ES2202064T3 - Tubo termoplastico. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la producción de un tubo termoplástico orientado biaxialmente, que comprende la extrusión de una preforma tubular a partir de material termoplástico usando un extrusor (1) que está provisto de una matriz de extrusión que tiene un núcleo interno (5), definiendo el núcleo interno (5) un espacio hueco en la preforma (6), cuyo procedimiento también comprende el acondicionamiento de la temperatura de la preforma (6), de manera que la preforma (6) alcanza una temperatura de orientación que es adecuada para el material plástico que se usa, y presionando las preformas (6) endurecidas sobre el mandril (30), cuyo mandril (30) comprende una parte de expansión (33), que provoca la expansión en la dirección circunferencial de la preforma (6) al pasar sobre la misma, de tal manera que se obtiene un tubo estirado (6¿) con material plástico que se estira en la dirección axial y en la dirección circunferencial, seguido por la refrigeración del tubo estirado (6¿), ajustándose una velocidadde avance de la preforma (6) antes del mandril mediante unos medios de control de la velocidad (20) que actúan sobre la preforma (6) antes del mandril, y ajustándose una velocidad de avance ajustable del tubo (6¿) después del mandril (30) mediante un dispositivo de retirada (50) que actúa sobre el tubo estirado (6¿) después del mandril.
Description
Tubo termoplástico.
La invención se refiere a la producción de tubos
a partir de material termoplástico, en particular a partir de
material plástico de poliolefina, tal como polietileno. La
invención también se refiere a la producción de tubos de plástico,
en la cual el material termoplástico está biaxialmente orientado,
cuyo proceso es conocido como el proceso de estirado biaxial. La
invención también se refiere a mejoras en el proceso para la
producción de tubos extrusionados a partir de material
termoplástico, cuyo proceso puede formar parte de la producción de
tubos de plástico orientados biaxialmente. La invención, además, se
refiere a la producción de una unión mejorada entre tubos hechos a
partir de material termoplástico orientado
\hbox{biaxialmente.}
La presente invención se refiere en particular a
la producción de un tubo a partir de material termoplástico
biaxialmente orientado con un casquillo formado solidario en un
extremo, de manera que los tubos de esta naturaleza se pueden
acoplar entre sí mediante uniones de casquillo, para formar, de
esta manera, un conducto, por ejemplo para transportar agua, gas,
etc.
La patente WO 95/25626 ha descrito un
procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1 para la
producción de tubos de plástico biaxialmente orientados, también
conocido como un tubo estirado. En este procedimiento, el tubo
estirado se de sección transversal uniforme, es decir, tiene un
espesor y diámetro de pared uniforme, en toda su longitud, y
también está estirado de manera uniforme en la dirección axial y
tangencial (circunferencial) del tubo en toda su longitud. Un
procedimiento para proporcionar un tubo que se ha producido de esta
manera con un casquillo en uno de sus extremos se conoce a partir
de la patente WO 97/33739.
Otro procedimiento para producir tubos a partir
de material plástico biaxialmente orientados biaxialmente es
conocido a partir de la patente GB 1 589 052. Este procedimiento se
basa en un tubo hecho a partir de material termoplástico que no se
ha sometido a orientación biaxial, cuyo tubo tiene un cuerpo
tubular con, en un extremo, una parte de extremo con un espesor de
pared mayor que el cuerpo tubular. El tubo está colocado en una
matriz y se expande mediante una presión interna, de manera que el
material plástico del tubo está biaxialmente orientado. En el
proceso, la parte de extremo se deforma para formar un
casquillo.
La patente WO 98/13190 ya ha descrito otro
procedimiento para la producción de un tubo con un casquillo
solidario a partir de material termoplástico orientado
biaxialmente.
En la patente US 3.264.383 se presenta un
procedimiento para formar casquillos sobre tubos estirados de
manera no biaxial. Los casquillos están formados sobre los tubos
mediante el agitado del cordón del tubo que sale del extrusor a las
distancias deseadas, mientras que el cordón del tubo está todavía
en condición deformable, para formar un espesor de pared mayor.
La patente US 5.096.634 describe un procedimiento
y un aparato para producir tubos estirados biaxialmente. El
procedimiento comprende las etapas de extrusionar tubos
termoplásticos en un estado viscoso, desplazando el tubo sobre un
mandril de estirado para estirar biaxialmente el tubo y controlar
la orientación molecular en el tubo enfriado.
A pesar de todos los desarrollos en el campo de
la producción de tubos a partir de material termoplástico
orientado biaxialmente, y en particular en el campo de la formación
de un casquillo sobre un tubo de esta naturaleza, las pruebas de
carga todavía muestran que el casquillo de un tubo de esta
naturaleza forma la parte crítica del tubo. Esto es debido a que se
ha encontrado que el tubo se rompe antes en el casquillo que en el
cuerpo tubular, y, por lo tanto, el casquillo constituye una
limitación no deseable sobre la resistencia mecánica del tubo.
El objetivo de la presente invención es proponer
medidas que hacen posible producir un tubo del tipo anterior con un
casquillo solidario en uno o ambos extremos. La invención también
proporciona medidas para mejorar la espita del tubo, que se ha de
ajustar en un casquillo.
Para este propósito, la invención, según un
primer aspecto, proporciona un procedimiento según la
reivindicación 1. Cuando el procedimiento según la invención se
realiza, se forma periódicamente una parte de preforma axial con un
espesor de pared diferente de la parte anterior a la preforma en
la sección entre la matriz del extrusor y los medios de control de
la velocidad del tubo, en la práctica en particular inmediatamente
después de la matriz del extrusor.
Sorprendentemente, en la práctica se ha probado
posible controlar el proceso del estirado biaxial de la preforma de
manera exitosa, a pesar de la variación en el espesor de la pared
de la preforma, que se presiona sobre el mandril. En particular, se
ha probado posible para una parte de preforma con un espesor de
pared mayor que se presione sobre el mandril sin tener esto efectos
no deseables sobre la parte de la preforma que tiene un espesor de
pared menor, y está situado entre dicha parte de preforma gruesa y
el dispositivo de retirada.
El procedimiento según la reivindicación 1
permite que un tubo estirado de material termoplástico biaxialmente
orientado se produzca en un proceso continuo con partes axiales
del tubo que tienen espesores de pared que varían.
En la práctica, se ha probado conveniente que el
espesor de la pared máximo de la preforma sea un
5-15% mayor que el espesor de pared menor de la
preforma, tal como se aprecia en una posición inmediatamente
después de la matriz del extrusor. Quedará claro que otros valores
también están incluidos en el ámbito de la invención.
Preferiblemente, la transición entre un valor de
espesor de la pared y otro valor de espesor de la pared es gradual.
Esto es beneficioso para la estabilidad del proceso.
En una realización preferida, la relación entre
la velocidad de avance de la preforma, que está determinada por
los medios de control de la velocidad del tubo, por un lado, y la
salida del extrusor, por otro lado, estará en un primer valor
substancialmente constante durante un primer periodo y estará en
uno o más valores que difieren del primer valor durante un segundo
periodo, que es considerablemente más corto que el primer periodo,
cuyo ciclo se repite de manera continua.
En la práctica, estos medios, tal como en un
punto después del mandril de expansión - el tubo estirado en cada
caso tiene una parte de gran longitud axial con un primer espesor
de pared uniforme y diámetro asociado, cuya parte está seguida por
una parte axial del tubo considerablemente más corta en la cual el
espesor de la pared difiere de dicho primer espesor de pared, en
particular es de uno o más valores mayores, tal como se ve en la
dirección axial de dicha parte más corta. En particular, se prevé
que el espesor de pared - tal como se ve en la dirección axial -
varíe entre una pluralidad de valores en la última parte axial, de
manera que las zonas anulares que se unen entre sí y tienen
diferentes espesores de pared se pueden distinguir en la parte
relevante del tubo estirado.
