BR112013021123A2 - método para produzir um membro de tubulação e dispositivo para produzir um membro de tubulação - Google Patents

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BR112013021123A2
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Kazuhiro Ezure
Masao Motonaga
Naoya Mieda
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Sanoh Industrial Co., Ltd.
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Abstract

MÉTODO PARA PRODUZIR UM MEMBRO DE TUBULAÇÃO E DISPOSITIVO PARA PRODUZIR UM MEMBRO DE TUBULAÇÃO. Um objetivo da presente invenção é prover um método para produzir uma tubulação, o qual é capaz de reduzir a quantidade de material termoplástico, sem complicar um dispositivo para produzir uma tubulação. A presente invenção prove um método para produzir uma tubulação, compreendendo um processo de enchimento de material termoplástico para encher uma matriz de moldagem com um material termoplástico e um processo de descarga de material termoplástico para empurrar para fora uma parte não solidificada do material termoplástico na matriz de moldagem usando fluido pressurizado, sendo que o material termoplástico é misturado com um agente de formação de espuma, o método ainda compreende um processo para formação de espuma no material termoplástico enchendo a matriz de moldagem, e o processo de descarregar de material termoplástico é um processo para empurrar para fora uma parte interna do material termoplástico espumoso na matriz de moldagem, usando-se o fluido pressurizado previamente à solidificação da parte interna.

Description

“MÉTODO PARA PRODUZIR UM MEMBRO DE TUBULAÇÃO E DISPOSITIVO PARA PRODUZIR UM MEMBRO DE TUBULAÇÃO” Campo da invenção - A presente invenção refere-se a um método e dispositivo para produzir um membro de tubulação, os quais realizam à * assim chamada moldagem por injeção assistida por fluido tendo um processo de enchimento de material termoplástico para encher uma matriz de moldagem com um material termoplástico e um processo de descarga de material termoplástico para extrusão de uma peça não solidificada de material termoplástico na matriz de moldagem usando-se fluido pressurizado.
Antecedentes da invenção A moldagem por injeção assistida por fluido é conhecida como um método para produzir um membro de tubulação.
As figuras 4 e 5, cada uma, mostra esquematicamente um método para produzir um membro de tubulação de acordo com uma tecnologia convencional na qual a moldagem por injeção assistida por fluido é usada.
A figura 4 é um diagrama mostrando um estado de um material termoplástico em uma cavidade de matriz de moldagem em um processo de enchimento de material termoplástico conforme a tecnologia convencional, sendo que a figura 4(a) é uma digrama em secção transversal longitudinal tomado ao longo da direção axial do material termoplástico na cavidade de matriz, e a figura 4(b) é um diagrama em secção transversal diagonal ao longo de uma direção perpendicular ao eixo do material termoplástico na cavidade de matriz de moldagem. Esses diagramas mostram que à cavidade de matriz de moldagem é enchida com material termoplástico fundido não espumoso. A figura ' 4(c) é um gráfico que mostra esquematicamente uma distribuição de viscosidade n(r) do material termoplástico na cavidade de matriz de moldagem como uma função de uma posição radial r da cavidade de matriz de moldagem. Este gráfico mostra que a viscosidade n do material termoplástico em sua camada mais externa é alta porque a camada mais externa está em contato com uma superfície interna da matriz de moldagem e, portanto, perde seu calor, como um resultado em uma diminuição de . temperatura, e que a viscosidade n em uma parte central do material termoplástico é relativamente baixa porque a . temperatura da mesma permanece alta. A figura 5 é um diagrama mostrando o estado do material termoplástico na cavidade de matriz em um processo de descarga de material termoplástico conforme a tecnologia convencional, sendo que a figura 5(a) é um diagrama em secção transversal longitudinal tomado ao longo da direção axial do material termoplástico na cavidade de matriz, mostrando um estado no qual o material termoplástico, tendo fluido pressurizado introduzido no mesmo e assim tendo baixa viscosidade (alta fluidez) em sua parte central, é empurrado para fora. A figura 5(b) é um diagrama em secção transversal diagonal tomado ao longo da linha p-p da figura 5(a), mostrando que uma parte oca é formada na parte central. Eventualmente, o fluido pressurizado é introduzido sobre todo o comprimento da cavidade de matriz de moldagem e a parte oca é formada na parte central em todas as seções transversais, por meio disso produzindo um membro de tubulação.
O método convencional para produzir um membro de tubulação ilustrado nas figuras 4 e 5 usa uma diferença em viscosidade que é causada por um gradiente de temperatura baseado na distância entre a superfície interna da matriz e o material termoplástico fundido não espumoso enchendo a cavidade de matriz de moldagem ( a diferença em viscosidade entre uma camada altamente ' viscosa na vizinhança de uma superfície de cavidade de matriz de moldagem e uma camada núcleo de baixa Ú viscosidade na parte central do material termoplástico), para empurrar para fora somente o material termoplástico localizado na parte central da cavidade de matriz de moldagem, para produzir um membro de tubulação.
Este método para produzir um membro de tubulação depende do tamanho do membro de tubulação moldado ou no tempo no qual o fluido pressurizado é introduzido.
É difícil . reduzir a espessura do membro de tubulação.
Por esta razão, as especificações de requerimento e as demandas * por redução de peso e por redução de custos de material não podem ser atendidas.
Por exemplo, quando da substituição de uma tubulação metálica de um automóvel com uma tubulação de resina obtida através de moldagem por injeção assistida por fluido, existe um limite no aumento do diâmetro externo da tubulação desde o ponto de vista do formato da tubulação.
Em caso de tubulação de resina na qual a espessura de uma parede de tubulação alcança 15 até 20% do diâmetro externo de um molde, o diâmetro interno da tubulação de resina torna-se pequeno quando o diâmetro externo da mesma é ajustado para ser o mesmo da tubulação metálica, aumentando a queda de pressão.
Consequentemente, um problema em uma tubulação de refrigeração, por exemplo, é que requere-se uma bomba grande cara com alto consumo de energia.
O método convencional, para produzir um membro de tubulação, enche completamente a cavidade de matriz de moldagem com material termoplástico fundido não espumoso primeiro e subsequentemente empurra para fora uma camada núcleo fundida constituindo 60 até 70% da quantidade de enchimento total para formar a parte oca.
