procedimiento para la fabricacion por centrifugado de tubos

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OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
11 Número de publicación: 2 209 814
51 Int. Cl. : B29C 31/00
7
ESPAÑA
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TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA
T3
86 Número de solicitud europea: 00903589 .0
86 Fecha de presentación: 19.01.2000
87 Número de publicación de la solicitud: 1187713
87 Fecha de publicación de la solicitud: 20.03.2002
54 Título: Procedimiento para la fabricación por centrifugado de tubos de plástico reforzado con fibra de vidrio.
30 Prioridad: 22.01.1999 DE 199 02 456
18.06.1999 DE 199 27 954
25.10.1999 DE 199 51 316
45 Fecha de publicación de la mención BOPI:
73 Titular/es: C-Tech Ltd.
Diplomat Tower, Building 315,
Road 1705, Block 317
P.O. Box 11753
Diplomatic Area, Manama, BH
72 Inventor/es: Carlström, Börge
01.07.2004
45 Fecha de la publicación del folleto de la patente:
74 Agente: Dávila Baz, Ángel
ES 2 209 814 T3
01.07.2004
Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín 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 fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
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ES 2 209 814 T3
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la fabricación por centrifugado de tubos de plástico reforzado con fibra de vidrio.
La invención se refiere a un procedimiento y a una
instalación para la fabricación de tubos de plástico reforzado con fibra de vidrio, centrifugados, donde se
introduce resina líquida endurecible, que puede contener un material de relleno, junto con fibras de vidrio
y aditivos para el endurecimiento, a ser posible también con arena, en una matriz giratoria.
Durante la fabricación de tubos de plástico reforzado con fibra de vidrio, centrifugados, especialmente cuando se utilizan resisten de poliéster rellenas, las
resistencias anulares a largo plazo son muy reducidas.
Un objeto de esta invención es mejorar la rigidez anular a largo plazo.
En procedimientos conocidos para la fabricación
de tubos de plástico reforzado con fibra de vidrio, centrifugados, rellenos de arena, el tiempo de fabricación
es muy largo. Esto está relacionado con el hecho de
que el brazo de inyección, con el que se introduce el
material en las matrices giratorias, es conducido entre
diferentes estaciones, y el tiempo de endurecimiento
es largo.
En el documento CH 684 326 se describe un procedimiento, en el que se utiliza agua caliente para calentar la matriz centrífuga entre 40ºC y 50ºC, debiendo conseguir, en la variante del procedimiento descrita en el documento FR 2 684 917 A, en el transcurso de 90 segundos una temperatura de la matriz
entre 60ºC y 70ºC. Debido al desarrollo exotermo de
la reacción de endurecimiento, se produce un calentamiento de la matriz por encima de 50ºC. Pero durante el endurecimiento, la temperatura en la parte exterior del tubo permanece igual a la temperatura de
la matriz, es decir, entre 50ºC y 60ºC aproximadamente. Sin embargo, en la parte interior del tubo, la
temperatura se eleva entre 80ºC y 120ºC. De esta manera se obtiene un endurecimiento muy bueno en la
parte interior del tubo, pero un endurecimiento malo en la parte del tubo, donde el calor ha pasado a la
matriz.
Se ha mostrado en la práctica que es difícil mantener el tiempo de gelificación en la zona de la pared
interior tan corto como es necesario, para que el espesamiento en las capas más exteriores no llegue a ser
demasiado alto. En efecto, si el espesamiento es demasiado alto, se puede alcanzar el contenido de vidrio
de 70% en peso e impedir de esta manera un endurecimiento bueno.
En el documento DE 35 10 626 A se describe un
procedimiento para la fabricación de tubos de plástico reforzado con fibra de vidrio, centrifugados, en el
que la distribución de arena utilizada como material
de relleno y de fibras de vidrio es tal que en la zona
exterior del tubo 20 puede estar dispuesto entre 20 y
70% en peso y en la zona interior entre 30 y 80% en
peso de las fibras de vidrio. Por lo tanto, en el caso de
un contenido total, indicado como ejemplo, de 1,7%
de fibras de vidrio, 20,7% de resina y 77,6% de arena,
se consigue que en virtud de la utilización de arena,
el contenido de fibras de vidrio en la parte interior del
tubo sea menor que en las capas exteriores correspondientes del tubo.
La invención tiene el cometido de posibilitar la fabricación de tubos de plástico reforzado con fibras de
vidrio según el procedimiento de centrifugación con
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tiempo de fabricación muy corto, además con buena
calidad.
Este cometido se soluciona en un procedimiento
con las características de la reivindicación 1. Las variantes ventajosas del procedimiento son objeto de las
reivindicaciones dependientes.
Por lo tanto, objeto de la invención es un procedimiento para la fabricación de tubos de plástico reforzado con fibras de vidrio, centrifugados, donde se
introduce resina líquida endurecible, que puede contener un material de relleno, junto con fibras de vidrio y aditivos para el endurecimiento, posiblemente
también con arena, en una matriz giratoria. La matriz
tiene, durante la introducción de las materias primas,
una temperatura entre 40ºC y 70ºC y la capacidad térmica de la matriz es tan alta que la temperatura de la
matriz no se reduce bajo la influencia de las materias
primas, es decir, con su incorporación, más que 10ºC.