El procedimiento según el primer aspecto de la
invención se puede implementar variando periódicamente la salida
del extrusor, en cuyo caso la velocidad de avance de la preforma
que se determina mediante los medios de control de la velocidad se
mantiene substancialmente constante. Esto requiere un extrusor que
se puede ajustar dentro de un rango adecuado en términos de su
salida.
Sin embargo, el procedimiento según el primer
aspecto de la invención también se puede implementar, como se
prefiere, manteniendo la salida del extrusor substancialmente
constante y variando periódicamente la velocidad de avance de la
preforma que está determinada por los medios de control de la
velocidad del tubo.
En una realización preferida del procedimiento
según el primer aspecto de la invención, el tubo estirado adquiere
substancialmente el mismo estiramiento axial sobre toda su
longitud. Para conseguir esto, en el procedimiento según la
reivindicación 3 es en algunos casos suficiente para mantener la
velocidad de avance del tubo estirado después del mandril, que está
determinada por el dispositivo de retirada, constante, de manera
que la relación de la velocidad de avance del tubo estirado después
del mandril, por un lado, y de la preforma antes del mandril, por
otro lado, permanece substancialmente constante.
En el procedimiento según la reivindicación 4, la
velocidad de avance de la preforma antes del mandril, que está
determinada por los medios de control de la velocidad del tubo,
varía, y por esta razón es entonces necesario para la velocidad de
avance del tubo estirado después del mandril, que está determinada
por el dispositivo de retirada, que se variará periódicamente de
tal manera que la relación de la velocidad de avance del tubo
después del mandril, por un lado, y de la preforma antes del
mandril, por otro lado, se mantiene substancialmente constante.
En una variante del procedimiento según el primer
aspecto de la invención, se prevé que las partes del tubo con un
espesor de pared mayor no tengan el mismo nivel de estiramiento
axial como una parte del tubo intermedia con un espesor de pared
menor, sino más bien tener un nivel mayor de estiramiento axial.
Para este propósito, en el periodo durante el cual una parte de la
preforma con un espesor de pared mayor se presiona sobre el
mandril, o durante una sección de este periodo, la relación de la
velocidad de avance del tubo estirado que se determina mediante el
dispositivo de retirada, por un lado, y la velocidad de avance de
la preforma que está determinada por los medios de control de la
velocidad, por otro lado, es mayor que en el periodo durante el
cual una parte de la preforma con un espesor de pared menor se
presiona sobre el mandril, de tal manera que una parte del tubo que
tiene el espesor de pared mayor adquiere un nivel mayor de
estiramiento axial que una parte del tubo con un espesor de pared
menor.
Para permitir que el procedimiento según el
primer aspecto de la invención, y en particular según la variante
descrita anteriormente, se controle de manera satisfactoria, es
deseable que el tubo sufra su estiramiento axial en una sección
definida de manera precisa y, fuera de esta sección, y no más, un
estiramiento axial adicional que se ha de generar en el tubo. Para
conseguir esto, una realización ventajosa del procedimiento según
el primer aspecto de la invención prevé que el tubo estirado
después de la parte de expansión del mandril se refrigere de tal
manera que el tubo refrigerado y ano sufra ningún estiramiento
axial y que la generación del estiramiento axial esté concentrada
en la sección entre los medios de control de la velocidad
dispuestos en la proximidad del extrusor y el extremo posterior del
mandril. Preferiblemente, el estiramiento axial se realiza entre
dos medios de control de la velocidad del tubo que están dispuestos
a una distancia entre sí y están los dos dispuestos entre el
extrusor y el mandril.
Quedará claro que en el momento en el que una
parte de la preforma con una pared más gruesa llega al extremo
anterior del mandril, se produce un cambio posiblemente crítico en
la condición hasta ahora estable del procedimiento, en particular
si la parte de la pared más gruesa de la preforma sobresale hacia
el interior en ese momento y, de esta manera, tiene un diámetro
menor que las partes adyacentes de la preforma. Se esperaría
entonces que la parte de la preforma con un mayor espesor de pared
se atascaría, donde estuviera, sobre el mandril, mientras que la
parte fina y todavía caliente de la preforma situada inmediatamente
después de esta parte se estiraría más en la dirección axial,
posiblemente a un extensión inaceptable.
Para solucionar este problema, en una realización
del procedimiento según el primer aspecto de la invención que es
ventajoso en la práctica, la temperatura de la preforma se controla
de tal manera que una parte de la preforma con un mayor espesor de
pared está en promedio a una temperatura mayor, medida en una
posición inmediatamente antes del mandril, que una parte de la
preforma de un espesor de pared menor que une esta parte
inmediatamente después y ya está, por lo tanto, sobre el
mandril.
Se asume que el acondicionamiento de la
temperatura consiste substancialmente en refrigerar la preforma,
aunque también se conoce a partir de la técnica anterior
suministrar cantidades de calor (relativamente pequeñas) a la
preforma antes del mandril, la condición de temperatura descrita
anteriormente de la preforma se puede implementar en la práctica
provocando que los medios de refrigeración, que forman parte de los
medios de control de la temperatura, funcionen de manera
substancialmente constante. Esto se puede explicar de la siguiente
manera. En la sección entre la matriz de extrusión y el mandril es
posible, de hecho, distinguir entre tres secciones parciales. En la
primera sección parcial que está inmediatamente adyacente a la
matriz de extrusión, es posible producir una parte de la preforma
con una pared más gruesa operando según se describe en la
reivindicación 1. En la sección parcial adyacente, la preforma está
sometida a la acción de los medios de control de la temperatura, en
particular a refrigeración, y en la tercera sección parcial
adyacente, de hecho no hay ningún suministro o retirada
significativa de energía térmica de la preforma.
En el procedimiento según la reivindicación 3,
una parte de la preforma con una pared más gruesa, que se forma en
la primera sección parcial, se moverá pasados los medios de
condicionamiento de la temperatura en la segunda sección a la misma
velocidad que una parte de la preforma con un espesor de pared
menor. En términos relativos, la parte de la preforma más gruesa se
refrigerará, de esta manera, una extensión menor y, por lo tanto,
llegará al mandril a una temperatura promedio más alta; en
particular, la temperatura del núcleo de dicha parte de la preforma
más gruesa será más alta. Debido a la temperatura más alta, el
módulo de elasticidad será menor y la parte de la preforma más
gruesa será, de esta manera, más fácil de deformar, en términos
relativos, un hecho que en la práctica puede compensar de manera
suficiente para que el grosor de la pared evite la situación
crítica anterior.
En el procedimiento según la reivindicación 4, la
velocidad de la preforma se reduce, mientras se forma una parte de
la preforma con un pared más gruesa. También en este caso, dicha
parte de la preforma formará en la primera sección parcial. Debido
a la reducción en la velocidad, esa parte de la preforma que está
situada en la segunda sección parcial durante este periodo se
someterá a refrigeración durante un periodo de tiempo más largo que
la parte de la preforma que ya ha pasado a través de la
refrigeración y está en la tercera sección parcial. Cuando la parte
de la preforma con una pared más gruesa se completa, la velocidad
de la preforma se aumenta otra vez y la parte de la preforma con
una pared más gruesa pasará a través de la refrigeración a dicha
velocidad más alta y, de esta manera, se refrigerará menos. Cuando
la parte de la preforma más gruesa llega entonces al mandril, dicha
parte se puede deformar fácilmente, mientras que la parte de la
pared fina de la preforma que está situada inmediatamente después
de la misma es, de hecho, relativamente rígida. Una combinación de
los dos efectos hace posible realizar el proceso
satisfactoriamente de una manera controlable.