Isto gera uma grande quantidade de excesso de material termoplástico a ser empurrado para fora, resultando em um aumento no custo de reciclagem de material termoplástico.
Outro problema é que este método requer uma máquina de moldagem Ú por injeção grande que tem uma unidade injetora com um volume de injeção maior que o volume de um articulo oco : moldado.
Este método, portanto, é considerado não econômico.
A publicação de aplicação de patente japonesa No. 2002- 18911 apresenta um método para moldar uma tubulação de resina tendo uma parte de tubulação dobrada, o método usando o mesmo princípio como o método descrito acima para produzir um membro de tubulação.
O método “ apresentado nesta publicação de patente é um método para moldar uma tubulação de resina, o qual usa uma etapa de . injeção de uma resina fundida em uma cavidade de matriz principal para formar uma superfície exterior de um tubulação de resina e uma etapa de inserção deslizante de molde de uma pluralidade de inserção deslizante de moldes deslizantes até certas posições na cavidade, para moldar uma parte de superfície circunferencial interna extrema de todas as partes de tubulação introduz fluido pressurizado na resina fundida em uma região incluindo uma parte da tubulação dobrada sem os moldes deslizantes através de pelo menos um da pluralidade de moldes deslizantes tendo a região entre, e remove o excesso de resina fundida da região, O excesso de resina fundida sendo empurrado para fora pela introdução do fluido pressurizado através dos outros moldes deslizantes.este método é capaz de moldar com alta acuracidade uma parte extrema de cada parte de tubulação e moldar a tubulação de resina tendo a parte de tubulação obrada como um componente.
Entretanto, este método, também, não é uma tecnologia para fazer a tubulação tão fina quanto possível, a parte de tubulação sendo formada pelo menos pelo fluido pressurizado.
A publicação de aplicação de patente japonesa No. 2002- 141405 apresenta um método para moldar um articulo oco moldado, o qual tem as etapas de introduzir um primeiro material de moldagem em uma matriz de moldagem, introduzir um segundo material de moldagem tendo uma Ú viscosidade diferente daquela do primeiro material de moldagem no primeiro material de moldagem, e em seguida : introduzir gás para formar uma parte oca no segundo material de moldagem.
De acordo com este método, por exemplo, ajustar a viscosidade do primeiro material de moldagem para ser mais alta que aquela do segundo material de moldagem e introduzir o primeiro e o segundo material de moldagem em pequenas quantidades pode aumentar a largura de uma . passagem de gás e o diâmetro na direção da largura da 5 parte oca.
Em outras palavras, este método pode realizar . o efeito de moldar um molde oco fino.
Entretanto, tal configuração na qual diferentes tipos de materiais de moldagem são introduzidos na matriz de moldagem complica pelo menos um dispositivo para a formação da parte oca, assim criando um novo problema de um aumento de custo de equipamento.
Adicionalmente, embora diferente em termos de ara técnica, existe uma tecnologia para produzir uma folha de espuma ligeira ou membro de espuma usando um agente químico ou físico espumoso.
O agente químico espumoso decompõe a uma temperatura pré-determinada para gerar gás.
Misturando tal agente químico espumoso com uma resina bruta e aquecendo a mistura a uma temperatura acima da temperatura de decomposição do agente químico espumoso pode-se gerar gás na resina bruta.
Vantagens do uso deste agente químico espumoso são que o gás é gerado de forma precisa dependendo da temperatura de decomposição, que a temperatura de decomposição pode ser ajustada facilmente adicionando-se um agente auxiliar espumoso, e que espuma com células próximas pode ser obtida facilmente.
O agente físico espumoso, por outro lado, é um composto orgânico com um baixo ponto de ebulição como butano, pentano, ou diclorodifluorometano e gasifica uma resina sintética, misturada com o composto orgânico de baixo ponto de ebulição, liberando a resina sintética para uma área de baixa pressão, para criar ] bolhas de gás.
O uso deste agente físico espumoso é caracterizado por ter uma excelente solubilidade devido à Ú afinidade entre o composto orgânico de baixo ponto de ebulição e a resina e a que uma espuma de alta taxa de expansão pode ser obtida facilmente devido a seu excelente desempenho de retenção.
Além disso, em anos recentes o campo da técnica para produzir um membro de espuma possui uma tecnologia que usa fluido supercrítico como um agente espumoso. A . publicação de patente japonesa No. 4339296, por exemplo, apresenta um método para produzir um molde de injeção de * espuma de resina termoplástica que usa fluido supercrítico. Este método adiciona fluido supercrítico de dióxido de carbono ou nitrogênio a uma resina termoplástica fundida para obter um estado misturável da mesma, reduz a temperatura da resina termoplástica fundida a uma temperatura pré-determinada enquanto mantém uma pressão critica, injeta a resina termoplástica fundida em uma matriz de moldagem por meio de um dispositivo de injeção enquanto mantém a pressão, e reduz a pressão dentro da matriz de moldagem para gerar espuma. Isto pode produzir espuma que tem uma parte integrada não espumosa de excelente superfície externa em sua camada externa, e celular com diâmetro de célula médio fino e densidade de célula média uniforme.
Por outro lado, o “Study on Microcellular Foaming Using Supercritical Fluid in Injection Molding (2)” (“Estudo de espuma microcelular usando fluido supercrôitico na moldagem por injeção (2)”) de o Sr. Takehiro Yamada (ou T. Yamada), Prof. Yasuhiko Murata (ou Y. Murata), e Prof.
Hidetoshi Yokoi (ou H. Yokoi), no 6º volume (2008) de reportes do Saitama Industrial Tecnology Center (Centro Saitama de Tecnologia Industrial), descreve o estudo de visualização do interior de uma matriz de moldagem pelo uso de um inserto de molde de vidro e um mecanismo de formação de espuma super micro-celular usando fluido supercrítico. Conforme este reporte, uma camada externa ' tem uma camada de pele sem células quando visto em uma direção de espessura, e uma parte central do material tem Ú uma camada núcleo tendo um grande número de células.