Para el calentamiento de la matriz se utiliza agua caliente, que se pulveriza sobre la matriz después del
inicio de la reacción exoterma de la resina, para mantener la temperatura de la matriz al menos en 60ºC,
hasta que se extrae el tubo.
Durante la realización del procedimiento según la
invención, el tiempo de fabricación es muy corto y
proporciona una calidad mejorada de los tubos especialmente debido a su endurecimiento uniforme.
El agua caliente puede tener un intervalo de temperaturas entre 55ºC y 80ºC durante la aplicación de
esta variante del procedimiento.
Con preferencia, la matriz tiene una temperatura
entre 55ºC y 75ºC antes de la introducción de las materias primas.
Según una variante preferida del procedimiento
según la invención, la temperatura del agua caliente y
la duración de la inyección se eligen para que la temperatura de la matriz se mantenga al menos en 70ºC
hasta que se extrae el tubo.
La capacidad para la fabricación de los tubos es
elevada, como se describe más adelante:
a) a través de la utilización de una temperatura de
endurecimiento, de una técnica de transmisión
de calor y de un sistema para el endurecimiento, que proporcionan un endurecimiento rápido
sin formación de grietas;
b) a través de la utilización de una instalación,
donde la máquina de inyección tiene una posición fija y las máquinas centrífugas son conducidas con las matrices de tal forma que una
máquina se coloca detrás de la otra en posición
de inyección.
Se consigue la mejora de la calidad de los tubos
porque se utiliza una mezcla de resina de poliéster con
alto contenido en material de relleno, pero en diferentes capas en el tubo se diluye la mezcla con resina
pura, de manera que las capas correspondientes contienen menos material de relleno.
De manera ventajosa, la capacidad térmica de la
matriz es tan alta que la temperatura de la matriz no
se reduce más que 10ºC bajo la influencia de las materias primas.
A través del control de la temperatura de la matriz
se aprovecha en primer lugar el calor de la matriz para
calentar las materias primas introducidas. Durante el
proceso de endurecimiento se transmite calor a la matriz. Con el inicio de la retracción del tubo se mantiene
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la mayor parte del calor de reacción en el tubo.
Además, en el caso de fabricación continua de los
tubos, el nuevo inmediatamente después del antiguo,
en una variante preferida del procedimiento, se inyecta agua poco antes del desmoldeo de los tubos sobre
la matriz, de manera que la matriz alcanza la misma
temperatura que es necesaria durante la fabricación
del tubo nuevo.
Con estas medidas, la temperatura de endurecimiento y la técnica de transmisión de calor deben posibilitar un endurecimiento rápido de los tubos sin formación de grietas y una extracción sencilla de los tubos acabados.
Con preferencia, el contenido de fibras de vidrio
se selecciona más elevado en la zona interior del tubo que en la zona exterior. De una manera correspondiente, el contenido de material de relleno es más alto
en la zona exterior. En una variante ventajosa del procedimiento, todas las capas contienen de la zona interior contienen material de relleno, con la excepción de
la capa interior de cubierta. En todas las capas, en las
que están presentes fibras de vidrio con orientación
en la dirección circunferencial, está presente también
material de relleno, con preferencia al menos 40%.
Los tubos producidos según la invención tienen
una rigidez anular mejorada a largo plazo.
A través del empleo de fibras de vidrio largas, es
decir, fibras de vidrio con una longitud no mayor que
50 mm, con preferencia no mayor que 75 mm, se puede mejorar esta propiedad. Con preferencia, se utilizan en la zona interior fibras de vidrio, cuya longitud
es mayor que la de las fibras de vidrio utilizadas en la
zona exterior del tubo. A través del empleo de fibras
de vidrio largas se pueden producir tubos con presiones de reventón más elevadas. Sin embargo, los tubos
tienen al mismo tiempo una resistencia axial más reducida.
En el caso de diámetros pequeños de los tubos,
aproximadamente hasta 400 mm, la resistencia axial
puede ser demasiado reducida, especialmente en tubos con presiones nominales reducidas. Por lo tanto,
es ventajoso utilizar fibras de vidrio más largas solamente sobre el lado interior y fibras de vidrio cortas,
con una longitud entre 25 y 50 mm sobre el lado exterior.
De manera ventajosa, la introducción de la resina de poliéster en la mezcla de material de relleno y
resina de poliéster puede tener lugar cuando la capa
del núcleo se produce con arena en el centro del tubo. En otro ejemplo de realización de la invención, la
introducción de resina de poliéster y/o estireno en la
mezcla de material de relleno y resina de poliéster tiene lugar cuando las capas reforzadas se producen en
la parte interior del tubo.
La invención se describe a continuación por medio
de ejemplos y con la ayuda de los dibujos, sirviendo
esta representación para la explicación de la invención, pero ésta no debe limitarse con las indicaciones concretas, de la misma manera que la invención
no debe estar limitada a las combinaciones concretas
de características concretas descritas en las reivindicaciones dependientes.
En este caso:
La figura 1 muestra de forma esquemática la disposición de la máquina de inyección y de la máquina
centrífuga con dos matrices para dos posiciones del
procedimiento.