Puede apreciarse a partir de lo anterior que,
sobre la base de la temperatura de la preforma - dentro de un
rango de temperaturas que es adecuado para obtener la orientación
biaxial - y el módulo de elasticidad resultante del material
plástico de la preforma, es posible controlar el estiramiento axial
de la preforma. Provocando que la preforma esté a una temperatura
más alta localmente, por ejemplo en una parte más gruesa de la
misma tal como se ha descrito anteriormente, que otras partes de la
preforma en el momento del estiramiento axial, es posible asegurar
que, dada una fuerza de estiramiento axial constante ejercida
sobre la preforma, la parte más caliente sufre un estiramiento
axial mayor que las partes más frías, incluso si esta parte más
caliente tiene un mayor espesor de pared. En una realización
práctica, es posible que las partes más finas de la preforma estén
a una temperatura de aproximadamente 90ºC y que una parte más
caliente, opcionalmente más gruesa, esté a una temperatura en la
proximidad de 120ºC.
Sorprendentemente, se ha probado posible pasar el
tubo a través de un dispositivo de calibración externa después de
que haya pasado el mandril de expansión. En este caso, puede
observarse que la parte del tubo más gruesa, al dejar el mandril,
sobresale hacia el exterior respecto a las partes adyacentes del
tubo y se presiona entonces hacia el interior mediante el
dispositivo de calibración externa.
El procedimiento según el primer aspecto de la
invención puede realizarse en un proceso continuo, y de esta manera
es posible producir un tubo a partir de material termoplástico
orientado biaxialmente con una parte del tubo con una pared más
gruesa en intervalos axiales (regulares) entre sí. Mediante el
serrado, corte o similar a continuación a través del tubo en la
posición de las partes del tubo más gruesas, es posible producir
secciones de tubo con, en uno o en ambos extremos, una parte de
extremo con un espesor de pared mayor que el cuerpo tubular.
Además, la invención prevé que dichas secciones tubulares se
sometan a continuación a una operación de formación del casquillo,
en cuyo caso se forma un casquillo solidario a partir de una parte
de extremo con una pared más gruesa. En una variante - si ambas
partes de extremo son de un diseño más grueso - una parte de
extremo se deforma en un casquillo y la otra parte de extremo se
usa como una espita. Si es apropiado, dicha espita también se
deforma más, por ejemplo está provista de una o más formaciones, de
manera que se puede obtener una unión de casquillo de bloqueo de
manera positiva.
En una realización práctica, la sección del tubo
tiene un cuerpo tubular de sección transversal uniforme y un
espesor de pared con, en un extremo, un casquillo solidario y, en
el otro extremo, una espita con un espesor de pared que es un
3-10% mayor que el cuerpo tubular.
Particularmente en esas realizaciones en las que
la parte de extremo con una pared más gruesa - antes de la
formación del casquillo - ha sufrido estiramiento axial con es
mayor que o igual al cuerpo tubular con un espesor de pared menor,
el casquillo obtenido se ha probado que tiene propiedades
considerablemente mejores y una mayor capacidad de soporte de la
carga que los casquillos conocidos sobre estos tubos.
Preferiblemente, después de que se haya formado
el casquillo, el estiramiento axial del casquillo es mayor o igual
al estiramiento axial del cuerpo tubular.
Otras realizaciones ventajosas del procedimiento
según el primer aspecto de la invención se describen en las
reivindicaciones y en la descripción.
Las medidas citadas anteriormente y otras medidas
previstas según la invención se describen en las reivindicaciones
y en la siguiente descripción y se explicarán a continuación, en
particular con referencia a los dibujos. En el dibujo:
Las figuras 1a y 1b representan esquemáticamente
una vista lateral, parcialmente en sección transversal, de una
realización de ejemplo de una instalación para producir tuberías
termoplásticas orientadas biaxialmente,
La figura 2a muestra una sección longitudinal a
través de parte de la preforma inmediatamente después de que haya
pasado a través del dispositivo de calibración,
La figura 2b muestra la parte a partir de la
figura 2a después de que haya pasado sobre el mandril de
expansión,
La figura 2c muestra la parte a partir de la
figura 2b después de que haya pasado a través del dispositivo de
calibración después del mandril de expansión,
La figura 2d muestra la parte a partir de la
figura 2c después de que se haya deformado en un casquillo,
La figura 3a muestra una representación
correspondiente a la figura 2a de otra realización de la
preforma,
La figura 3b muestra una representación
correspondiente a la figura 3a que se ha deformado en un casquillo,
y
La figura 4 muestra una sección transversal a
través de parte de una matriz de extrusor según la invención,
Las figuras 5a y 5b muestran esquemáticamente una
vista lateral, parcialmente en sección transversal, de una
realización de ejemplo de una instalación para producir tuberías
termoplásticas biaxialmente orientadas,
La figura 6 muestra el detalle II en la figura 5a
a una escala ampliada,
La figura 7 muestra una parte del mandril de la
figura 5b a una escala ampliada,
La figura 8 muestra una vista en perspectiva del
mandril de la figura 3,
La figura 9 muestra una sección longitudinal a
través de una unión entre dos tubos hechos a partir de material
termoplástico orientado biaxialmente según la invención, y
La figura 10 muestra una vista correspondiente a
las figuras 5a, 5b de una parte de una variante de una instalación
para producir tuberías termoplásticas biaxialmente orientadas.
Las figuras 1a y 1b muestran, en dos dibujos
parciales que se unirían entre sí, representaciones esquemáticas de
los elementos más importantes de una instalación para producir
tuberías termoplásticas biaxialmente orientadas en un proceso
continuo.
La figura 1a muestra un extrusor 1 con uno o más
tornillos de extrusión 2 y con un accionamiento controlable
asociado, que crea un flujo de material plástico fundido que se
alimenta a una matriz de extrusión 3 dispuesta sobre el extrusor
1.
La matriz de extrusión 3 tiene un anillo externo
4 y un núcleo interno 5 que, junto con el anillo externo 4,
delimita una abertura de salida anular, desde la cual sale una
preforma tubular extrusionada 6 hecha a partir de material
termoplástico en una dirección substancialmente horizontal. En esta
disposición, el núcleo interno 5 define un espacio axial en la
preforma 6.
La matriz de extrusión 3 está provista de medios
para controlar el espesor de la pared, que no están representados y
se pueden usar para producir un espesor de pared uniforme (en la
dirección circunferencial) de la preforma 6 que sale de la matriz
de extrusión 3. Se puede fijar al núcleo interno 5 un elemento de
refrigeración interna para la refrigeración interna de la
preforma.
La preforma 6 está calibrada externamente con la
ayuda de un manguito de calibración externo 10.
Después del manguito de calibración 10 hay un
primer dispositivo de refrigeración externo 15, mediante el cual la
preforma 6 se refrigera externamente. El dispositivo de
refrigeración externo 15 comprende, por ejemplo, una pluralidad de
compartimentos que están colocados uno detrás del otro, a través de
los cuales fluye el agua de refrigeración y se mueve la preforma 6,
entrando en contacto directo con el agua de refrigeración. Si es
apropiado, el agua de refrigeración en cada compartimiento está a
diferente temperatura, para optimizar, de esta manera, la
refrigeración de la preforma 6.
