientes.
El material sinterizable puede ser material en
partı́culas o puede ser material fibroso o filamentoso. Dicho material puede ser un material inherentemente polar que sea sensible a dicha radiación de microondas. Alternativamente, la disposición puede ser tal que dicho material no sea
sensible a la radiación de microondas, sino que se
mezcle o se revista con otro material que sea en
efecto sensible. De este modo, dicho otro material puede ser negro de humo, o bien silicato de
aluminio, o bien un óxido metálico, por ejemplo,
Fe3 O4 .
El material sinterizable puede comprender
material metálico, cerámico, de vı́drio o de caucho. Alternativamente, el material sinterizable
puede comprender partı́culas poliméricas, polipropileno u otras partı́culas termoplásticas.
El material sinterizable se puede mezclar con
un agente espumante o expansionante quı́mico.
Con referencia, una vez calentado el molde o
matriz durante un periodo de tiempo suficiente
para conseguir dicho sinterizado, se produce a su
enfriamiento dirigiendo chorros de fluidos sobre el
mismo.
El material sinterizable puede introducirse en
el molde o matriz en forma de capas separadas
de dicho material que tienen diferentes propiedades de sinterizado. De esta forma, el material de
la totalidad de dichas capas puede ser el mismo,
pero sus tamaños medios de partı́culas pueden ser
diferentes.
El material sinterizable puede comprender
partı́culas poliméricas mezcladas con partı́culas
de pigmento. Además, las partı́culas poliméricas
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pueden calentarse previamente a una temperatura no superior a su punto de reblandecimiento,
antes de introducirse en el molde o matriz.
El molde o matriz puede someterse simultáneamente a calentamiento por aire caliente y
por microondas.
El molde o matriz puede ser girado durante
el sinterizado con el fı́n de efectuar la rotación
biaxial de dicho material sinterizable.
Se pueden producir diferentes partes del molde o matriz con distintos materiales cerámicos que
sean, respectivamente, sensibles a la radiación de
microondas en diferentes granos.
El sinterizado puede ser realizado en una
atmósfera no oxidante.
El elemento de núcleo producido por el método de la presente invención es preferentemente
tubular.
Si se desea, el espesor de la pared del elemento
de núcleo tubular puede diferir en diferentes partes de la misma.
Con preferencia, al menos una porción extrema del elemento de núcleo es sustancialmente
no porosa. La porción extrema o cada una de dichas porciones extremas puede formarse de material sinterizable que se sinteriza totalmente durante el proceso de sinerizado, sinterizándose de
forma incompleta la porción central del elemento
de núcleo para que sea ası́ porosa.
De este modo, podrá apreciarse que el elemento de núcleo puede proporcionarse con porciones extremas no porosas sobre las cuales no se
enrolla el hilo, de manera que el licor de teñido
no pueda pasar a través de porciones del elemento de núcleo en donde no existe hilo. Por otro
lado, estas porciones extremas no porosas pueden
formarse simultáneamente con la porción porosa
central.
Dichas porciones porosas y no porosas pueden
obtenerse introduciendo en el molde material de
diferentes tamaños de partı́cula. Ası́, las porciones extremas del elemento de núcleo pueden obtenerse introduciendo en el molde un polvo, mientras que la porción central del elemento de núcleo
puede obtenerse introduciendo en el molde un material de partı́culas más grandes.
Al menos se puede colorear una parte del elemento de núcleo para proporcionar una indicación
del tipo de hilo que ha de portar. De este modo,
el elemento de núcleo puede presentar una pluralidad de áreas de distintos colores.
El elemento de núcleo puede formarse para
que se contraiga axial y/o radialmente cuando
se somete a presión axial y/o radial, respectivamente. Por tanto, las partes interior y exteriro,
tubulares, pueden disponerse para que asuman
un movimiento telescópico entre sı́ cuando el elemento de núcleo se somete a presión axial.
La parte exterior puede tener una superficie
interna tronco-cónica que se acopla con la superficie externa dela parte interior.