La figura 2 muestra de forma esquemática la dis-
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posición de la máquina de inyección y de la máquina
centrífuga con res matrices para tres posiciones del
procedimiento.
La figura 3 muestra un diagrama, que muestra la
curva de la temperatura a una temperatura del molde
de 55ºC.
La figura 4 muestra un diagrama similar a la figura
3, que muestra la curva de la temperatura sin presencia de material de relleno.
La figura 5 muestra un diagrama similar a las figuras 3 y 4, que muestra la reducción de la reactividad a
través de la reducción de aceleradores.
La figura 6 muestra un diagrama, que muestra la
curva de la temperatura durante la fabricación del tubo para diferentes alturas de medición.
La figura 7 muestra un diagrama, que muestra la
curva de la temperatura en diferentes tiempos de inyección, y
La figura 8 muestra un ejemplo para una parte de
un plano de guía de una instalación que trabaja según
el procedimiento de acuerdo con la invención para la
fabricación de tubos de plástico reforzado con fibras
de vidrio, centrifugados.
La figura 9 muestra con la ayuda de la tabla 1 la
representación del contenido de fibras de vidrio en la
estructura de capas de un tubo según el ejemplo 1.
La figura 10 muestra con la ayuda de la Tabla 2 la
representación del contenido de resina y de material
de relleno en la estructura de capas de un tubo según
el ejemplo 2.
La figura 11 muestra con la ayuda de la Tabla 3 la
representación del contenido de resina, de material de
relleno y de fibras de vidrio en la estructura de capas
de un tubo según el ejemplo 6, y
La figura 12 muestra con la ayuda de la Tabla 4 la
representación del contenido de material de relleno,
de la mezcla de resina y material de relleno, de arena
y de fibras de vidrio en la estructura de capas de un
tubo según el ejemplo 7.
Ejemplo 1
Se hace referencia a la figura 1. Las matrices (M)
están montadas sobre un carro (W). El carro se puede
conducir sobre carriles en la dirección que muestran
las flechas. La máquina de inyección (E) está montada y se puede mover también sobre carriles, de manera que la lanza (L) se puede introducir en la matriz y
sacar fuera de ésta. En este ejemplo, dos matrices con
diámetro nominal DN 800 han sido montadas sobre el
carro. Se transportan materias primas según el ejemplo 4, de manera que se obtienen ocho capas con propiedades diferentes. El peso de la matriz es 600 kg/m
con una capacidad térmica de 66 kcal/m. La capacidad térmica de las materias primas es 26 kcal/ºC/m
con una temperatura media de 35ºC. La matriz es calentada a una temperatura de 65ºC con la ayuda de
agua caliente pulverizada sobre el lado exterior de la
matriz, antes de que las materias primas sean introducidas por capas. Debido a la capacidad térmica grande
de la matriz, las materias primas así como la matriz
mantienen una temperatura de 56ºC.
A la cabeza de la lanza existen dispositivos de
mezcla, con los que se pueden introducir catalizadores, aceleradores, inhibidores y resinas de poliéster,
que han sido alimentados por separado, en la mezcla
de resina de poliéster y material de relleno, con lo que
se puede ajustar una reactividad diferente de la mezcla de material de relleno. Para la capa exterior de los
tubos se ajusta una reactividad alta, de manera que es3
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ta capa reacciona rápidamente y se gelatiniza bajo la
influencia del calor de la matriz. Para la capa siguiente se ajusta una reactividad más reducida. Luego en
las capas siguientes se eleva la reactividad de forma
escalonada con la excepción de la capa de cubierta interior. Las capacidades de transporte para las materias
primas están seleccionadas de manera que el tiempo
total para la introducción de las materias primas es de
siete minutos. Al cabo de ocho minutos, se desplaza
el carro, de tal forma que la matriz M2 llega a la posición de inyección (posición B). Aquí existe la posibilidad de extraer aire a temperatura ambiente a través
del primer tubo, para que no se produzcan grietas en
el interior del tubo. Al cabo de cinco minutos en la posición B, se pulveriza agua caliente desde el exterior
sobre la matriz, de manera que la matriz alcanza una
temperatura de 65ºC. Después de un tiempo total de
16 minutos, se lleva el carro a la posición de partida,
donde se extrae el tubo. Después de la extracción del
tubo, se inicia de nuevo el ciclo. Antes de que el carro
llegue a la posición B, se lleva la matriz M2 con agua
caliente a 65ºC. En la posición B, se extrae el tubo de
la matriz M2 y se produce un tubo nuevo.
El tiempo de fabricación para un tubo es de 18
minutos, por lo que la capacidad de fabricación es de
160 tubos cada 24 horas.
Ejemplo 2
Sobre el carro del ejemplo 1 se montaron tres matrices DN 500, como se muestra en la figura 2. Antes
de que la matriz M-1 llegue a la posición de inyección, se calienta a 65ºC. L tiempo de inyección es de
4 minutos. Al mismo tiempo se calienta la matriz-M2
a 65ºC. Después de que las materias primas han siso
introducidas en la matriz M-2, se lleva la matriz M3 a la posición de inyección, ver la posición B en la
figura 2. En este caso se lleva la matriz M-1 a través
de pulverización de agua caliente a 65ºC. El tubo es
extraído, antes de que la matriz M-1 retorne a la posición de inyección, en la que se introducen las materias
primas.