Después del dispositivo de refrigeración externo
15 hay unos medios de control de la velocidad del tubo 20 que
actúan sobre la capa externa refrigerada de la preforma 6. Los
medios de control de la velocidad del tubo 20 pueden designarse, en
este caso, como un dispositivo de retirada que es conocido por sí
mismo y que tiene una pluralidad de pistas que actúan sobre la
preforma, cuyo tipo de dispositivo de retirada es habitual para la
extrusión de tubos de plástico.
Un dispositivo de calentamiento 25 está dispuesto
después de los medios de control de la velocidad del tubo 20. Este
dispositivo 25 comprende una pluralidad de unidades de
calentamiento que están colocadas alrededor de la trayectoria de la
preforma 6, se pueden controlar de manera separada y cada una está
dirigida hacia un sector de la circunferencia de la preforma 6.
Como resultado, una cantidad que se puede controlar de manera
separada se puede suministrar a cada sector de la preforma 6, por
ejemplo seis sectores circunferenciales cada 60º.
La instalación también comprende un mandril de
expansión 30, que en este caso es no deformable, también descrito
aquí mediante el término dimensionalmente estable. El mandril 30
está en este caso hecho de metal. El mandril 30 se mantiene en una
posición estacionaria respecto al extrusor 1 y, en este caso, está
fijado al núcleo interno 5 mediante un elemento de anclaje 31.
En su extremo anterior, el mandril 30 tiene una
parte de prolongación 32, que en este caso es de un diseño
substancialmente cilíndrico. Dicha parte de prolongación 32 está
unida mediante una parte de expansión 33, cuya superficie externa
substancialmente corresponde a la superficie de un cono truncado
con un diámetro que aumenta en la dirección hacia abajo. Dicha
parte de expansión 33 está unida mediante una parte de retirada 34
del mandril 30, cuya parte 34 es de diámetro substancialmente
constante, si es adecuado ligeramente troncocónica en la dirección
hacia abajo. Como resultado de presionarse sobre el mandril 30, la
preforma 6 cambia a un tubo estirado 6'.
En la posición del mandril 30, en particular de
la parte de retirada 34, hay un segundo dispositivo de
refrigeración externo 40, mediante el cual el tubo estirado 6' se
refrigera externamente. Tal como es generalmente conocido para la
producción de tubos de plástico biaxialmente orientados, el tubo
estirado se refrigera después de que haya pasado la parte de
expansión del mandril de estirado, de manera que como los cambios
que se han producido en el material plástico del tubo se
congelan.
Un segundo dispositivo de calibración externo 45
está dispuesto a una distancia después del mandril 30, cuyo
dispositivo de calibración 45 reduce el diámetro externo del tubo
6'.
La instalación también comprende un dispositivo
de retirada 50 que está dispuesto después del mandril 30 y del
dispositivo de calibración externo 45. El dispositivo de retirada
50 está diseñado para que ejerza una fuerza de tracción
considerable sobre el tubo estirado 6'. Después del dispositivo de
retirada 50 hay un dispositivo de corte a la longitud (no
representado), por ejemplo un dispositivo de sierra, corte o torno,
para cortar secciones de la longitud deseada a partir del tubo 6'
que se ha producido.
La preforma 6 que sale de la matriz de extrusión
3 tiene una pared relativamente gruesa, para permitir de esta
manera que se produzca el estirado biaxial. Después de que la
preforma 6 deje la matriz de extrusión 3, a una alta temperatura,
la preforma 6 se enfría/vuelve a calentarse localmente mediante el
primer dispositivo de refrigeración externo 15 y mediante el
dispositivo de calentamiento 25 de tal manera que el material
plástico está en una temperatura de orientación que es adecuada
para la orientación biaxial del mismo antes de que la preforma 6 se
presione sobre la parte de expansión 33 del mandril 30.
La preforma 6 se presiona sobre el mandril 30
bajo la influencia de las fuerzas que se ejercen sobre la preforma
6 y el tubo 6' mediante el dispositivo de retirada 50 en conjunción
con los medios de control de la velocidad del tubo 20. Mediante el
dispositivo de retirada 50 y los medios de control de la velocidad
del tubo 20, es posible controlar de manera precisa la velocidad de
avance en una posición antes del mandril 30 (en los medios de
control de la velocidad del tubo 20) y en una posición después del
mandril 30 (en el dispositivo de retirada 50).
Como resultado del paso sobre el mandril 30, las
moléculas del material plástico es orientan, es decir, se estiran,
en la dirección axial y en la dirección circunferencial, que es
gran beneficio para las propiedades del tubo 6'.
Una unidad para medir el espesor de la pared se
puede disponer entre el extrusor 1 y el mandril 30, mediante cuya
unidad se puede medir el espesor de la preforma 6 y la forma de la
sección de la preforma 6.
Después del mandril 30 hay una unidad 60 para
medir el espesor de la pared. Esta unidad de medición del espesor
de la pared 60 se puede conectar a una unidad de control que, sobre
la base de la sección transversal medida del tubo estirado 6',
controla el funcionamiento del dispositivo de retirada 50, el
dispositivo 25, y, si es adecuado, la distancia entre el
dispositivo de calibración 45 y el mandril 30.
El mandril 30 puede estar provisto de uno o más
conductos de alimentación que se abren en la superficie externa del
mandril 30 y, a través del elemento de anclaje 31 y la matriz de
extrusión 3, están conectados a medios de bombeo (no representados)
para suministrar un líquido entre el mandril 30 y la preforma 6. De
esta manera, es posible formar una película de líquido entre la
preforma 6 y el mandril 30, en particular entre la preforma 6 y la
parte de expansión 33 del mandril 30. Es también posible formar una
película de líquido entre la parte de retirada 34 y el tubo 6',
que sirve para reducir la fricción entre el tubo y la parte de
retirada y, por otro lado, posiblemente también como refrigeración
interna para el tubo estirado.
En una variante, es posible introducir un gas, en
particular aire calentado, bajo presión entre el mandril no
deformable 30, en particular la parte de expansión del mismo, y la
preforma 6, para, de esta manera, obtener una película de gas.
Es generalmente conocido a partir de la técnica
anterior que la instalación descrita anteriormente se accione de
manera que la preforma 6 antes del mandril 30 tiene, de la manera
más precisa posible, una sección transversal uniforme, es decir,
espesor de la pared y diámetro, y también tiene una temperatura de
orientación adecuada que es lo más uniforme posible. Después del
mandril 30, el tubo estirado 6' tiene a continuación un mayor
diámetro y un menor espesor de pared.
En contraste con esta manera conocida para hacer
funcionar la instalación, según un aspecto de la invención, es
posible, variando periódicamente la relación entre la velocidad de
avance de la preforma 6, que está determinada por los medios de
control de la velocidad del tubo 20, por un lado, y la salida del
extrusor 1, por otro lado, entre un primer valor y un segundo
valor, que es menor que el primer valor, para la preforma
extrusionada 6, en la sección entre el extrusor 1 y los medios de
control de la velocidad del tubo 20, para adquirir alternativamente
un primer espesor de pared - si dicha relación es del primer valor
- y un segundo espesor de pared - si dicha relación es del segundo
valor - siendo el segundo espesor de la pared mayor que el primer
espesor de la pared.
En el ejemplo aquí presentado, éste se realiza
manteniendo la salida del extrusor 1 substancialmente constante y
variando periódicamente la velocidad de avance de la preforma 6,
que está determinada mediante los medios de control de la velocidad
del tubo 20. En este caso, por lo tanto, la relación entre la
velocidad de avance de la preforma 6, que está determinada por los
medios de control de la velocidad del tubo 20, por un lado, y la
salida del extrusor 1, por otro lado, se mantiene substancialmente
constante en el primer valor durante un primer periodo, de manera
que se produce una pieza larga de la preforma 6 con un primer
espesor de la pared "d1". Durante un segundo periodo, que es
considerablemente más corto que el primer periodo, la velocidad de
los medios de control de la velocidad del tubo 20 se ajusta a un
valor inferior, con el resultado de que una parte de preforma que
tiene el segundo espesor de pared mayor "d2" se forma a
continuación inmediatamente después de la matriz de extrusión 3,
tal como se indica en la figura 1a mediante la referencia numérica
70.