Um experimento similar ao descrito acima é relatado em “Visualization of MuCell (microcellular foam injection molding)” (“Visualização de MuCell (moldagem por injeção de espuma micro-celular) de o Sr. Michio Komatus (M. Komatus) e Prof. Masahiro Ohshima (M. Ohshima), Seikei- Kakou volume 22 No. 2 (2010). Este relato descreve que “a s viscosidade de uma parte de superfície mais externa de S5 resina (pele) aumenta drasticamente devido ao calor da ' resina descer para a superfície da matriz de moldagem durante o processo de enchimento da matriz com a resina”.
Sumário da invenção A presente invenção foi desenvolvida considerando o estado da técnica descrito acima, e um objetivo da mesma é prover um método e dispositivo para produzir um membro de tubulação, o qual é capaz de fazer a espessura de um produto resultante tão fino quanto possível e reduzir a quantidade requerida de material termoplástico, sem complicar o dispositivo.
Para alcançar o objetivo descrito acima, a presente invenção prove um método e dispositivo para produzir um membro de tubulação de acordo com (1) até (12) descritos a continuação.
(1) um método para produzir um membro de tubulação, tendo um processo de enchimento de material termoplástico ara encher uma matriz com um material termoplástico, e um processo de descarga de material termoplástico para empurrar para fora uma parte não solidificada de material termoplástico na matriz de moldagem usando-se um fluido pressurizado, sendo que oO material termoplástico é misturado com um agente espumoso, o método tem ainda um processo para espumar o material termoplástico enchendo a matriz de moldagem, e o processo de descarga de material termoplástico é um processo para empurrar para fora uma parte interna do material termoplástico, espumado na Ú matriz de moldagem, usando o fluido pressurizado antes da solidificação da parte interna. (2) O método para produzir um membro de tubulação de acordo com (1) descrito acima, sendo que oO material termoplástico é um termoplástico ou elastômero termoplástico, e o agente espumoso é dióxido de carbono e/ou nitrogênio e é misturado com o material termoplástico a uma temperatura e uma pressão nas quais o dióxido de carbono e/ou o nitrogênio podem ser mantidos , em um estado de fluido supercrítico. (3) O método para produzir um membro de tubulação de ' acordo com (1) descrito acima, sendo que o fluido pressurizado é feito de gás de nitrogênio e/ou água. (4) O método para produzir um membro de tubulação de acordo com (1) descrito acima, sendo que o fluido pressurizado é feito de ar e/ou água.
(5) O método para produzir um membro de tubulação de acordo com (1) descrito acima, sendo que o material termoplástico é ainda misturado com um modificador de tensão de fundição.
(6) O método para produzir um membro de tubulação de acordo com (1) descrito acima, sendo que oO material termoplástico é ainda misturado com fibras de reforço.
(7) Um dispositivo peças de ativação de água produzir um membro de tubulação, tendo uma matriz de moldagem para moldagem de um membro de tubulação, meios para enchimento de material termoplástico para encher a matriz de moldagem com um material termoplástico, e meios de descarga de material termoplástico para empurrar para fora uma parte não solidificada do material termoplástico na matriz de moldagem usando-se fluido pressurizado, sendo que o meio de enchimento de material termoplástico tem meio de suprimento de material termoplástico, meio de suprimento de agente espumoso, e uma máquina de injeção de material termoplástico que mistura o material termoplástico suprido pelo meio de suprimento de material termoplástico com um agente de formação de espuma suprido ' pelo meio de suprimento de agente espumoso e injeta a mistura, o meio de descarga de material termoplástico tem um tanque de fluido, meio de pressurização para o fluido pressurizado armazenado no tanque de fluido, e uma válvula de controle de fluido pressurizado para controlar o fluido pressurizado, e após a matriz de moldagem ser
;: enchida com o material termoplástico misturado com o agente espumoso usando-se a máquina de injeção de material termoplástico, a válvula de controle de fluido f pressurizado é aberta e empurra para fora um material termoplástico espumoso e não solidificado na matriz de . moldagem usando o fluido pressurizado pelo meio de pressurização. (8) O dispositivo para produzir um membro de tubulação de acordo com (7) descrito acima, sendo que o agente de formação de espuma é dióxido de carbono e/ou nitrogênio e é suprido pelo meio de suprimento de agente de formação de espuma para a máquina de moldagem por injeção de material termoplástico na qual uma temperatura e uma pressão são iguais ou maiores que aquelas nas quais o dióxido de carbono e/ou nitrogênio se tornem fluido supercrítico.
(9) O dispositivo para produzir um membro de tubulação de acordo com (7) descrito acima, sendo que o agente de formação de espuma é dióxido de carbono e/ou nitrogênio, eodióxido de carbono e/ou nitrogênio, o qual está em um estado de fluido supercrítico de antemão, é suprido a partir de um meio de suprimento de agente espumoso para máquina de moldagem por injeção de material termoplástico.
(10) O dispositivo para produzir um membro de tubulação de acordo com (7) descrito acima, sendo que o material termoplástico é misturado com um modificador de tensão de fundição previamente.
(11) O dispositivo para produzir um membro de tubulação de acordo com (7) descrito acima, sendo que oO meio de enchimento de material termoplástico ainda possui um meio ] de suprimento de modificador de tensão de fundição, e a máquina de injeção de material termoplástico mistura o material termoplástico suprido pelo meio de suprimento de material termoplástico com o agente de formação de espuma suprido pelo meio de suprimento de agente formação de espuma e um modificador de tensão de fundição suprido pelo meio de suprimento de modificador de tensão de fundição, e injeta a mistura. (12) O dispositivo para produzir um membro de tubulação , de acordo com (7) descrito acima, sendo que o material termoplástico é misturado com fibras de reforço ” previamente. A maior característica do método e dispositivo para produzir um membro de tubulação de acordo com a presente invenção é produzir um membro de tubulação espumando o material termoplástico, misturado com o agente de formação de espuma, na matriz e empurrando para fora o material termoplástico espumoso usando o fluido pressurizado. Como um resultado, os seguintes efeitos podem ser obtidos.