El tiempo de ciclo es de 18 minutos y la capacidad
de 225 tubos cada 24 horas. La estructura del tubo se
muestra en el ejemplo 5.
Ejemplo 3
Sobre el carro descrito anteriormente se montaron
cuatro matrices DN 300. El procedimiento de fabricación es similar a las descripciones de los ejemplos
1 y 2 con extracción del tubo en la posición de inyección y con dos posiciones separadas para la pulverización de agua caliente, siendo calentadas las matrices a
70ºC. La capacidad de fabricación de tubos es de 300
tubos cada 24 horas.
A continuación se explica todavía en detalle el
nuevo procedimiento. Durante la introducción de las
materias primas se alimenta calor rápidamente desde
la matriz al material. Para no perder demasiado calor
en la matriz, la capacidad térmica de la matriz debe
ser tan alta que la pérdida de temperatura (tal vez bajo
la influencia de las materias primas) es como máximo
10ºC. El endurecimiento de los tubos se inicia a través
de la transmisión de calor desde la matriz. El agua caliente no se utiliza para iniciar la reacción de la resina
de poliéster, como se describe en la patente suiza 684
326, sino para acondicionar la matriz a la temperatura
correcta. Se pueden utilizar otras fuentes de calor, por
ejemplo aire caliente.
En la primera fase del endurecimiento se transmite calor rápidamente a la matriz. Más tarde, cuando el
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tubo comienza a retraerse, se mantiene la mayor parte
del calor de reacción en el tubo. De esta manera se
obtiene una elevación de la temperatura en el tubo. El
alcance de la retracción es mayor cuanto más grandes
son los tubos y se puede influir especialmente sobre
ella desde el sistema de endurecimiento especialmente en el caso de diámetros grandes. A través de la elevación de la reactividad en la capa exterior se produce
una mayor retracción en el tubo fuera de la matriz que
en la dirección longitudinal. De esta manera, se puede
extraer el tubo más rápida y más fácilmente.
El instante en el endurecimiento, en el que tiene
lugar la retracción, tiene una influencia grande sobre
la temperatura máxima del tubo (“pico de temperatura
exoterma”):
En el ejemplo 1, la temperatura sería aproximadamente 96ºC, si permaneciese la cantidad total de calor
en el tubo. Debido a la retracción grande en mm, en
función del diámetro grande, solamente pasa aproximadamente un 25% de la cantidad de calor desarrollado a la matriz, que alcanza entonces una elevación
de la temperatura de 56ºC a 60ºC. La cantidad de calor que permanece en el tubo eleva la temperatura del
tubo a 86ºC aproximadamente.
La pulverización de agua caliente sobre la matriz
antes de la extracción del tubo tiene lugar en este caso
para elevar la temperatura de la matriz.
Pero en el ejemplo 3 se conduce aproximadamente el 50% de la cantidad de calor desarrollado a la
matriz, donde se eleva la temperatura a 75ºC. En este
caso, la pulverización de agua sirve para conducir calor desde el tubo a la matriz para evitar que se eleve
excesivamente la temperatura en el tubo.
Es importante seleccionar las relaciones de tal forma que no se exceda la temperatura del tubo de 100ºC,
para que no se produzcan grietas en el lado interior
del tubo. Esto se garantiza a través de la selección de
parámetros adecuados como la capacidad térmica de
la matriz, la temperatura del agua, el instante de la
retracción y la entalpía del sistema de resina de poliéster, por ejemplo la cantidad de material de relleno
en la resina.
Explicaciones
En los ejemplos, sobre el carro están montadas
matrices con los mismos diámetros nominales (DN),
DN 800, DN 500 y DN 300 (las indicaciones numéricas son en mm, respectivamente). También se pueden montar al mismo tiempo diámetros diferentes, por
ejemplo:
DN 900, DN 800
DN 600, DN 500, DN 400
DN 350, DN 300, DN 250, DN 200
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El nuevo procedimiento con la máquina de inyección en una posición fija ofrece ventajas con respecto
al procedimiento habitual donde la máquina de inyección es desplazada a posiciones fijas con respecto a
las máquinas centrífugas. La alimentación de materias primas es mucho más sencilla.
Otra ventaja es que la extracción de los tubos tiene
lugar en una posición fija, donde se puede instalar un
equipo auxiliar. A ello hay que añadir que la inyección de agua tiene lugar también en posiciones fijas y
no se forma para cada máquina centrífuga.
Los ejemplos siguientes muestran cómo se mejora
la calidad de los tubos.
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Ejemplo 4
El tubo DN 800 en el ejemplo 1 es un tubo de
varias capas PN 10 (presión nominal: 9,8 bares), DN
10000 (rigidez nominal: 10.000 N/m2 ) y tiene 8 capas,
como se muestra en la Tabla 1.
Tubos similares se describen en el documento EP
0 360 758 A.
Debido a la reactividad grande en las capas 6 y
7, el contenido en fibras de vidrio en estas capas en
muy reducido. Para mejorar el espesamiento de estas
capas, se introduce resina de poliéster sin material de
relleno para estas capas en la mezcla resina de poliéster y material de relleno. De esta manera se reduce el
contenido en material de relleno en la resina de poliéster de 150 partes en peso por 100 partes de resina
a 100 partes en peso. El contenido de vidrio en la capa
6 se eleva del 20% al 25% y en la capa 7 del 15% al
20%. De esta manera, se eleva la deformación de la
presión de cresa del 12% al 20%.