El procedimiento proporciona una producción
continua en la que una parte de preforma más gruesa 70 se obtiene
preferiblemente en intervalos regulares.
Durante la calibración externa 10, la preforma 6
adquiere un diámetro externo uniforme, de manera que la parte de la
preforma más gruesa 70 sobre hacia el interior en la zona respecto
a la parte de la preforma que tiene el primer espesor de pared, tal
como se indica mediante una línea de trazos.
La parte de la preforma más gruesa 70 pasa a
continuación a través del dispositivo de refrigeración externo 15 y
llega al mandril 30, donde la parte de la preforma más gruesa 70 se
hace que se ensanche hacia el exterior mediante la parte de
extensión 32 del mandril (indicada mediante una línea de
trazos).
Cuando pasa sobre el mandril 30, la preforma 6, y
en consecuencia también la parte de la preforma más gruesa 70, se
estira axialmente y en la dirección circunferencial, tal como se
describirá en mayor detalle a continuación.
Cuando pasa a través del dispositivo de
calibración externo 45, la parte más gruesa 70 se presiona hacia el
interior otra vez (tal como se indica mediante una línea de
trazos), produciendo un tubo estirado 6' que tiene partes más
gruesas 70 en intervalos axiales (regulares) y, entre estas partes
más gruesas, en cada caso una parte larga de espesor de pared menor
d1.
En una realización práctica, el tubo 6' se corta
a una longitud después de dispositivo de retirada 50 en cada parte
más gruesa 70, y la distancia entre dos partes más gruesas 70
corresponde a la longitud deseada de las secciones del tubo que se
produce cortando el tubo 6' a la longitud. Como resultado, cada
sección de tubo tiene entonces un cuerpo tubular y, en un extremo,
una parte de tubo más gruesa con un espesor de pared mayor que el
cuerpo tubular. Preferiblemente, la parte de extremo más gruesa del
tubo se somete entonces a una operación de formación del casquillo,
de manera que se puede obtener un casquillo de alta calidad
solidario.
En otra variante, el tubo 6' se corta a una
longitud de tal manera que hay una parte de extremo más gruesa en
cada extremo de una sección tubular. Entonces es posible que uno de
los extremos se deforme en un casquillo, mientras que el otro
extremo, posiblemente sin más tratamiento, se puede usar como una
espita más gruesa.
En una realización preferida del procedimiento
según el primer aspecto de la invención, el tubo biaxialmente
estirado sufre substancialmente el mismo estiramiento axial en toda
su longitud. Como la velocidad de avance de la preforma 6 antes del
mandril 30, que está determinada por los medios de control de la
velocidad del tubo 20, varía, por lo tanto es necesario que se
varíe periódicamente la velocidad de avance del tubo 6' después del
mandril 30, que está determinada por el dispositivo de retirada 50,
de tal manera que la relación entre la velocidad de avance del tubo
6', después del mandril 30 y de la preforma 6 antes del mandril 30
se mantiene substancialmente constante durante la producción de una
parte más gruesa y una parte menos gruesa.
En una variante del procedimiento según el primer
aspecto de la invención, se prevé que una parte más gruesa 70 no
sufra el mismo estiramiento axial que las partes restantes del
primer espesor de pared d1, sino más bien que la parte más gruesa
70 sufra un mayor estiramiento axial. Para este propósito, en el
periodo durante el cual una parte más gruesa 70 se presiona sobre
el mandril 30 o durante parte de este periodo, la relación entre la
velocidad de avance después del mandril 30, que está determinada
por el dispositivo de retirada 50, y la velocidad de avance antes
del mandril 30, que está determinada por los medios de control de
la velocidad del tubo 20, es mayor que en el periodo durante el
cual una parte de la preforma que tiene el primer espesor de pared
d1 se presiona sobre el mandril 30.
Para permitir el control del proceso de manera
satisfactoria, es deseable que el estiramiento axial de la preforma
se realice en una subsección definida de manera precisa de la
instalación. Para este propósito, es posible que se tubo estirado
6' se refrigere después de la parte de expansión 33 del mandril 30,
de tal manera que el tubo refrigerado 6' no sufra ningún
estiramiento axial adicional y que la generación de estiramiento
axial se concentre en la sección entre los medios de control de la
velocidad del tubo 20 y el extremo posterior del mandril 30.
Para controlar el proceso, también es ventajoso
que la temperatura de la preforma 6, antes del mandril 30, esté
condicionada con la ayuda del dispositivo de refrigeración 15 y, si
es adecuado, en una ligera extensión mediante el dispositivo de
calentamiento 25, de tal manera que una parte de la preforma más
gruesa 70 está en promedio a una temperatura más alta, medida en
una posición inmediatamente antes del mandril 30, que una parte de
la preforma que se use inmediatamente después del primer espesor de
pared d1 que ya está en el mandril 30.
Tal como ya se ha descrito, la velocidad de la
preforma 6 se reduce mientras se forma la parte de la preforma 70
con una pared más gruesa. Como resultado de la reducción en
velocidad, esa parte de la preforma que durante este periodo está
situada en el dispositivo de refrigeración 15 se someterá a la
acción de refrigeración durante un periodo de tiempo más largo que
la parte de la preforma que ya ha pasado a través del refrigerador
15. Cuando se ha formado la parte de la preforma 70 con una pared
más gruesa, la velocidad de la preforma 6 se aumenta otra vez y la
parte de la preforma 70 pasará a través del refrigerador 15 en su
velocidad más alta y de esta manera, en términos relativos, se
refrigerará menos que la parte inmediatamente después de la
preforma 6. Cuando la parte más gruesa 70 alcanza entonces el
mandril 30, dicha parte 70 está caliente y está fácil de
deformarse, mientras que la parte de la preforma que está situada
inmediatamente después de la misma y tiene una pared más fina es,
de hecho, relativamente rígida. A través de una combinación de los
dos efectos, es posible presionar de manera satisfactoria la parte
más gruesa 70 sobre el mandril 30 sin que la parte después de la
misma se estire excesivamente en la dirección axial.
Las pruebas han demostrado que, en el caso de
PVC, el espesor de la pared de dichas partes de la preforma más
gruesas puede ser un 15% mayor que el de las partes intermedias sin
provocar ningún problema.
Preferiblemente, la variación en el espesor de la
variación en el espesor de la pared de la preforma 6 es siempre
gradual, de manera que no hay transiciones abruptas desde un
espesor de pared al otro espesor de pared.
Incidentalmente, se puede concebir para las
partes preformadas más gruesas que no produzcan específicamente
para la formación posterior de un casquillo, sino más bien, por
ejemplo, para permitir la conexión de un conducto ramificado al
tubo estirado. La parte del tubo más gruesa se podría usar también
como un punto para un dispositivo de retirada dispuesto, por
ejemplo, después del mandril de expansión para acoplarse sobre el
tubo, de manera que se puede ejercer una alta fuerza de tracción
sobre el tubo para presionar la preforma sobre el mandril de
expansión.
La forma de la parte más gruesa 70 representada
en las figuras 1a y 1b se muestra, por supuesto, solamente a modo
de ejemplo. De hecho, se ha probado posible que el espesor de la
pared de la parte más gruesa 80 se controle de una manera precisa
y, de esta manera, para un perfil específico que se imparte a la
pared de la parte más gruesa 70, tal como se aprecia en la
dirección longitudinal del tubo.