(a) Como a parte espumosa forma uma estrutura celular enchida com gás, a condutividade térmica da parte espumosa é mais baixa que uma parte sólida. Por esta razão, O calor é dificilmente transmitido para o material termoplástico que funde na parte interna da matriz de moldagem, dessa forma mantendo a alta temperatura facilmente. Por outro lado, a temperatura cai drasticamente em uma parte do material termoplástico que entra em contato com uma superfície interna da cavidade formada pela matriz de moldagem. Consequentemente, esta parte do material termoplástico não é espumosa e forma uma camada de pele fina tendo menos bolhas de gás. Contudo, os materiais termoplásticos das tecnologias convencionais são sólidos sem bolhas de gás e portanto, têm altas condutividades térmicas. Consequentemente, a temperatura da parte que não entra em contato direto com uma superfície interna de cavidade diminui facilmente, ] inevitavelmente fazendo a camada de pele (parte altamente viscosa) grassa. Especificamente, o método e dispositivo para produzir um membro de tubulação de acordo com a presente invenção no qual o agente de formação de espuma é usado, pode criar um membro de tubulação que é mais fino que aqueles das tecnologias convencionais.
(b) Além disso, ajustar a pressão e a temperatura dentro da cavidade pode mudar as condições de formação de espuma do agente espumoso e assim o momento em que as bolhas de à ar são geradas, o tamanho das bolhas de gás e a densidade das bolhas de gás.
Em outras palavras, mudando-se as ' condições de formação de espuma pode-se mudar a espessura da camada pele e a viscosidade da camada núcleo (parte central espumosa). Como um resultado, um membro de tubulação de uma espessura desejada pode ser criado facilmente, (c) como a camada núcleo contém bolhas de gás, uma quantidade menor do material termoplástico é necessária, comparado com as partes sólidas obtidas nas tecnologias convencionais.
Isto pode reduzir a capacidade de um tanque de material da máquina de moldagem por injeção para armazenar o material termoplástico, e a capacidade de uma cavidade de transbordar para recuperar o material que é empurrado para fora pelo fluido pressurizado, visando formar a parte oca.
Adicionalmente, a quantidade do material usado pode ser reduzida em aproximadamente 10 até 50%, reduzindo o custo de material e o custo de reciclagem. (d) O material termoplástico na parte interna da cavidade é de baixa viscosidade a uma alta temperatura nas tecnologias convencionais também.
Ao contrário, quando a parte central é espumada e não solidificada como na presente invenção, a viscosidade do material termoplástico nesta parte é extremamente baixa.
Em outras palavras, a fluidez da mesma é extremamente alta.
Dessa forma, o material termoplástico pode ser empurrado para fora facilmente pelo fluido pressurizado, e um Ú dispositivo para usar o fluido pressurizado pode ser feito menor que aqueles das tecnologias convencionais. (e) Quando usado fluido supercrítico de dióxido de carbono e/ou nitrogênio Omo agente formador de espuma, bolhas finas são formadas.
Como um resultado, um membro de tubulação tem uma superfície circunferencial interna fina e lisa com menos asperezas.
Quando, por outro lado, é usado gás de nitrogênio, ar, água, uma combinação de gás de nitrogênio e água ou uma combinação de ar e água, D como fluido pressurizado, a parte núcleo pode ser empurrada fora sem causar que o fluido pressurizado tenha ' uma reação química com o material termoplástico.
Consequentemente, pode ser produzido um membro de tubulação seguro e não caro. (f) quando se mistura o material termoplástico com o modificador de tensão de fundição em adição ao agente de formação de espuma, o modificador de tensão de fundição melhora o comportamento de endurecimento sob viscosidade de elongação uniaxial de material termoplástico, e consequentemente, é formada espuma homogênea e fina pelo agente de formação de espuma.
Adicionalmente, a condução para fora do material pode ser realizada homogeneamente e um membro de tubulação fino com menor desvio de espessura dentro da cavidade pode mudar as condições de formação de espuma do agente de formação de espuma e assim a espessura da camada pele e a viscosidade da camada núcleo (a parte interna espumosa). Como um resultado, um membro de tubulação de uma espessura desejada pode ser criado facilmente. (g) Quando se usa o material termoplástico ainda misturado com fibras reforçadas, as fibras reforçadas concentram-se na camada pele e são orientadas na mesma direção que a direção na qual o material termoplástico flui, devido aos efeitos de formação de espuma do agente de formação de espuma do material termoplástico na matriz de moldagem.
Consequentemente, o membro de tubulação pode ser provido com uma parede de tubulação reforçada efetivamente pelas fibras de reforço, e o membro de tubulação, no qual as fibras de reforço não são expostas ' em uma superfície de parede interna do mesmo, pode ser moldado.
Breve descrição das figuras A figura 1 é um diagrama esquemático mostrando um exemplo de uma concretização de um método e dispositivo para produzir um membro de tubulação de acordo com a presente invenção; À A figura 2 é um diagrama mostrando um estado de um material termoplástico dentro de uma cavidade de matriz ' de moldagem, o qual é obtido em um processo de enchimento de material termoplástico de acordo com a presente invenção, sendo que (a) é um diagrama de secção transversal longitudinal tomada ao longo de uma direção axial do material termoplástico da cavidade de matriz de moldagem, (b) é um diagrama de secção transversal diagonal tomada ao longo de uma direção perpendicular ao eixo do material termoplástico da cavidade de matriz de moldagem, e (c) é um gráfico que mostra esquematicamente uma distribuição de viscosidade n(r) do material termoplástico na cavidade de matriz de moldagem como uma função de uma posição radial r da cavidade de matriz de moldagem; A figura 3 é um diagrama mostrando um estado do material termoplástico dentro da cavidade de matriz de moldagem, o qual é obtido em um processo de descarga de material termoplástico de acordo com a presente invenção, sendo que (a) é um diagrama em secção transversal longitudinal tomada ao longo da direção axial do material termoplástico da cavidade de matriz de moldagem e (b) é um digrama de secção transversal diagonal tomada ao longo da linha P-P da figura (a); A figura 4 é um diagrama mostrando um estado do material termoplástico dentro de uma cavidade de matriz de moldagem, o qual é obtido em um processo de enchimento de material termoplástico de acordo com uma tecnologia ' convencional, sendo que (a) é um diagrama em secção transversal longitudinal tomada ao longo de uma direção axial do material termoplástico da cavidade de matriz de moldagem, (b) é um diagrama em secção transversal diagonal tomada ao longo de uma direção perpendicular a um eixo do material termoplástico da cavidade de matriz de moldagem, e (o) é um gráfico que mostra esquematicamente uma distribuição de viscosidade n(r) do material termoplástico da cavidade de matriz de moldagem * em função de uma posição radial r da cavidade de matriz de moldagem; e . A figura 5 é um diagrama mostrando um estado do material termoplástico dentro da cavidade de matriz de moldagem, o qual é obtido em um processo de descarga de material termoplástico de acordo com uma tecnologia convencional, sendo que (a) é um diagrama em secção transversal longitudinal tomada ao longo de uma direção axial do material termoplástico da cavidade de matriz de moldagem e (b) é um diagrama de secção transversal diagonal tomada ao longo da linha p-p da figura (a).