Si se utiliza todavía más resina pura, de manera
que se reduce el contenido en material de relleno al
33% en pesio, y al mismo tiempo se eleva en una medida esencial la velocidad de rotación de la matriz,
entonces se eleva el contenido en fibras de vidrio al
55% en peso y al 50% en peso, respectivamente. La
deformación de la presión de cresta se eleva de esta
manera al 35%. Se reduce en gran medida el consumo de resina de poliéster.
Ejemplo 5
El tubo DN 500 en el ejemplo 2, cuya estructura
de capas se muestra en la Tabla 2, es un tubo de desagüe para utilizaciones sin presión interior, SN 10000.
La rigidez anular de larga duración del tubo es bastante baja debido a un contenido en fibras de vidrio en la
capa del núcleo del tubo así como debido a un porcentaje grande de esta capa del 40% del espesor total de
la pared del tubo. Por razones de costes, el contenido
en material de relleno en las capas 2 y 5 es bastante
alto.
Se introduce resina pura en la mezcla de material
de relleno y resina de poliéster cuando se produce la
capa 4. Al mismo tiempo se utiliza más fibra de vidrio. De esta manera se modifica la composición de la
capa 4 de la siguiente manera:
Resina pura del 15% al 20%
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Fibra de vidrio del 4% al 8%
Material de relleno del 30% al 25%
Arena del 51% al 47%
De esta manera, se duplica la rigidez anular a largo plazo.
Ejemplo 6
Se fabricó un tubo DN 25 sin arena, sino solamente con fibra de vidrio, mezcla de material de relleno y
resina de poliéster y una resina de poliéster flexible.
Por cada 100 partes en peso de resina de poliéster se
utilizaron 250 partes de resina de relleno. La estructura del tubo se muestra en la Tabla 3.
Para conseguir tal estructura del tubo, deben modificarse la viscosidad de la mezcla de material de relleno y resina de poliéster en las capas individuales así
como el contenido en material de relleno. Por razones
de costes, es importante que la capa 3 contenga pocas
fibras de vidrio y mucho material de relleno, porque
no está presente arena. La fabricación del tubo se realiza como se describe más adelante.
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Se transporta de una manera continua la mezcla
madre mencionada de 250 partes en peso de material
de relleno sobre 100 partes en peso de resina de poliéster hacia la máquina de inyección, pero se diluye
en la cabecera de la lanza con resina de poliéster y
estireno.
En la capa 1 se utiliza la mezcla madre. En la capa
2 se combina la mezcla madre con la resina de poliéster, de manera que la mezcla contiene 33% de la
resina de poliéster y la viscosidad es 5000 Centipoise.
En la capa 3 se utiliza la mezcla madre. En la capa 4
se combina la mezcla madre con estireno y resina de
poliéster, de manera que la viscosidad es 1000 Centipoise.
Ejemplo 7
En la fabricación del tubo del ejemplo 4 se introduce para la capa de cubierta en la mezcladora a la
cabeza de la lanza un poliisocianato a base de difenilmetano diisocianato. El tubo producido de esta manera tiene una resistencia mejorada al agua.
Para conseguir un efecto óptimo del isocianato, la
concentración del isocianato debe estar en el orden de
magnitud de 4 a 6% en peso. Por lo tanto, por razones
de costes, es conveniente introducir la capa de cubierta en dos capas, la primera capa con dos tercios de la
cantidad y a continuación un tercio con 6% de isocianato.
La incorporación de isocianatos en la resina de la
capa de cubierta es recomendable también cuando el
sistema de un tubo de plástico reforzado con fibra de
vidrio (GFK) es tratado posteriormente en el interior
con isocianato. Una combinación de este tipo proporciona resultados excelentes.
A continuación se explican otros ejemplos haciendo referencia a la Tabla 4, que muestra un ejemplo de
un tubo de varias capas. En la capa 3 de este tubo,
las fibras más cortas han obtenido menor orientación
circunferencial.
Ejemplo 8
Se calentó una matriz centrifugadora DN 1400 a
40ºC. Todas las mezclas de resina y material de relleno se ajustaron a un tiempo de gelificación de 15
minutos. Luego se introdujeron todas las capas según
la estructura mostrada en la tabla y a continuación se
inyectó en la matriz en el transcurso de tres minutos
agua caliente que tenía una temperatura de 65ºC. Se
extrajo el tubo al cabo de 30 minutos.
Ejemplo 9
Se calentó una matriz centrifugadora DN 1400 a
45ºC. El número de las capas en este ejemplo era 36
en lugar de 9. El tiempo de gelificación de las capas
1 a 8 era 12 minutos, el de las capas 11 a 25 era 10
minutos y el de las capas 26 a 36 era 7 minutos. Al
cabo de 10 minutos se pudo extraer el tubo.
El contenido de material de relleno de las mezclas
de resina y material de relleno utilizada para el tubo
segundo el ejemplo 9 era 40% en lugar de 60%. Con
un tubo de este tipo se puede obtener un endurecimiento más rápido.