El espesor de pared de cada una de las partes interior y exterior puede variar axialmente, de
manera que el espesor de pared combinado de las
partes interior y exterior sea prácticamente siempre el mismo, independientemente del grado en
el cual las partes interior y exterior telescopizan
entre sı́.
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La superficie externa del elemento de núcleo
puede estar rebajada en al menos una región, con
el fı́n de permitir la contracción radial del elemento de núcleo cuando se contrae el hilo enrollado sobre este último.
El método de la presente invención se puede
emplear también para producir un tiesto poroso
para plantas, dentro de cuya pared y/o base se
incorpora material soluble en agua que contiene
nutriente o nutrientes para las plantas, siendo tal
la disposición que si es plantada una planta en el
tiesto y este último se deja en agua, en agua penetrará a través del tiesto y disolverá gradualmente
al material soluble en agua, con el fı́n de transportar el nutriente o nutrientes hacia la planta a
una velocidad controlada.
El tiesto puede hacerse de material plástico
sinterizado. El material soluble en agua, que
puede contener también uno o más agentes odorizantes, puede estar constituido por un cristal
soluble, tal como cristal de desprendimiento controlado.
La invención comprende también un elemento
de núcleo poroso, autónomo, adaptado para formar una bobina textil, caracterizado porque dicho
elemento de núcleo es un elemento parcialmente
sinterizado.
La invención comprende además un molde, o
una parte de molde, que puede calentarse por microondas, de material de carburo de silicio.
En este caso, el material de carburo de silicio
puede producirse sometiendo una masa de carbono o grafito poroso a reacción con un vapor
que contiene silicio.
La invención comprende también el uso de carburo de silicio como material calentable por microondas.
La invención se ilustra por los siguientes ejemplos.
Ejemplo I
Se conformaron trozos de homopolı́mero de
polipropileno de aproximadamente 3 mm de diámetro a una preforma, introduciéndolos por medio de alimentación por gravedad dentro del espacio existente entre las paredes interior y exterior
de un molde cerámico tubular, hueco, constituido
totalmente por el material de carburo de silicio
anteriormente mencionado, vendido con la marca
comercial SILMOR por Morganite Special Carbons Limited, y que tiene un factor de pérdida
dieléctrica ε”eff a la frecuencia de la radiación de
microondas a la cual se somete de por lo menos
0,1, de manera que fué posible el calentamiento
rápido del molde sin excesivos gradientes de voltaje, teniendo una conductividad térmica de por
lo menos 10 Wm−1 K−1 al objeto de reducir el
riesgo de sobrecalentamientos localizados, y teniendo un parametro de resistencia a los choques
térmicos R de por lo menos 10, de manera que el
molde pudiera enfriarse rápidamente después de
la operación de moldeo. Los trozos fueron ligeramente apisonados en el molde para facilitar el empacado de las partı́culas. El molde se introdujo en
un horno de microondas proporcionado con una
energı́a de microondas de 2450 MHz y una pontencia de salida de 1,5 kw. El molde de carburo
de silicio y su contenido se calentaron durante 4
minutos para producir un elemento de núcleo sin5
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terizado de polipropileno, tubular, autónomo, que
tenı́a una estructura porosa interconectante cuyo
tamaño de poro aproximado era de hasta 1 mm
aproximadamente de diámetro.
Después de moldear durante el tiempo prefijado de 4 minutos, el enfriamiento del molde y del
polı́mero contenido dentro del mismo se consiguió
dirigiendo chorros de aire sobre la superficie externa del molde o, en algunos casos, sumergiendo
el molde en agua.
Como se apreciará, los trozos de homopolı́mero de polipropileno propiamente dichos practicamente no eran sensibles a la radiación de microondas, pero se calentaron en virtud del hecho
de que el molde mismo estaba formado de carburo de silicio el cual es sensible a la radiación de
microondas.
Sobre el elemento de núcleo se enrolló entonces hilo (o alternativamente, filamento continuo)
para producir una bobina textil. Esta bobina textil pudo transportarse entonces sin elaboración
adicional hacia la fábrica del cliente o hacia otro
punto distante, o bien pudo someterse a un licor
de teñido u otro lı́quido de tratamiento, el cual
pasarı́a a través de la estructura porosa anteriormente referida.