Descrição detalhada da invenção Concretizações do método e dispositivo para produzir um membro de tubulação de acordo com a presente invenção são descritos a continuação em detalhe com referência às figuras.
A figura 1l é um diagrama esquemático mostrando um exemplo de uma concretização do método e dispositivo de acordo com a presente invenção.
Na concretização mostrada no diagrama, um material termoplástico é armazenado em um tanque de material 1.
Vários materiais como termoplástico e elastômero termoplástico, por exemplo, podem ser usados como material termoplástico. Exemplos do termoplástico incluem resinas poliolefinas tais como resina de polietileno e resina de polipropileno, resina de poliéster, resina de poliamida, resina de poliftalamida amida, resina de sulfeto de polifenileno e resina de policarbonato.
| Exemplos do elastômero termoplástico incluem elastômero termoplástico de poliolefina, elastômero termoplástico de ' polietilene clorado, elastômero termoplástico de poliestireno, elastômero termoplástico de poliuretano, elastômero termoplástico de poliéster, e elastômero termoplástico de poliamida.
Esses materiais termoplásticos podem ser misturados com vários aditivos. Exemplos dos aditivos incluem partículas de carbono, pigmentos, carbonato de cálcio, fibras de a vidro, contas de vidro, nanofibras, nanotubos de carbono, e filamentos.
" Prefere-se que o material termoplástico seja misturado com um modificador de tensão de fundição. O modificador de tensão de fundição pode ser misturado no material termoplástico previamente ou pode ser misturado simultaneamente com ou em conjunto com à mistura de um agente formador de espuma mencionado no material termoplástico. Misturar o modificador de tensão de fundição pode melhorar o comportamento de endurecimento sob viscosidade de elongação uniaxial do material termoplástico, resultando em a inibição de crescimento heterogêneo de bolhas de gás causado pelo agente de formação de espuma, realização de formação de espuma uniforme e fina, condução para fora usando um fluido pressurizado mencionado depois sem geração de espessura não uniforme, e fácil produção de um membro de tubulação fino e homogêneo. Exemplos de modificador de tensão de fundição incluem modificador elastômero de acrílico modificado de politetrafluoretileno e de estireno. Produtos comerciais tais como METABLEN A-3000 (Mitsubishi Rayon Concretização., Ltd.) e Fluon PTFE (Asahi Glass Concretização., Ltd.) podem ser usados como oO acrílico modificado de politetrafluoretileno. Produtos comerciais tais como as séries Nofalloy TZ (NOF Corporation) e as séries Actymer (Riken Technos Corporation) podem ser utilizados como modificador elastômero de estireno. é preferido que o modificador de tensão de fundição seja : misturado no material termoplástico em uma proporção de 0,05 até 10 partes por peso, ou mais preferivelmente 1 ' até 5 partes por peso até 100 partes por peso do material termoplástico. Misturar o modificador de tensão de fundição a uma taxa de menos de 0,05 partes por peso não pode contribuir para um aumento na tensão de fundição e não pode obter os efeitos do modificador.
Entretanto, quando o modificador de tensão de fundição é misturado a uma taxa acima de 10 partes por peso, o modificador de « tensão de fundição permanece em um produto resultante como impurezas, deteriorando o desempenho de produto como ' a resistência do produto.
Note-se que a concretização mostrada no diagrama usa um produto no qual são adicionadas 3 partes por peso de METABLEN A-3000 e misturado com 100 partes por peso de resina de poliamida reforçada com fibra de vidro (PA66 GF 30%). O material termoplástico, que é suprido a partir do tanque de material 1, é enviado a uma máquina de injeção de material termoplástico 3 por meio de um transportador 2 ou simplesmente por meio de um funil (não mostrado). O tanque de material 1 e o transportador 2 configura o meio de alimentação de material termoplástico.
Na máquina de injeção de material termoplástico 3, o material termoplástico é transportado por uma unidade de transporte de tipo êmbolo ou de tipo fuso 3a ou transportado enquanto esta sendo misturado pelo mesmo, e é então enviado para uma câmara de pré-injeção 3b.
A máquina de moldagem por injeção de material termoplástico 3 ainda compreende meios para medir temperatura interna, meio de medição de pressão interna, meio de ajuste de temperatura, meio de ajuste de pressão e similar, os quais não são mostrados, para ajustar a temperatura e a pressão do material termoplástico a ser misturado.
O agente de formação de espuma é adicionado ao material termoplástico que é fundido na máquina de injeção de material termoplástico 3. ] Um agente de formação de espuma química, como azodicarbonamides ou bicarbonato de sódio, o qual ' decompõe a uma temperatura/pressão pré-determinada para gerar gás, ou um agente de formação de espuma físico que é feito de um composto orgânico de baixo ponto de ebulição, como butano, pentano, e diclorodifluorometano,
e se torna gás ao ser liberado para uma área de baixa pressão, pode ser usado como agente de formação de espuma. Tal tecnologia para adição e mistura de agente de - formação de espuma no material termoplástico pertence às tecnologias convencionalmente conhecidas e pode ser usada ' na presente invenção também. Dióxido de carbono ou nitrogênio pode ser usado como o agente de formação de espuma físico. Entende-se que em um método ordinário o dióxido de carbono ou o nitrogênio não se difundem muito no material termoplástico, mas se difundem bem no material termoplástico quando formado no fluido supercrítico e cria bolhas de gás finas quando liberado para uma área de baixa pressão. Nesta concretização, o fluido supercrítico de dióxido de carbono ou de nitrogênio é usado como agente de formação de espuma. O fluido supercrítico de dióxido de carbono é obtido a uma temperatura igual a ou maior que 31,1ºC e uma pressão igual a ou maior que 7,38 MPa, enquanto que o fluido supercrítico de nitrogênio é obtido a uma temperatura igual a ou maior que -147ºC e a uma pressão igual a ou maios que 3,40 MPa. O dióxido de carbono ou o nitrogênio supercrítico pode ser usado sozinho como o agente de formação de espuma, mas uma combinação de dióxido de carbono e nitrogênio pode ser usada também.