Ejemplo 10
Se inyectó agua caliente con una temperatura de
80ºC a una matriz centrifugadora DN 1800 hasta que
la temperatura de la matriz era 75ºC. Luego se introdujeron las materias primas para producir un tubo de
plástico reforzado con fibras de vidrio (GFK) con un
espesor de pared de 40 mm. La capacidad térmica de
la matriz no era demasiado alta, de manera que se pudo limitar la caída de la temperatura a 10ºC. Por lo
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tanto, se redujo la temperatura de la mezcla de material de relleno a 50ºC, sin embargo era suficientemente alta para iniciar una reacción exoterma. Para
impedir que la temperatura permaneciera en 50ºC en
el lado exterior del tubo, se inyectó de nuevo sobre la
matriz en el transcurso de cinco minutos después de
la introducción de las materias primas agua caliente a
una temperatura de 80ºC, de manera que se mantuvo
la temperatura de la matriz en 70ºC.
Ejemplo 11
Se pulverizó una matriz centrifugadora DN 200
con agua caliente, hasta que la temperatura de la matriz era 55ºC. Las materias primas para un tubo PN
10, SN 5000 se introdujeron a temperatura ambiente. La temperatura de la matriz se redujo a 45ºC. La
reacción de endurecimiento exoterma elevó la temperatura de la matriz a 50ºC. Para elevar la temperatura
de la matriz y para conseguir un endurecimiento bueno en el lado exterior del tubo, se inyectó la matriz
cinco minutos después de la terminación de la entrada del material en el transcurso de dos minutos con
agua caliente, que tenía una temperatura de 70ºC, de
manera que la temperatura de la matriz permanecía al
menos en 60ºC.
En los tubos de plástico reforzado con fibra de vidrio (GFK), el contenido de fibras de vidrio en las
capas reforzadas es menor sobre el lado interior que
sobre el lado exterior, especialmente donde existe una
capa de arena en el centro del tubo. Cuando se eleva
con el procedimiento el contenido de fibras de vidrio,
se pueden hacer estas capas más finas y se reducen los
costes del material. Además, se produce menor fluencia en los tubos en el caso de tendido en la tierra. Se
eleva la resistencia a la presión de cresta.
Es conveniente realizar estudios de laboratorio para ajustar las reactividades de las diferentes capas. Tales estudios se llevaron a cabo en moldes, en los que
la parte inferior era de pared gruesa y se ajustó el espesor de acuerdo con matrices determinadas. A continuación se explican los resultados de los estudios,
que se llevaron a cabo en un molde de acuerdo con
DN 300 con un espesor de la pared de la matriz de
12,5 mm.
Como catalizador se empleó una mezcla de peróxido de acetilacetona con t-butilperoxibenzoato. La
cantidad era normalmente 1,5% calculada como resina pura. Como acelerador se utilizó en parte acelerador de cobalto, para llevar a reacción al peróxido
de acetilacetona y se utilizó N,N-dietilacetoacetamida
para llevar a reacción el butilperoxibenzoato. El acelerador de cobalto contenía 1% de Co y se utilizó en
cantidades de 1 a 3% sobre resina pura. La dietilacetoacetamida (promotor D) se empleó en cantidades de
0,2 a 0,6%.
En la figura 3 se muestra la curva de la temperatura a una temperatura del molde de 55ºC. Se utilizaron
150 partes de material de relleno sobre 100 partes de
resina pura: 200 g de Resapol A034, 300 g de material de relleno EXP DPR, 3 ml de catalizador, 0,6 ml
de promotor D (promotor D) y 3,2 ml de Co (1%).
El espesor de pared de la mezcla endurecida era 10
mm. Las mediciones de la temperatura se realizaron
en diferentes zonas, designando en las leyendas de ésta como también de las figuras siguiente f el molde, m
el centro, b el fondo y ns una zona en la proximidad
de la superficie.
En la figura 4 se muestra una comparación para ilustrar la curva de la temperatura en ausencia de
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material de relleno. Se utilizaron: 220 g de Resapol
A034, 2 ml de catalizador, 0,6 ml de promotor D 7
3,2% de Co (1%). La temperatura se elevó muy rápidamente a 200ºC en lugar de a 110ºC en presencia de
material de relleno.
Además, se ilustra en la figura 5 el comportamiento de tiempo de la reactividad en el caso de reducción de aceleradores. Se utilizaron: 220 g de Resapol
A034, 300 g de material de relleno EXP DRP, 3 ml de
catalizador, 0,6 ml de promotor D y 1,6% de Co (1%).
La reactividad de la mezcla de material de relleno se
puede reducir a través de la reducción del acelerador.
La figura 6 muestra estudios que corresponden a
la fabricación de tubos DN 700. Se utilizó una mezcla
de resina, material de relleno y arena, siendo substituidas las fibras de vidrio por arena en una cantidad
que corresponde a la capacidad térmica de las fibras
de vidrio: 220 g de Resapol A034, 239 g de material de relleno Calcita Florada, 121 g de arena, 3 ml
de catalizador, 0,6 ml de promotor D y 2m,4% de Co
(1%). La temperatura se midió en siete alturas diferentes, estando referidas las indicaciones de la altura
al fondo, es decir, que se midieron desde allí.