Ejemplo II
El procedimiento fué idéntico al del ejemplo 1, pero el homopolı́mero de polipropileno,
en lugar de encontrarse en forma de trozos cuyo
diámetro era de 3 mm aproximadamente, estaba
constituido por un polvo cuyo tamaño medio de
partı́cula era de 250 µm. El material fué sinterizado en el molde durante 3,5 minutos usando
una potencia de 1,5 kw, para obtener una estructura porosa abierta cuyas dimensiones de poros,
aproximadamente, eran de 200 µ.
Ejemplo III
El procedimiento fué idéntico al del ejemplo
II, pero el tiempo de sinterizado se prolongó a 4
minutos y medio, como resultado de lo cual el elemento de núcleo se sinterizó casi totalmente con
solo una porosidad de células cerradas limitada.
En este caso, como es lógico, el elemento de núcleo
ası́ producido no pudo utilizarse en un proceso de
teñido.
Ejemplo IV
El procedimiento fué igual que en los casos de
los ejemplos 1 ó 2, pero en este caso, el homopolı́mero de polipropileno se mezcló previamente
con 1% en peso de azodicarbonamida como agente
expansionante, cuya temperatura de descomposición era de 180◦ C aproximadamente. Esta mezcla se calentó en el horno de microondas durante 4 minutos y medio con el fı́n de fundir de
polı́mero, con anterioridad a la descomposición
del agente expansionante. El posterior espumado
del polı́mero se tradujo en la producción de un
material celular cerrado o espuma estructural,
con piel solidaria, que tenı́a una reducción de
densidad estimada del orden de 30% aproximadamente con respecto al polı́mero sólido.
Ejemplo V
Se produjo un elemento de núcleo sinterizado
mediante un proceso idéntico al del ejemplo 1, excepto queel polipropileno se introdujo en el molde
en forma de 3 capas, es decir, una capa inferior
de polvo de polipropileno (por ejemplo, del tipo
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especificado en el ejemplo 2), una capa central
de trozos de homopolı́mero de polipropileno de
aproximadamente 3 mm de diámetro, y una capa
superior de dicho polvo de polipropileno. La capa
central ocupó la mayor parte de la longitud de la
preforma. El posterior sinterizado, que se realizó en la forma indicada en el ejemplo I, se tradujo en la producción de un elemento de núcleo
sinerizado que tenı́a extremos sinterizados de una
forma prácticamente completa, pero con una estructura porosa abierta en su parte central. Dicho
diseño del elemento de núcleo asegura una mayor
resistencia radial cuando el hilo se enrolla sobre
el elemento de núcleo antes de proceder al teñido.
Además, dicho elemento de núcleo se proporcionó con partes sólidas, es decir no porosas, en
aquellas regiones que no estarán en contacto con
el hilo. Por tanto, el licor del teñido no puede seguir la trayectoria de menor resistencia, es decir,
aquellas partes del elemento de núcleos sobre las
cuales no está enrillado el hilo. De este modo, los
extremos totalmente sinterizados impiden ambos
el flujo del licor de teñido a través de los mismos
y, al mismo tiempo, proporcionan una mayor resistencia tangencial en el elemento de núcleo para
soportar las presiones que son generadas por ciertos tipos de hilo, por ejemplo, de poliéster.
Ejemplo VI
El procedimiento fué idéntico al del ejemplo
V, pero el polvo de polipropileno usado en las capas superior e inferior se mezcló previamente con
partı́culas de pigmento, con anterioridad al sinterizado y/o los trozos de homopolı́mero de polipropileno de la capa central se combinaron previamente con pigmentos de color, por ejemplo, azul
o verde de ftalocianina, antes del sinterizado. Se
obtuvo ası́ un elemento de núcleo que estaba adecuadamente coloreado o codificado por colores,
para indicar de esta forma la naturaleza del hilo
que se desea enrollar sobre el mismo.