La figura 2a muestra una sección longitudinal a
través de la mitad de la preforma 6 en una posición inmediatamente
después de que haya pasado a través del dispositivo de calibración
10, teniendo una parte del tubo más gruesa 170 producida variando
la velocidad de los medios de control de la velocidad del tubo 20
respecto a la salida del extrusor 1.
En la figura 2a, d1 indica el primer espesor de
la pared que se usa para una parte larga de la preforma 6. La
línea 171 es el eje central de la preforma 6. La parte más gruesa
170 tiene un perfil con una pluralidad de valores de espesor de la
pared, descritos mediante los puntos A, B, C, D, E, F y G.
La figura 2b muestra la misma parte más gruesa
que en la figura 2, pero en este caso después de que haya pasado
sobre el mandril 30. Esto puede verse claramente a partir del mayor
diámetro y del espesor de pared reducido del tubo ahora estirado
6'. Queda claro que el diámetro interno del tubo 6' es ahora
uniforme y es perfil del espesor de la pared puede verse sobre el
exterior. Los puntos A-G muestran que el
estiramiento se ha realizado en la dirección axial y en la
dirección circunferencial de la parte más gruesa 170 cuando pasa
sobre el mandril 30.
La figura 2c muestra la parte del tubo 6' después
de que haya pasado a través del dispositivo de calibración 45,
cuyo dispositivo, incidentalmente, es opcional en el procedimiento
según el primer aspecto de la invención. El diámetro externo es
ahora uniforme otra vez, mientras el perfil puede verse sobre el
interior.
Tal como se ha descrito, se prevé que el tubo 6'
se corte a una longitud en la parte más gruesa 170, en este caso
en la línea 172. A continuación, la sección del tubo cortado a la
longitud se somete a una operación de formación del casquillo,
durante la cual la parte más gruesa 170 de dicha sección de tubo se
reforma para formar un casquillo.
La figura 2d muestra una posible realización de
ese extremo una sección de tubo que está provista de un casquillo
y se ha producido tal como se ha descrito con referencia a las
figuras 2a, 2b y, si es apropiado, 2c.
En un extremo, la sección de tubo prefabricado
con una parte de tubo más gruesa 170 tiene un espesor de pared
mayor que el cuerpo tubular, y el estiramiento axial de la parte de
extremo más gruesa antes de la operación de formación del casquillo
es igual o preferiblemente mayor que el estiramiento axial del
cuerpo tubular. Quedará claro a partir del texto anterior cómo se
puede producir una sección de tubo de esta naturaleza.
En particular, la figura 2c muestra que la parte
de extremo del tubo prefabricado, visto desde su cara de extremo,
tiene una pluralidad de zonas anulares que se unen entre sí y
tienen un espesor de pared que fluctúa entre una zona anular a la
siguiente zona anular, siendo el espesor de pared, en el caso de
una pluralidad de zonas anulares, mayor que el espesor de pared del
cuerpo tubular.
A continuación, durante la operación de formación
del casquillo, en este caso la zona anular entre los puntos B y E,
se deforma en una pared de ranura que sobresale hacia el exterior
173, que delimita una ranura interna 174 del tubo, que está
diseñada para alojar un anillo de sellado (no representado).
La pared de la ranura 173 puede tener
ventajosamente un nivel mayor de estiramiento axial que el cuerpo
tubular con un espesor de pared e1, en particular si la parte del
tubo más gruesa 170 se produce de tal manera que ya presentaba un
nivel mayor de estiramiento axial antes de la formación del
casquillo que el cuerpo tubular adyacente, más o menos más allá del
punto G. El espesor de pared adicional de la zona anular a partir
de la cual se forma la pared de la ranura 173 hace posible asegurar
que, incluso como resultado del aumento en el diámetro de dicha
parte durante la formación del casquillo, el espesor de pared final
de esa parte no es menor del cuerpo tubular. En particular, esto
es posible sin el estiramiento axial de dicha parte del tubo, que
se reduce o incluso se convierte todo junto en un estiramiento
negativo a través de la compresión de dicha parte, tal como es
conocido a partir de la técnica anterior.
Quedará claro que las ventajas citadas con
referencia a la pared de la ranura 173 también se aplican a las
otras zonas del casquillo que se forman a partir de la parte del
tubo más gruesa 170. Finalmente, de esta manera, es posible
producir una sección tubular a partir de material plástico
orientado biaxialmente que tiene un cuerpo tubular y un casquillo
solidario, siendo el estiramiento axial del casquillo igual o
preferiblemente mayor que el del cuerpo tubular. En este caso, el
espesor de la pared del casquillo puede también ser igual o incluso
mayor que el del cuerpo tubular.
En una ilustración correspondiente a la figura
2a, la figura 3a muestra otra realización de una parte más gruesa
190 que se ha producido usando el procedimiento según la invención.
Esta parte más gruesa 190 tiene una primera zona, indicada mediante
los puntos A-G, que corresponde virtualmente a la
descripción dada con referencia a la figura 2a. La línea 191 es el
eje central. Más lejos del extremo de la sección tubular que se ha
de producir, mostrada mediante la línea 192, la parte más gruesa
190 tiene una segunda zona, entre los puntos G y H, con un espesor
de pared d1 que corresponde al espesor de la preforma fuera de la
parte más gruesa 190. Esto está seguido por una tercera zona,
indicada mediante los puntos H-K, con un mayor
espesor de pared.
Puede apreciarse en la figura 3b que solamente la
primera zona de la parte más gruesa 190 se ha deformado en un
casquillo. Esta primera zona está deformada de misma manera que la
descrita con referencia a la figura 2d y tiene una pared de ranura
193. La tercera zona forma un reborde que sobresale hacia el
interior 194. Este reborde 194 sirve para recibir un manguito de
soporte que se introduce en la primera zona cuando se forma el
casquillo, para proporcionar soporte interno para esta zona durante
el calentamiento. Cuando el casquillo se está formando, este
manguito de soporte se empuja más a continuación en el tubo y
entonces se apoya contra el reborde 194. Esto evita que el soporte
penetre demasiado lejos en el interior del tubo y también evita que
este manguito de soporte sobrecaliente localmente el tubo.
Durante la formación de un casquillo en la parte
de extremo de un tubo orientado biaxialmente, en particular en la
parte de extremo más gruesa tal como se ha explicado anteriormente,
se cree ventajoso si, durante la formación del casquillo usando un
mandril de formación del casquillo, dicha parte de extremo no sufre
ninguna tensión de compresión, es decir, compresión axial. Esto es
porque la tensión de compresión lleva a una reducción en el
estiramiento axial en la parte de extremo que se deforma en un
casquillo, y esto puede ser perjudicial. Por ejemplo, puede verse
en la patente WO 97/33739 que, durante la formación del casquillo,
se ejerce presión sobre el lado de extremo del tubo, de manera que
se genera la tensión de compresión.
Para controlar esta tensión de compresión durante
la formación del casquillo, de manera que la tensión de compresión
se pueda mantener a un nivel bajo o incluso evitarse totalmente, es
posible que prever en el tubo, en la proximidad de su lado de
extremo, esté provisto de una zona de soporte que está dispuesta
entre dicho extremo y la parte del tubo que se deforma en un
casquillo. Antes de que el mandril que forma el casquillo se
introduzca en el tubo, el tubo se sujeta entonces y se soporta en
dicha zona de soporte, mientras que el mandril de formación del
casquillo se presiona en el interior de la parte de extremo del
tubo, hasta el interior de la parte que se deforma en un casquillo,
cuya parte está más allá de la zona de soporte, tal como se
aprecia en la dirección de inserción del mandril. Como resultado
del soporte de la zona de soporte, se evita la tensión de
compresión no deseable e incontrolable sobre la parte de extremo
del conducto. Si es apropiado, también puede preverse lubricación
entre el mandril y la parte de extremo del tubo, para reducir la
fricción entre los mismos.