La figura 7 muestra estudios con resina, material
de relleno, arena y fibras de vidrio en una composición que corresponde a un tubo con DN 700 PN, SN
4000, incluida la capa de cubierta.
A partir de lo anterior resulta lo siguiente:
A temperaturas elevadas de la matriz deberían utilizarse catalizadores que reaccionan a temperaturas
elevadas. A temperaturas de la matriz por encima de
60ºC, es conveniente utilizar solamente t-butil-perbenzoato, y a temperaturas inferiores a 55ºC es conveniente la utilización de peróxido de metilisobutilcetona. La utilización de temperaturas elevadas proporciona una mejora del endurecimiento en el lado exterior
del tubo. En el caso de utilización de una mezcla de
catalizadores, uno de los cuales reacciona a baja temperatura y el otro reacciona a una temperatura elevada, se prolonga el tiempo de endurecimiento. No obstante, la temperatura exoterma es más baja y, por lo
tanto, se reduce el peligro de una formación de grietas en la capa interior de cubierta.
A través de estudios del tipo mencionado anteriormente se establecieron recetas para diferentes capas
en los tubos, de manera que las capas sobre el lado interior del tubo se endurecen exactamente con la misma rapidez que las capas sobre el lado exterior del
tubo, aunque han sido introducidas más tarde en la
matriz. En el ejemplo 9, el tiempo de inyección era 12
minutos y el número de las capas era 36. En muchas
capas hubo que ajustar la reactividad de otra manera,
sin modificar el tiempo de gelificación. Para conseguir
un cierto tiempo de gelificación, una capa con arena y
mucho material de relleno debe ser más reactiva que
una capa sin arena y con poco material de relleno.
Cuando el tiempo de inyección es largo, tal vez
porque las prestaciones de las bombas son bajas o los
tubos tienen paredes gruesas, puede suceder que se
eleve la temperatura durante la entrada de las materias
primas. En tales casos, debe reducirse la reactividad
de las mezclas. No obstante, en virtud de las temperaturas elevadas se consigue un tiempo de gelificación
más corto y una reacción más rápida.
La reactividad de la mezcla se puede reducir añadiendo inhibidor en lugar de un acelerador a la resina
de poliéster en la cabecera de la lanza.
La figura 7 muestra estudios de mezclas de resina
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y material de relleno para un tubo con DN 700, PN
10, SN 10000, siendo registradas las temperaturas para las mezclas en diferentes tiempos de inyección. La
formación de gel se inicia a una temperatura de 50ºC.
Las dos primeras capas tienen un tiempo de gelificación de 4 a 5 minutos. Este tiempo de gelificación se
prolonga todavía cuando se añaden al mismo tiempo arena y fibras de vidrio. Por lo tanto, estas capas
deberían hacerse todavía más reactivas. El tiempo de
gelificación de las capas medias es tal vez demasiado corto. Estas capas contienen muchísima arena, con
lo que se prolonga el tiempo de gelificación. Las últimas capas tienen tiempos de gelificación demasiado
cortos y aquí debe reducirse la reactividad. La temperatura exoterma es demasiado alta. Pero se reduce en
una medida esencial cuando se añaden arena y fibras
de vidrio al mismo tiempo.
Las reactividades de las capas individuales se
ajustan en parte utilizando diferentes catalizadores en
cantidades diferentes. Es conveniente la utilización de
una bomba de catalizadores con dos catalizadores o
mezclas de catalizadores diferentes. Uno de los catalizadores reacciona a baja temperatura y el otro a tem-
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peratura elevada. El catalizador con la temperatura de
reacción más elevada es utilizado entonces en la zona
extrema de la temperatura de inyección, cuando en el
caso de tiempos de inyección prolongados, la temperatura llega a ser tan alta que la resina o la mezcla de
resina y material de relleno alcanzarían un tiempo de
gelificación demasiado corto y las fibras de vidrio se
podrían impregnar muy mal.
La reactividad se puede ajustar también con el
procedimiento que se describe a continuación: se utiliza una mezcla de material de relleno y resina con alto contenido de material de relleno, por ejemplo 200
partes de material de relleno sobre 100 partes de resina. En las diferentes capas se alimenta resina pura
en la mezcladora en la cabecera de la máquina de inyección. La cantidad de resina pura es reducida en las
primeras capas, pero se eleva en las capas sobre el lado interior, de manera que se eleva el contenido en
fibras de vidrio en estas capas. Antes de la alimentación de resina pura se alimenta acelerador (Adic. Co)
a la resina pura (cuerpo) a través de la utilización de
una mezcladora (M) separada, como se ilustra en la
figura 8.