Um cilindro de gás 14 é enchido com dióxido de carbono ou nitrogênio e tem a pressão do mesmo aumentada por um pressurizador 5 até 7,38 MPa ou maior para dióxido de carbono e 3,40 MPa para nitrogênio. O dióxido de carbono ou nitrogênio torna-se fluido supercrítico sendo aquecido de acordo com à necessidade. O cilindro de gás 4 e o pressurizador 5 configuram o meio de alimentação de ] agente de formação de espuma. Vomo decrito acima, a máquina de injeção de material termoplástico 3 tem o meio de medição de temperatura interna, o meio de medição de pressão interna, o meio de ajuste de temperatura, oO meio de ajuste de pressão e similar. A temperatura e à pressão dentro da câmara de pré-injeção 3b da máquina de injeção de material termoplástico 3 estão em níveis que podem manter o dióxido de carbono ou o nitrogênio em um estado de fluido . supercrítico. Neste estado, o fluido supercrítico de dióxido de carbono ou de nitrogênio é introduzido na ' câmara de pré-injeção 3b. Enquanto se mantém o estado de fluido supercrítico, o dióxido de carbono ou o nitrogênio se difundem bem no material termoplástico. Note-se nesta concretização que apesar de o fluido supercrítico de dióxido de carbono ou de nitrogênio ser introduzido, os mesmos efeitos podem ser conseguidos, incluso quando dióxido de carbono ou nitrogênio, sem ser fluido supercrítico, é introduzido para se ter os níveis anteriormente mencionados de temperatura e pressão para manter o gás em estado de fluido supercrítico na máquina de injeção de material termoplástico 3. Uma combinação de dióxido de carbono e nitrogênio não é tecnicamente fluido supercrítico, porém na presente especificação se faz referência a ela como fluido supercrítico.
Adicionalmente, a concretização descrita acima usa o material termoplástico que tem uma quantidade pré- determinada de modificador de tensão de fundição misturado previamente. Entretanto, embora não mostrado, um tanque contendo o modificador de tensão de fundição e um alimentador ara alimentar o modificador de tensão de fundição do tanque pode ser conectado à máquina de moldagem por injeção de material termoplástico 3, para adicionar e misturar o modificador de tensão de fundição no material termoplástico simultaneamente com ou em conjunto com à mistura do agente de formação de espuma no material termoplástico que é realizada pelo meio de ' alimentação de agente de formação de espuma. Neste caso, o tanque contendo o modificador de tensão de fundição e o alimentador para alimentar o modificador de tensão de fundição do tanque configura o meio de alimentação de modificador de tensão de fundição.
Na máquina de moldagem por injeção de material termoplástico 3, um agente de nucleação de formação de espuma para gerar núcleos de bolhas e/ou um regulador de formação de espuma pode ainda ser introduzido.
A ” introdução de tais agentes pertence às tecnologias convencionais no campo da tecnologia de formação de * espuma.
Consequentemente, descrições dos detalhes sobre os nomes de substância, operação/efeitos e similares do agente de nucleação de formação de espuma e do regulador de formação de espuma são omitidos na presente especificação.
A máquina de moldagem por injeção de material termoplástico 3 descrita acima é conectada à matriz de moldagem 7 por um membro intermediário 6, a matriz de moldagem 7 sendo usada para criar um membro de tubulação.
Dependendo de quão complicada é a estrutura da matriz 7, a matriz de moldagem 7 pode ser dividida em dois, três ou mais seções mas precisa ser montada de modo hermético e fluídico.
Quando o esquicho 3c localizado em um bico da máquina de moldagem por injeção de material termoplástico 3 é aberto, o material termoplástico da presente concretização, no qual o dióxido de carbono ou nitrogênio se difunde, é injetado da máquina de injeção de material termoplástico a alta pressão 3 para a matriz 7 através do membro intermediário 6. Devido à drástica expansão de volume, o dióxido de carbono ou o nitrogênio gasificam quando a pressão diminui, dessa forma criando espuma em cooperação com à viscosidade do material termoplástico.
Uma parte do material termoplástico na matriz de moldagem 7 que entra em contato com uma superfície interna da matriz de moldagem 7 tem temperatura aumentada drasticamente e viscosidade reduzida e solidifica sem ' formar bolhas de gás.
Por outro lado, uma parte interna do material termoplástico que não entra em contato com a i matriz de moldagem 7 gera bolhas de gás devido à ação do agente de formação de espuma.
A parte, na qual são geradas bolhas de gás, tem uma baixa condutividade térmica, raramente causa uma diminuição de temperatura e,
portanto, mantém seu estado fundido.
Como um resultado, uma fina camada pele sem bolhas de gás, a qual entra em contato com a superfície da matriz de moldagem 7, e uma j camada núcleo fundida, a qual não entra em contato com a matriz de moldagen 7 mas que cria bolhas de gás, são ' formadas na parte interna.
A figura 2 é um diagrama esquematicamente mostrando distribuições da camada pele e a camada núcleo na matriz de moldagem 7, as distribuições sendo obtidas após injetar o material termoplástico em uma cavidade da matriz de moldagem 7, sendo que a figura 2(a) é um diagrama em secção transversal longitudinal tomada ao longo de uma direção axial da cavidade de matriz de moldagem e a figura 2(b) um diagrama em secção transversal diagonal tomada ao longo de uma direção perpendicular ao eixo da cavidade de matriz de moldagem.
Esses diagramas mostram um estado no qual a fina camada pele sem bolhas de gás é formada em uma parte que está em contato com a matriz de moldagem 7 e no qual a camada núcleo com bolhas de gás é formada na parte interna.