Ejemplo VII
El procedimiento fué igual que en cualquiera
de los ejemplos I a VI, pero en este caso el
polı́mero usado, que podrı́a ser polipropileno u
otro polı́mero no receptor de microondas, fué dosificado con pequeñas cantidades, por ejemplo 1
a 10% en peso, de un aditivo conductor o polar, receptor de microondas, tal como negro de
humo (por ejemplo, Monarch 700 Black de Cabot Carbon Limited) o un óxido metálico, por
ejemplo, óxido de hierro (Fe3 O4 ). La mezcla de
este aditivo con el polı́mero se efectuó mediante
simple mezclado previo distributivo en el caso de
un polı́mero en polvo, o bien por mezcla de alta
intensidad en el caso de trozos de polı́mero, por
ejemplo, usando una extrusionadora de dos tornillos co-rotativos, engranados, para efectuar la dispersión y distribución uniformes del aditivo polar
o conductor por la matriz polimérica. Después
de dicha combinación, el extruido fué pelletizado
y, si es necesario, pulverizado adicionalmente para
proporcionar trozos de las dimensiones requeridas
para el sintetizado.
La presencia del aditivo polar o conductor
causó en la práctica la generación de calor adicional en el polı́mero, lo cual es beneficioso en
el caso de que se requieran velocidades de sinterizado muy rápidas para obtener una estructura
11
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porosa o bien un polı́mero totalmente fundido,
particularmente sobre los componentes de sección
gruesa.
Se ha encontrado, por experimentación, que se
obtienen los mejores resultados cuando el molde
propiamente dicho que se emplea para dichas
mezclas de materiales poliméricos y aditivos polares o conductores es, de acuerdo con la presente invención, un molde receptor de microondas, como es el caso, como es lógico, cuando dicho
molde es de carburo de silicio. Por el contrario,
si se emplea un material de molde no receptor
de microondas, tal como PTFE, para el moldeo
de polipropileno u otro material polimérico dosificado con una pequeña cantidad de dicho material
polar o conductor, es probable que se obtengan
velocidades variables de sinterizado por todo el
componente, debido a las pérdidas de calor por
conducción del polı́mero hacia el molde circundante más frio.
El revestimiento o tratamiento superficial de
las partı́culas de polipropileno con una sustancia polar o conductora, que es áltamente sensible a la energı́a de microondas, asegura que las
partı́culas poliméricas se calienten rápidamente a
una temperatura superior al punto de fusión del
polipropileno, el cual es de 165◦ C. En los puntos
de contacto de las particulas, las particulas poliméricas se funden conjuntamente para producir
una estructura sinterizada. Este uso de un aditivo
polar o conductor no solo aumenta la velocidad de
sinterizado, sino que asegura también que el calor
se genere uniformemente y exclusivamente en la
superficie de las partı́culas, en donde es necesario,
y no por toda la masa del polı́mero. Por tanto,
los tiempos de enfriamiento son más cortos que
los requeridos en los procesos de sinterizado normales.
Ejemplo VIII
El procedimiento fué el mismo que en cualquiera de los ejemplos 1 a 6 pero, en este caso, en
lugar de usar un polı́mero inherentemente no polar, tal como polipropileno, se utilizó un polı́mero
inherentemente polar constituido por cloruro de
polivinilo, sintetizándose este último en un molde
de carburo de silicio o en otro molde cerámico
receptor de microondas. El sinterizado se aceleró debido al calentamiento interno procedente
del polı́mero.
Ejemplo IX
El procedimiento fué igual que en cualquiera
de los ejemplos I a VIII, pero, en este caso, el
polı́mero se calentó previamente en primer lugar
en un horno de circulación de aire caliente convencional (es decir, sin microondas) a una temperatura no superior a su punto de reblandecimiento,
se introdujo posteriormente en el molde cerámico
receptor de microondas por calentamiento en el
mismo durante 3 minutos. Este redujo el tiempo
necesario para efectuar el sinterizado requerido en
el horno de microondas.