Preferiblemente, después de que se haya formado
el casquillo, la zona de soporte se retira del tubo, por ejemplo
mediante un dispositivo de corte o sierra. Como esta zona de
soporte se retira posteriormente, también es permisible que esta
zona se dañe cuando se sujeta. A modo de ejemplo, se usa una
instalación de formación del casquillo provista de un mandril de
formación del casquillo y con medios de soporte accionables para
sujetar y soportar la zona de soporte del tubo. A modo de ejemplo,
los medios de soporte comprenden dientes que se alojan de manera
fija en el plástico de esta zona.
En una realización ventajosa, la zona de soporte
está diseñada como una zona anular más gruesa del tubo. Si es
apropiado, los medios de soporte forman un tipo de collar que se
acopla detrás de dicha zona anular más gruesa.
La figura 4 muestra una sección transversal a
través de parte de una matriz de extrusión 200 que es adecuada para
su uso en el procedimiento descrito anteriormente y se usa para
extrusionar una preforma 201 a partir de material termoplástico.
Además, la figura muestra una sección de un dispositivo de
calibración externo 202 dispuesto después de la matriz de extrusión
200.
La matriz de extrusión 200 comprende un anillo
externo 205 y un núcleo interno 206, que entre los mismos delimita
una separación anular para el material plástica que se suministra
mediante un extrusor (no representado).
El dispositivo de calibración 202 está colocado
cerca detrás, virtualmente contra, de la matriz de extrusión 200,
para evitar que la preforma 201 se exponga al aire exterior durante
un largo periodo de tiempo de una manera no deseable, que es
ventajoso desde un punto de vista químico y térmico.
El dispositivo de calibración 202 tiene un
manguito 207 que define el diámetro externo de la preforma 201. El
dispositivo de calibración 202 enfría el exterior de la preforma, y
se forma una piel solidificada sobre el exterior de la preforma
201.
Inmediatamente después de la matriz de extrusión
200, la preforma 201 también se enfría internamente mediante un
elemento de refrigeración interna 208, del cual solamente se
muestra parte del mismo.
Tal como se ha descrito anteriormente, se prevé
que el espesor de la pared de la preforma 201 se cambie
periódicamente para, de esta manera, obtener una parte de preforma
con un espesor de pared mayor, tal como se muestra en la figura 4.
Para obtener una parte de preforma con un espesor de pared mayor
que el definido mediante la separación entre el núcleo interno 206
y el anillo externo 205, ha de ser posible que fluya material
plástico fluido desde la matriz de extrusión 200 a la parte de la
preforma más gruesa. Por esta razón, no es deseable que se forme una
piel solidificada sobre el interior de la preforma, inmediatamente
después del núcleo interno. Para contrarrestar esta formación de la
piel, se prevé un elemento de aislamiento 210 que se fija al núcleo
interno 206.
El elemento de aislamiento 210 tiene una
superficie externa cónica 211 que se une con la superficie externa
del núcleo interno 206 y tiene un diámetro externo que disminuye
en la dirección de extrusión. Durante la formación de una parte más
gruesa en la preforma 201, se evita que el material plástico se
apoye contra dicho elemento de aislamiento 210 y la formación de un
piel sólida en esa posición. Preferiblemente, la superficie externa
211 del elemento de aislamiento 210 está por lo menos parcialmente
en el interior del anillo externo 205. Como resultado, el hinchado
de la preforma 201 para obtener una parte más gruesa en la preforma
201 puede realizarse incluso antes del dispositivo de calibración
externo 202 dispuesto cerca detrás de la matriz de extrusión
200.
En dos dibujos parciales que se unen entre sí,
las figuras 5a y 5b muestran esquemáticamente los elementos más
importantes de una instalación para producir tuberías
termoplásticas biaxialmente orientadas en un proceso continuo.
El espesor de pared que se ha de producir es
preferiblemente tal que el tubo es dimensionalmente estable. En
particular, se desea producir un tubo que es adecuado para el
montaje de sistemas de tuberías para el transporte de líquido o
gas, en particular para agua potable, agua de alcantarillado, gas
natural o similar. Preferiblemente, el tubo es adecuado para
colocarse en el suelo.
La figura 5a muestra un extrusor 301 que tiene
uno o más tornillos de extrusión 302 con un accionamiento
controlable asociado, mediante el cual se proporciona un flujo de
material plástico fundido, que se suministra a una matriz de
extrusión 303 dispuesta sobre el extrusor 301.
La matriz de extrusión 303 tiene un anillo
externo 304 y un núcleo interno 305 que, junto con el anillo
externo 304, delimita una salida anular desde la cual sale una
preforma extrusionada 306 de material termoplástico en una
dirección substancialmente horizontal. En esta disposición, el
núcleo interno 305 define un espacio axial en la preforma 306.
La matriz de extrusión 303 está provista de
medios para controlar el espesor de la pared (no representados)
mediante el cual se puede producir un espesor de pared uniforme (en
la dirección circunferencial) de la preforma 306 que sale de la
matriz de extrusión 303.
Un elemento de refrigeración externo 310, cuya
construcción se explicará a continuación con referencia a la figura
6, se fija al núcleo interno 303. El elemento de refrigeración
interna 310 está diseñado de tal manera que la preforma 306 que
sale de la matriz de extrusión 303 se enfría internamente de manera
inmediata después de la matriz de extrusión 303.
La preforma 306 se calibra externamente con la
ayuda de un manguito de calibración 320. Este manguito de
calibración 320 proporciona una ligera reducción en el diámetro
externo de la preforma 306. El manguito de calibración 320 está
dispuesto después del elemento de refrigeración interna 310, en una
posición donde la preforma 306 no está soportada internamente
mediante un componente sólido. Esta disposición tiene la ventaja de
que la preforma 306 entonces no puede atascarse en dicho manguito
de calibración 320, ya que se puede realizar una reducción en el
diámetro interno de la preforma 306 sin problemas.
Después del manguito de calibración 320 hay un
primer dispositivo de refrigeración externo 330, mediante el cual
la preforma 306 se enfría externamente. El dispositivo de
refrigeración externo 330 comprende, por ejemplo, una pluralidad de
compartimentos que se colocan uno detrás del otro, a través de los
cuales el agua de refrigeración fluye y a través de los cuales se
mueve la preforma 306, entrando en contacto directo con el agua de
refrigeración. Si es apropiado, el agua de refrigeración puede
estar a diferentes temperaturas en cada compartimiento, para
optimizar la refrigeración de la preforma 306.
Como el dispositivo de refrigeración externo 330
está dispuesto después del elemento de refrigeración interna 310,
tal como se aprecia en la dirección de extrusión, la preforma 306
que sale de la matriz de extrusión 303 se enfría inicialmente
solamente de manera interna (aparte de un enfriamiento natural muy
ligero de exterior de la preforma desde el aire ambiente), y
posteriormente solamente se enfría externamente. Esto asegura que
la preforma 306 no se somete simultáneamente a la acción de
enfriamiento del elemento de refrigeración interna 310 y del
dispositivo de refrigeración externo 330. Dependiendo de la
distancia axial entre el elemento de refrigeración interna 310 y el
dispositivo de refrigeración externo 330, puede haber un pequeño
solapado entre la acción de la refrigeración interna y externa.