A figura 2(c) é um gráfico mostrando esquematicamente uma distribuição de viscosidade ní(r) do material termoplástico na cavidade de matriz de moldagem como uma função de uma posição radial da cavidade de matriz de moldagem.
Este diagrama mostra que a viscosidade n da fina camada pele em contato com a superfície interna da matriz de moldagem é alta e que à viscosidade n da camada núcleo constituindo uma porção grande do material termoplástico é extremamente baixa devido às bolhas de gás formadas nela.
No caso onde o material termoplástico é misturado com o modificador de tensão de fundição, quando bolhas de gás são formadas pelo agente de formação de espuma, a ação do modificador de tensão de fundição pode melhorar o comportamento de endurecimento sob a viscosidade de elongação uniaxial do material termoplástico, resultando na inibição do crescimento heterogêneo das bolhas de gás e realizando a formação de espuma uniforme e fina.
Consequentemente, a camada núcleo com bolhas de gás, a qual é localizada na parte interna como mostrado na - figura 2, torna-se uma camada núcleo homogênea que constitui uma porção grande do material termoplástico, e ' a fina camada pele é formada.
Além disso, no caso onde o material termoplástico é misturado com fibras de reforço, as fibras de reforço se concentram na camada pele e são orientadas na mesma direção que a direção na qual o material termoplástico flui, devido aos efeitos da formação de espuma do agente de formação de espuma do material termoplástico na matriz de moldagem.
Como mostrado na figura 1, na presente concretização um terminal do lado a jusante da matriz de moldagem 7 é provido com uma primeira válvula 8 para fechar a matriz de moldagem 7. Ainda, um tanque de fluido 10 e uma bomba de pressurização 11 são conectados ao membro intermediário 6 no lado a montante por uma segunda válvula 9. Consequentemente, a matriz de moldagem 7 forma um espaço fechado.
Em um caso onde esta vedação inibe a introdução do material termoplástico ou a formação de espuma do agente de formação de espuma, um uma válvula de liberação de gás ou um controlador de pressão de dispositivo gerador de uma pressão negativa ou similar pode ser provido na primeira válvula 8 para prevenir tal inibição.
Ainda, vários sensores e controladores de temperatura podem ser providos para controlar a temperatura e a pressão da matriz de moldagem 7. Provendo-se esses sensores e controladores de temperatura pode-se controla a temperatura e a pressão dentro da matriz de moldagem 7 em valores desejados, controlar a | formação de espuma do agente de formação de espuma e a habilidade de endurecimento da viscosidade de extensão ' obtida pelo modificador de tensão de fundição, e mudar a formação da camada pele para vários estados desejados.
O tanque de fluido 10 é enchido com gás de nitrogênio, água ou uma combinação de gás de nitrogênio e água, ou uma combinação de ar e água.
O fluido nele é pressurizado pela bomba de pressurização 11. Após à formação da camada núcleo e a camada pele na matriz de moldagem 7 como e mostrado na figura 2, a primeira válvula 8 no lado a jusante e a segunda válvula 9 no lado a montante ' funcionando como a válvula de controle de fluido pressurizado são abertas no momento apropriado.
Como um resultado, o fluido pressurizado flui vigorosamente para a matriz de moldagem 7 através do membro intermediário 6. Aqui, o momento apropriado significa quando a camada pele e a camada núcleo são formadas mas pelo menos a camada núcleo não está ainda solidificada e a camada pele tem uma espessura que ajusta à espessura do produto em um valor desejado.
O tanque de fluido 10, a bomba de pressurização 11, e a segunda válvula 9 configuram o meio de descarga do material termoplástico.
Devido às bolhas de gás e à baixa viscosidade da camada núcleo, a camada núcleo pode ser facilmente empurrada para fora pelo fluido pressurizado.
A figura 3 é um diagrama mostrando um estado da cavidade de matriz de moldagem obtida neste processo de descarga de material termoplástico, sendo que a figura 3(a) é uma secção transversal longitudinal tomada ao longo de uma direção axial do material termoplástico na cavidade de matriz de moldagem, mostrando um estado no qual o fluido pressurizado é introduzido e consequentemente a camada núcleo de baixa viscosidade na parte central é empurrada para fora.
A figura 3(b) é uma secção transversal diagonal tomada ao longo da linha P-P da figura 3(a), mostrando um estado no qual uma parte oca grande é formada na parte interna. ' A camada núcleo empurrada para fora passa através da primeira válvula 8 e é recuperada pela cavidade de transbordar 12. Como a camada pele não tem bolhas de gás e tem alta viscosidade, a camada pelo não é empurrada para fora pelo fluido pressurizado e forma uma superfície de parede do membro de tubulação.
Fazendo assim, como a camada pele é fina, o membro de tubulação, o produto, pode ser feito fino.
No caso onde o material termoplástico é misturado com o [4 modificador de tensão de fundição, o processo de descarregar o material termoplástico por meio do fluido ' pressurizado melhora o comportamento de endurecimento sob viscosidade de elongação uniaxial do material termoplástico devido à ação do modificador de tensão de fundição.
Por esta razão, empurrar para fora pelo fluido pressurizado pode ser realizado sem geração de espessura não uniforme no membro de tubulação, e o membro de tubulação fino e homogêneo pode ser formado por meio de moldagem por injeção assistida por fluido.
Quando o material termoplástico é misturado com fibras de reforço, as fibras de reforço se concentram na camada pele e são orientadas na mesma direção que a direção na qual o material termoplástico flui, devido aos efeitos de formação de espuma do agente de formação de espuma do material termoplástico na matriz de moldagem como descrito acima.
Como um resultado, o membro de tubulação pode ser provido com uma parede de tubulação reforçada efetivamente pelas fibras de reforço, e o membro de tubulação no qual as fibras de reforço não são expostas em uma superfície de parede interna do mesmo pode ser moldado.
Então, quando o molde oco é resfriado a aproximadamente uma temperatura de transição e solidificado, o material termoplástico é removido da matriz de moldagem 7 para se obter o membro de tubulação.
Na presente invenção, mudar a temperatura, pressão ou uma combinação das mesmas dentro da cavidade da matriz de moldagem 7 pode mudar ' facilmente à proporção de volume entre a camada pele sem bonas de gás e a camada núcleo com bolhas de gás.