Alternativamente, el calentamiento del molde
podrı́a efectuarse en un horno combinado de aire
caliente y microondas, de manera que el molde
se somete a ambas formas de calentamiento simultáneamente.
Ejemplo X
El procedimiento fué el mismo que en el ejem-
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plo I pero, en este caso, se proporcionó un espacio de moldeo tubular entre partes del molde macho y hembra, concéntricas, intorduciéndose en
dicho espacio de moldeo tubular trozos de polietileno de baja densidad cuyo tamaño medio de
partı́cula era de 599 µm, para formar ası́ una preforma tubular. La parte macho del molde se hizo
completamente de material de carburo de silicio
vendido con la marca comercial SILMOR como
en el ejemplo I, pero la parte hembra del molde
se formó completamente de politetrafluoretileno
(PTFE) el cual es transparente a la radiación
de microondas, es decir no se calienta por dicha
radiación de microondas. El molde y su contenido se calentó en el horno de microondas durante
2,5 minutos y luego se enfrió, como resultado de
lo cual el material de polietileno se contrajo de
nuevo sobre la parte macho del molde y se sinterizó completamente, para presentar un acabado
de alto brillo sobre la porción exterior del artı́culo
moldeado. Debe apreciarse que los polietilenos de
baja densidad prácticamente no son sensibles al
calentamiento por microondas, de manera que el
sinterizado completo que se consiguió se debió totalmente al calor generado por la parte macho del
molde.
En el caso de que las partes machos y hembra
de molde estén hechas respectivamente de material transparente a las microondas y de material calentable por microondas, puede anticiparse
que el artı́culo moldeado sinterizado permanecerá
unido a la parte hembra del molde, dejando ası́
un acabado de alto brillo sobre la porción interna
del artı́culo moldeado.
En la mayorı́a de los ejemplos mencionados
anteriormente, se utilizan las mismas partı́culas
poliméricas por todo elmolde. Sin embargo, es
posible emplear diferentes grandos de partı́culas
poliméricas en distintas regiones del elemento de
núcleo, con el fin de impartir propiedades especı́ficas, tales como reistencia, rigidez o flexibilidad a partes concretas del elemento de núcleo.
Esto puede conseguirse, por ejemplo, usando
polı́meros de diferentes pesos moleculares, pero
de la misma estructura quı́mica, o bien por la inclusión de aditivos de refuerzo tales comofibras de
vidrio o cargas, o bien usando polı́meros con distintas estructuras moleculares. y diferentes propiedades. Sin embargo, lo polı́meros deberán tener gamas de fusión ampliamente similares, tal
como serı́a el caso, por ejemplo, si se emplearan
polipropileno y caucho de etileno-propileno en diferentes partes del mismo elemento de núcleo.
Es posible aplicar el método anteriormente
descrito no solo a polı́meros termoplásticos, sino también a polı́meros termoenduredibles (por
ejemplo, resinas epoxi o de poliéster) o para
vulcanización o reticulación de composiciones de
caucho.
Aquellas partes del molde en donde se requiere
un mayor o menor sinterizado, pueden estar hechas de un material más o menos receptor a las
microondas.
Las operaciones de sinterizado descritas anteriormente pueden realizarse en un ambiente
predeterminado, por ejemplo, un ambiente de
nitrógeno, con el fı́n de reducir la susceptibilidad
de los materiales usados a la oxidación o degra7
13
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dación. Esto podrı́a conseguirse, por ejemplo, rodeando el molde con materiales que generan dicho
ambiente predeterminado, pero que son al mismo
tiempo transparentes a la energı́a de microondas,
de manera que los mismos no absorban nada de la
energı́a disponible dentro del horno de microondas.
El método de la presente invención se puede
emplear en el caso de polı́meros con factores de
pérdida dieléctrica inherentemente elevados, (por
ejemplo, polietileno-neopreno clorado) y polietileno clorosulfonato (Hypalon) u otros elastómeros
a los cuales se han incorporado aditivos polares,
tales como negro de humo o polietilenglicol).