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REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la fabricación de tubos de
plástico reforzado con fibra de vidrio, centrifugados,
donde se introduce resina líquida endurecible, que
puede contener un material de relleno, junto con fibras de vidrio y aditivos para el endurecimiento, a ser
posible también con arena, en una matriz giratoria y
la matriz tiene durante la introducción de las materias
primas una temperatura entre 40ºC y 75ºC, caracterizado porque la capacidad térmica de la matriz es
tan alta que la temperatura de la matriz no se reduce
más que 10ºC con la introducción de las materias primas, se utiliza agua caliente para el calentamiento de
la matriz y después del inicio de la reacción exoterma
de la resina se inyecta agua caliente sobre la matriz,
para mantener la temperatura de la matriz al menos a
60ºC hasta que se extrae el tubo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde
el tubo tiene varias capas, caracterizado porque con
la excepción de las capas de cubierta en el exterior y
en el interior, se ajusta la reactividad de la resina en
las otras capas de tal forma que es más alta en las capas delante de la capa interior de cubierta que en la
capa después de la capa exterior de cubierta.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
donde los tubos se fabrican continuamente, el nuevo
inmediatamente después del antiguo, caracterizado
porque poco antes del desmoldeo de los tubos se inyecta agua caliente sobre la matriz, de manera que la
matriz adquiere la misma temperatura, que es necesaria en la fabricación del tubo nuevo.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la temperatura del
agua caliente y la duración de la inyección se seleccionan para que la temperatura de la matriz se mantenga al menos en 70ºC, hasta que se extrae el tubo.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la resina de poliéster
y/o estireno son mezclados en una mezcladora a la
cabeza de la lanza de la máquina de inyección para
formar la mezcla de material de relleno y resina de
poliéster.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque se añade más resina de poliéster a las
capas sobre el lado interior del tubo que sobre el lado
exterior.
7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque se añade acelerador a la resina de
poliéster a la cabeza de la lanza de la máquina de inyección en diferentes capas, para elevar la reactividad
en estas capas, o se utiliza inhibidor, para reducir la
reactividad.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque se añade una mezcla
de acelerador / resina de poliéster a las capas de arena
en el centro del tubo, para elevar allí la reactividad de
la mezcla de material de relleno.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, donde se utilizan al menos dos bombas de
catalizador con diferentes catalizadores, caracterizado porque en una de las bombas se utiliza un catalizador o una mezcla de catalizadores con reducida
temperatura de reacción y en la otra se utiliza un catalizador o una mezcla de catalizadores con una tem-
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peratura de reacción más elevada y porque el catalizador o la mezcla de catalizadores se utiliza con elevada
temperatura de reacción para obtener un tiempo de
gelificación más elevado.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el contenido de fibras
de vidrio se selecciona más alto en la zona interior del
tubo que en la zona exterior y, con la excepción de
la capa interior de cubierta, todas las capas contienen
material de relleno en la zona interior del tubo.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque donde se utilizan fibras de vidrio
con orientación en la dirección circunferencial, se selecciona un contenido de material de relleno en la resina de poliéster de al menos un 40%.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque en la zona interior
del tubo se utilizan fibras de vidrio, cuya longitud es
mayor que la de las fibras de vidrio utilizadas en la
zona exterior del tubo.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque en la zona exterior
del tubo, en las capas en las que no está presente arena, se utilizan en parte fibras de vidrio cortas y en
parte fibras de vidrio largas.
14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que se incorpora isocianato en la mezcla de resina para la capa de cubierta interior, caracterizado porque en primer lugar se introduce una parte
mayor de la capa de cubierta sin isocianato, luego se
alimenta el resto de la capa de cubierta con isocianato
en una cantidad de 4 a 6% en peso y a continuación
se trata el tubo acabado con isocianato sobre el lado
interior.
15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 14, para la fabricación de tubos de plástico,
centrifugados, donde las materias primas son introducidas por medio de una máquina de inyección en una
matriz giratoria, caracterizado porque la matriz y la
máquina de inyección se pueden mover en el mismo
plano, porque la máquina de inyección trabaja desde
una posición fija y porque la máquina de inyección
está montada sobre un carro, que se desplaza horizontalmente con respecto al movimiento de la máquina
centrífuga.
16. Instalación para la fabricación de tubos de
plástico reforzado con fibra de vidrio, centrifugados,
donde las materias primas son introducidas desde una
máquina de inyección en una matriz giratoria, caracterizada porque la máquina de inyección (L) se puede
mover en una posición fija, pero la máquina centrífuga (M-1, M-2) está montada sobre un carro (W), que
se puede mover transversalmente a la máquina de inyección en el mismo plano, la capacidad térmica de
la matriz es tan alta que la temperatura de la matriz
no se reduce más que 10ºC bajo la influencia de las
materias primas.
17. Instalación según la reivindicación 16, caracterizada porque están previstos dispositivos de inyección, por medio de los cuales las matrices son inyectadas con agua caliente, estando los dispositivos de
inyección en posiciones fijas y no siendo móviles con
las matrices, y porque está prevista una instalación,
por medio de la cual se recoge agua debajo del cabo
en un depósito fijo.
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18. Instalación según la reivindicación 16 ó 17,
caracterizada porque el carro se mueve en un espacio cerrado, existiendo solamente orificios para la en-
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trada de las materias primas y para la extracción de
los tubos así como para puertas, conexiones de tubos
y conexiones de ventilación.
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NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art.
167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de 10 de octubre,
relativo a la aplicación del Convenio de Patente Europea,
las patentes europeas que designen a España y solicitadas
antes del 7-10-1992, no producirán ningún efecto en España en la medida en que confieran protección a productos
químicos y farmacéuticos como tales.
Esta información no prejuzga que la patente esté o no incluida en la mencionada reserva.
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