Usando : a diferença em viscosidade entre a camada pele sem bolhas de gás e a camada núcleo com bolhas de gás, o membro de tubulação com uma espessura desejada pode ser obtido empurrando-se para fora a camada núcleo de baixa viscosidade usando o fluido pressurizado.
Acima descreveram-se as concretizações do método e dispositivo para produzir um matriz de moldagem de r tubulação de acordo com a presente invenção. Entretanto, a presente invenção não está limitada às mesmas, e várias ' modificações e mudanças podem ser feitas dentro da idéia técnica da presente invenção descritas nas reivindicações de patente.
Aplicação industrial: O método e dispositivo para produzir um membro de tubulação de acordo com à presente invenção descrito acima é capaz de fazer a espessura de um produto resultante tão fina quanto possível e reduzir a quantidade requerida de material termoplástico, sem complicar o dispositivo. Consequentemente, o método e dispositivo para produzir um membro de tubulação de acordo com a presente invenção pode ser usado amplamente na produção de tubulações usadas em automóveis e em aplicações elétricas domesticas.

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES
1. Método para produzir um membro de tubulação, , caracterizado pelo fato de compreender: um processo de enchimento de material termoplástico para encher uma ' matriz com um material termoplástico; e um processo de descarga de material termoplástico para empurrar para fora uma parte não solidificada do material termoplástico na matriz de moldagem usando fluido pressurizado, onde o material termoplástico é misturado com um agente de formação de espuma, o método compreendendo ainda um processo para formação de espuma no material termoplástico enchendo a matriz de moldagem, e O processo de descarga de material termoplástico é um processo para empurrar para fora uma parte interna do material termoplástico, formada na matriz de moldagem, usando o fluido pressurizado antes da solidificação da parte interna.
2. Método para produzir um membro de tubulação, de acordo com a reivindicação l, caracterizado pelo fato de o material termoplástico ser termoplástico ou elastômero termoplástico, e o agente de formação de espuma ser dióxido de carbono e/ou nitrogênio e é misturado com o material termoplástico a uma temperatura e uma pressão nas quais o dióxido de carbono e/ou o nitrogênio podem ser mantidos em um estado de fluido supercrítico.
3. Método para produzir um membro de tubulação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o fluido pressurizado ser feito de gás de nitrogênio e/ou água.
4. Método para produzir um membro de tubulação, de acordo ' com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o fluido pressurizado ser feito de ar e/ou água. ]
5. Método para produzir um membro de tubulação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o material termoplástico ser ainda misturado com um modificador de tensão de fundição.
6. Método para produzir um membro de tubulação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o material termoplástico ser misturado ainda com fibras de r reforço.
7. Dispositivo para produzir um membro de tubulação, ' caracterizado pelo fato de compreender: uma matriz de moldagem para moldagem de um membro de tubulação; meio de enchimento de material termoplástico para encher a matriz de moldagem com um material termoplástico; e meio para descarga de material termoplástico para empurrar para fora uma parte não solidificada do material termoplástico na matriz de moldagem pelo uso de fluido pressurizado, onde o meio de enchimento de material termoplástico tem meio de alimentação de material termoplástico, meio de alimentação de agente de formação de espuma, e uma máquina de injeção de material termoplástico que mistura o material termoplástico suprido pelo meio de alimentação de material termoplástico com o agente de formação de espuma suprido pelo meio de alimentação de agente de formação de espuma e injetar a mistura, o meio de descarregar material termoplástico tem um tanque de fluido, meio de pressurização para pressurizar fluido armazenado no tanque de fluido, e uma válvula de controle de fluido pressurizado para controlar o fluido pressurizado, e após a matriz de moldagem ser enchida com o material termoplástico misturado com o agente de formação de espuma usando-se a máquina de injeção de material termoplástico, a válvula de controle de fluido pressurizado é aberta para empurrar para fora um material termoplástico não solidificado e espumoso na matriz de moldagem usando-se o fluido pressurizado pelo meio de Í pressurização.
8. Dispositivo para produzir um membro de tubulação, de Ú acordo com à reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o agente de formação de espuma ser dióxido de carbono e/ou nitrogênio e ser suprido pelo meio de alimentação de agente de formação de espuma para a máquina de moldagem por injeção de material termoplástico na qual uma temperatura e uma pressão são iguais ou maiores que aquelas nas quais o dióxido de carbono e/ou o nitrogênio " se tornam fluido supercrítico.
9. Dispositivo para produzir um membro de tubulação, de " acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o agente de formação de espuma ser dióxido de carbono e/ou nitrogênio, e o dióxido de carbono e/ou o nitrogênio, o qual está previamente em estado de fluido supercrítico, é suprido a partir do meio de alimentação de agente de formação de espuma para a máquina de moldagem por injeção de material termoplástico.
10. Dispositivo para produzir um membro de tubulação, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o material termoplástico ser misturado previamente com um modificador de tensão de fundição.
11. Dispositivo para produzir um membro de tubulação, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o meio de enchimento de material termoplástico ter ainda meio de alimentação de modificador de tensão de fundição, e a máquina de injeção de material termoplástico misturar o material termoplástico suprido pela meio de alimentação de material termoplástico e um modificador de tensão de fundição suprido pelo meio de alimentação de modificador de tensão de fundição, e injetar a mistura.
12. Dispositivo para produzir um membro de tubulação, de acordo com à reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o material termoplástico ser previamente misturado com fibras de reforço.
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GEES Camada de pele Camada de núcleo (b) Camada de pele Cs é DA Camada de núcleo (ec) | n (r) | FIG.2
: 3/5 (a) Camada de pele PP Camada de núcleo, o CTA 7 — - + Fluido pressurizado — 4 4 e ELI FIIIIII III.
St Z Lp Camada de pele (b) Camada de pele | FIG.3
| 4/5 (a)
AGA GA, (b) Camada de pele Jo ÁZ (c) | | n (1) FIG.4
| 5/5 (a) Camada de pele FP Camada de núcleo IZZIIZIT IT III III 1/07) E - fluido pressurizado - DA ro L+ Camada de pele (b) Camada de “O | FIG.5
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