El horno de microondas usado puede ser tal
que caliente el material tubular de un modo continuo, por ejemplo, al contener una preforma compacta de partı́cula poliméricas en un manguito
formado por una cinta transportadora que se envuelve alrededor de la preforma al principio del
horno y que luego se desenvuelve en la salida del
horno.
Además de los aditivos polarse descritos anteriormente, es posible también, para ciertas aplicaciones, usar alfa-celulosa, glicerol, polı́mero solubles en agua, tal como polietilenglicol, y alcohol
polivinı́lico.
La incorporación de pequelas cantidades de
un agente expansionante quı́mico en una composición de polipropileno activada en un medio eficaz para asegurar una estructura fina de células
abiertas en un elemento de núcleo sinterizado.
Esto es especialmente cierto cuando el agente
expansionante se añade a mezclas de polvo de
polipropileno/alfa-celulosa o almidón.
Todos los ejemplos expuestos anteriormente
utilizan material poliméro en partı́culas, pero es
posible también efectuar el método de la presente
invención para producir productos cerámicos sinterizados, vidrios sinterizados o metales sinterizados, Igualmente, es posible aplicar el método
de la presente invención no solo a polı́meos termoplásticos, sino también a polı́meros termoenduredibles (por ejemplo, resinas epoxi o de
poliéster) o para la vulcanización o reticulación
de composiciones de caucho.
El material del molde, mientras se sinteriza
en el horno de microondas, puede someterse a rotación biaxial, seguido por rotación biaxial durante una posterior etapa de enfriamiento. Esto
puede proporcionar reducciones sustanciales en el
tiempo de ciclo, en comparación con la tecnologı́a
de moldeo rotativo más convencional. Por otro
lado, aquellas partes del molde en donde se requiere un mayor o menor sinterizado pueden estar hechas de un material más o menos receptor
de microondas. Dicho proceso es particularmente
útil en la fabricación de cubos de basura.
Cuando el producto sinterizado producido por
la presente invención está constituido por un producto tal como un tiesto poroso para flores o plantas, el material del producto sinterizado puede
comprender uno o más agentes odorizantes. El
producto puede incorporar también sustancias
quı́micas u otros nutrientes que promuevan el crecimiento de las plantas y que se mezclan con un
material soluble en agua, tal como vidrio de desprendimiento controlado, de manera que los nu8
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trientes puedan liberarse lentamente durante un
largo periodo. Es decir, dado que el tiesto es poroso, el mismo puede permanecer en una bandeja
de agua a través de la pared y/o base del tiesto,
se absorbe una dosis óptima de nutriente durante
un periodo dado de tiempo.
Dicho tiesto puede producirse en cualquier color o puede presenar un número de partes diferentemente coloreadas.
El método de la presente invención es aplicable a la producción de un núcleo de teñido, como
se muestra en los dibujos adjuntos, en los cuales:
La figura 1 es una vista en sección longitudinal
de un núcleo de teñido de dos partes, en estado
expandido.
La figura 2 es una vista longitudinal del núcleo
de teñido de la figura 1 en su estado axialmente
contraı́do.
La figura 3 es una vista de costado de un
núcleo de teñido radialmente comprimible.
La figura 4 es una vista lateral del elemento
de núcleo radialmente comprimible de la figura 3.
Con referencia a las figuras 1 y 2 de los dibujos, el elemento de núcleo tubular auto-soportante
10 comprende una parte interior tubular 11 y una
parte exterior tubular 12 que están dispuestas
para asumir un movimiento telescópico entre sı́
cuando el elemento de núcleo tubular 10 se somete a presión axial. Cada una de las partes interiro y exterior tubulares 11, 12 están constituidas
por un elemento sinterizado poroso producido de
acuerdo con el proceso de cualqueira de los ejemplos 1 a 9. De este modo, el elemento de núcleo
tubular 10 es tal que tiene al menos una porción
central que es porosa y sobre cuya porción central
puede enrollarse hilo de manera que éste pueda se
teñido mientras se encuentra sobre dicha porción
central.
La parte exterior 12 tiene una superficie interna tronco-cónica 13 que se acopla con la superficie externa 14 de la parte interna 11. Por
tanto, cuando el elemento de núcleo se contra
axialmente, como se ilustra en la figura 2, el extremo 15 de la parte exterior 12 se monta sobre
la superficie externa 14 de la parte interna 11 al
bojeto de hacer que el extremo 16 de la parte interna 11 se contraiga radialmente hacia el interior.
Para que ésto sea posible, la parte interna 11 se
proporciona con una pluralidad de ranuras equiangularmente espaciadas entre sı́ 17 cuyo ancho
aumenta en dirección hacia la parte exterior 12.
El elemento de núcleo mostrado en las figuras
1 y 2 es de este modo muy adecuado para utilizarse en el método de teñido en el cual el holo se
enrolla sobre el elemento de núcleo tubular 10 y el
hilo enrollado se somete a un licor de teñido que
pasa a través de los poros de las partes interna y
externa 11, 12.
La porción extrema 18 de la parte interna
11 puede sinterizarse totalmente formándola, por
ejemplo, de polvo de polipropileno, mentras que
el resto de la parte interna 11 puede estar formada
de trozos de polipropileno, como se ha descrito en
el ejemplo 5. Este sinterizado completo de material de la porción extrema 18 asegurará que el
licor de teñido no pase a traves del mismo y proporcionará a la parte interna 11 con una mayor
resistencia tangencial.
15
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Las partes interna y externa 11, 12 pueden estar coloreadas para proporcionar una indicación
del tipo de hilo que ha de enrollarse sobre el elemento de núcleo tubular 10, efectuándose dicha
coloración del elemento de núcleo 10, por ejemplo, en la forma descrita en el ejemplo 6.
De este modo, se puede producir un elemento
de núcleo que tiene un solo color (por ejemplo,
rojo) indicativo de un tipo particular de hilo, o
bien puede colorearse diferentemente en distintas
partes del mismo para esa misma finalidad.
Como se apreciará a partir de las figuras 1 y
2, las partes interna y externa 11, 12 están formadas de tal manera que el espesor de pared de
cada una de dichas partes interna y externa varı́a
axialmente, de modo que el espesor de pared combinado de estas partes es prácticamente siempre
el mismo, independientemente del grado en el cual
dichas partes son telescopizadas entre sı́.
En las figuras 3 y 4 se muestra un elemento
de núcleo tubular autónomo 20 constituido por un
elemento sinterizado poroso de material plástico,
producido según el procedimiento de cualquiera
de los ejemplos 1 a 9. El elemento de núcleo tubular 20 es de este modo tal que tiene al menos
una porción central 21 que es porosa y sobre la
cual puede enrollarse una bobina 19 de hilo, de
manera que pueda teñirse mientras se encuentra
sobre dicha porción central 21. Cuando el hilo enrollado ha sido sometido a un licor de teñido que
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ha pasado a través de los poros del elemento de
núcleo de teñido tubular 20, el hilo es propenso a
contraerse y el elemento de núcleo tubular 20 está
formado ası́ para que sea radialmente contraible.
Para este fı́n, la superficie externa 22 del elemento de núcleo tubular 20 está rebajada, tal
como en 23, en una pluralidad de regiones angularmente separadas entre sı́ 24 que están dispuestas alternativamente con regiones no rebajadas
25. El hilo entrará en contacto únicamente con
las partes no rebajadas de la superficie externa 22
de manera que, si se contrae el hilo, las regiones
24 se arquearán hacia el interior para contraerse
radialmente y la bobina de hilo 19 tendrá una
superficie interna 26 y una superficie externa 27
aproximadamente hexagonales.
Como se ilustra en la figura 4, los extremos
opuestos 30, 31 del elemento de núcleo tubular 20
pueden sinterizarse completamente, como se ha
descrito en el ejemplo 5, con el fı́n de asegurar que
el licor de teñido nopase a través de los mismos y
al objeto de proporcionar los extremos 30, 31 con
una mayor resistencia tangencial.
El elemento de núcleo tubular 20, al igual que
el elemento de núcleo tubular 10, puede estar
completamente coloreado, o bien puede presentar
una pluralidad de partes diferentemente coloreadas, para proporcionar ası́ una indicación del tipo
de hilo que ha de enrollarse sobre el mismo.
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REIVINDICACIONES
1. Un método para producir un producto al
menos parcialmente sinterizado, que comprende
introducir material sinterizable en un molde o
matriz que tiene al menos un elemento de pared
adaptado para producir una superficie de dicho
producto y que puede calentarse por microondas, y someter dicho molde o matriz a radiación
de microondas para calentar el molde o matriz y
efectuar con ello un sinterizado al menos parcial
del material sinterizable, caracterizado porque
el elemento de pared o cada uno de dichos elementos de pared estan hechos, al menos predominantemente, de material calentable por micriondas
que tiene un factor de pérdida dieléctrica ε”eff a
la frecuencia de dicha radiación de microondas de
por lo menos 0,1 y que tiene una conductividad
térmica de por lo menos 10 Wm−1 K−1 .
2. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque el o cada uno de los elementos de pared tienen un parámetro de resistencia
al choque térmico R de por lo menos 10.
3. Un método según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el material calentable por
microondas comprende material cerámico.
4. Un método según la reivindicación 3, caracterizado porque el material cerámico es carburo de silicio.
5. Un método según la reivindicación 4, caracterizado porque el carburo de silicio se produce sometiendo una masa de carbono o grafito
poroso a reacción con un vapor que contiene silicio.
6. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
el material sinterizable es material calentable por
microondas.
7. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
molde tiene elementos de pared machos y hembras
que están adaptados para formar un producto tubular entre los mismos, siendo uno solo de tales
elementos de pared calentable por microondas.
8. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
material sinterizable se mezcla con un agente espumante o expansionante quı́mico.
9. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
material sinterizable se introduce en el molde o
matriz en forma de capas separadas del mismo
que tienen distintas propiedades de sinterizado.
10. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
el molde o matriz se hace girar durante el sinterizado con el fı́n de efectuar la rotación biaxial de
dicho material sinterizable.
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11. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque diferentes partes del molde o matriz están hechas de
diferentes materiales calentables por microondas
que, respectivamente, son sensibles a la radiación
de microondas en distintos grados.
12. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
dicho producto es un elemento de núcleo autosoportante (10,20) adaptado para soportar una
bobina textil.
13. Un método según la reivindicación 12, caracterizado porque se enrolla un filamento o hilo
sobre la superficie del elemento de núcleo (10,20)
para formar una bobina textil.
14. Un método según la reivindicación 13, caracterizado porque al menos una porción (11,21)
del elemento de núcleo (10,20) es porosa, sometiéndose el filamento o hilo enrollado a un
lı́quido de tratamiento que pasa a través de los
poros de dicha porción (11,21).
15. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque al
menos una porción extrema del núcleo (18, 30,
31) es prácticamente no porosa.
16. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque el elemento de núcleo (10, 20) está formado para contraerse axialmente y/o radialmente cuando se somete a presión axial y/o radial, respectivamente.
17. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el
producto es un cono para tráfico cuya base está
formada de una mezcla de balasto y material polimérico.
18. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
el material sinterizable comprende vı́drio soluble.
19. Un molde para utilizarse en la producción de un producto al menos parcialmente sinterizado, mediante el método que comprende introducir material sinterizable en el molde y someter el molde y el material sinterizable a radiación
de microondas a una frecuencia predeterminada,
con el fı́n de calentar el molde y efectuar ası́ un
sinterizado al menos parcial del material sinterizable, caracterizado porque tiene al menos un
elemento de pared calentable por microondas que
está hecho, al menos predominantemente, de material calentable por microondas que tiene un factor de pérdida dieléctrica εeff a la frecuencia de
microondas predeterminada de por lo menos 0,1
y que tiene una conductividad térmica de por lo
menos 10 Wm−1 K−1 .
20. Un molde o matriz según la reivindicación
19, caracterizado porque incorpora la restricción de cualquiera de las reivindicaciones 2-5, 7 u
11.
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