El hecho de que el elemento de refrigeración
interna 310 y el dispositivo de refrigeración externo 330 están
dispuestos desplazados entre sí en la dirección axial se prueba
ventajoso en particular para un material termoplástico que
cristaliza al enfriarse después de la extrusión y, en consecuencia,
presenta una contracción en volumen significativa. Este tipo de
material incluye, entre otros, polietileno (PE), que sufre una
contracción volumétrica que puede ser del 30%.
Como resultado de la acción de refrigeración del
elemento de refrigeración interna 310, se forma una capa de pared
fría sobre el interior de la preforma 306 inmediatamente después de
la matriz de extrusión 303, cuya capa de pared fría es
dimensionalmente relativamente estable. Si una capa fría se tuviera
que formar sobre el exterior al mismo tiempo mediante refrigeración
externa, se podría encerrar una capa intermedia todavía caliente de
material plástico entre dos capas frías de pared rígidas. La
refrigeración de esta capa intermedia puede entonces producir
fácilmente cavidades de contracción en la capa intermedia, y
también hay un considerable riesgo de que se formen deformaciones
visibles, en forma de huecos o depresiones, en el exterior e
interior del tubo 306' producido. Si la refrigeración se realiza
inicialmente solamente en el interior, la contracción de esta capa
intermedia se puede absorber mediante el material que se suministra
desde la capa externo no enfriada de la preforma. Una vez la capa
interna se ha enfriado, entonces la refrigeración desde el exterior
puede empezar.
Después del dispositivo de refrigeración externo
330 hay unos medios de control de la velocidad que actúan sobre la
capa externa enfriada de la preforma 306. Los medios de control de
la velocidad 340 están diseñados en este caso como un dispositivo
de retirada que es conocido por sí mismo y tiene una pluralidad de
pistas que actúan sobre el tubo, cuyo tipo de dispositivo de
retirada se usa habitualmente para la extrusión de tubos de
plástico.
Un dispositivo de calentamiento 350 está
dispuesto después de los medios de control de la velocidad 340.
Este dispositivo 350 comprende una pluralidad de unidades de
calentamiento que están colocadas alrededor de la trayectoria para
la preforma 306, se pueden controlar separadamente y están cada una
dirigida hacia un sector de la circunferencia de la preforma 306.
Como resultado, una cantidad de calor que se puede controlar de
manera separada se puede suministrar a cada sector de la preforma
306, por ejemplo seis sectores circunferenciales, cada uno de
60º.
La instalación también comprende un mandril de
expansión 360 que en este caso es de un diseño no deformable,
también descrito aquí mediante el término dimensionalmente estable.
El mandril 360 está hecho en este caso de metal. El mandril 360 se
mantiene en una posición estacionaria respecto al extrusor 301, y
aquí está fijado al extrusor 301, en particular a su núcleo interno
305, mediante un elemento de anclaje 361 sobre el elemento de
refrigeración externo 310 y a través de dicho elemento de
refrigeración interna 310.
En su extremo anterior, el mandril 360 tiene una
parte de prolongación 362, que en este caso es de un diseño
substancialmente cilíndrico. Dicha parte de prolongación 362 está
unida mediante una parte de expansión 363, cuya superficie externa
substancialmente corresponde a la superficie de un cono truncado
con un diámetro que aumenta en la dirección hacia abajo. Dicha
parte de expansión 363 está unida mediante una parte de retirada
364 del mandril 360, cuya parte 364 es de diámetro substancialmente
constante, si es adecuado ligeramente troncocónica en la dirección
hacia abajo.
En el mandril 360, en particular de la parte de
retirada 364, hay un segundo dispositivo de refrigeración externo
370, mediante el cual el tubo estirado 306' se refrigera
externamente. Tal como es generalmente conocido para la producción
de tubos de plástico biaxialmente orientados, el tubo estirado se
refrigera después de que haya pasado la parte de expansión del
mandril de estirado, de manera que como los cambios que se han
producido en el material plástico del tubo se congelan.
A una distancia después del mandril 360 hay un
segundo dispositivo de calibración externo 380, cuyo dispositivo de
calibración 380 reduce el diámetro externo del tubo estirado
306'.
La instalación también comprende un dispositivo
de retirada 390 que está dispuesto después del mandril 360 y del
dispositivo de calibración externo 380. El dispositivo de retirada
390 está diseñado para que ejerza una fuerza de tracción
considerable sobre el tubo 306'. Después del dispositivo de
retirada 390 puede estar colocado un dispositivo de corte a la
longitud, por ejemplo un dispositivo de sierra, corte o torno, para
el propósito de cortar secciones del tubo producido de la longitud
deseada. Alternativamente, un dispositivo de enrollado también se
podría prever para el propósito de enrollar el tubo 306' producido
sobre una bobina.
La preforma 306 que sale de la matriz de
extrusión 303 tiene una pared gruesa. Después de que la preforma
306 deje la matriz de extrusión 303 y está entonces a una alta
temperatura, la preforma 306 se enfría/vuelve a calentarse mediante
el elemento de refrigeración externo 310, el primer dispositivo de
refrigeración externo 330, y mediante el dispositivo de
calentamiento 350, de tal manera que el material plástico está en
una temperatura de orientación que es adecuada para la orientación
biaxial del mismo antes de que se mueva sobre la parte de expansión
363 del mandril 360.
La preforma 306 se pasa sobre el mandril 360 bajo
la influencia de las fuerzas que se ejercen sobre la preforma 306
mediante el dispositivo de retirada 390 en conjunción con los
medios de control de la velocidad 340. Mediante el dispositivo de
retirada 390 y los medios de control 340, es posible controlar la
velocidad de la preforma/tubo 306 en una posición antes del mandril
360 (en los medios de control de la velocidad 340) y en una
posición después del mandril 360 (en el dispositivo de retirada
390).
Como resultado del paso sobre el mandril 360, las
moléculas del material plástico es orientan, es decir, se estiran,
en la dirección axial y en la dirección circunferencial del tubo
306', que es gran beneficio para las propiedades del tubo 306'.
Detalles de la instalación mostrada en las
figuras 5a y 5b se explicarán en mayor detalle a continuación,
parcialmente con referencia a las otras figuras.
Parte del elemento de refrigeración interna 310
puede apreciarse en la figura 6. El elemento de refrigeración
interna 310 tiene una pared externa cilíndrica rígida y
dimensionalmente estable, por ejemplo hecha de metal, con una
sección larga central 311, cuyo diámetro es ligeramente menor que
el diámetro de las secciones de extremo 312 dispuestas en los
extremos anterior y posterior de dicha sección media 311 (solamente
puede apreciarse en las figura 6 la sección media posterior). La
diferencia en el diámetro entre la sección 311 y las secciones 312
es preferiblemente no más de 3 milímetros y es de por lo menos 0,5
milímetros. Esta diferencia se ha exagerado en la figura 5a.
La longitud axial de las secciones de extremo 312
es considerablemente más corta que la de la sección central 311,
siendo la longitud de la sección central 311 un múltiplo de la
dimensión de la sección transversal de la preforma 306. En la
práctica, es preferible que esta longitud sea de un metro o
más.
El elemento de refrigeración interna 310 está
provisto de un paso de alimentación 313, que se abre en una o más
aberturas 314 dispuestas en la superficie de la sección central
311, cuyas aberturas 314 están situadas en la proximidad de la
sección de extremo posterior 312. Además, el elemento de
refrigeración interna 310 también comprende, en el extremo anterior
de la sección central 311, una o más aberturas (no representadas)
que unen un paso de salida del elemento de refrigeración interna
310.
La instalación también comprende medios de
alimentación (no representados) para enfriar líquido, que están
conectados al paso de entrada 313 y mediante los cuales el líquido
de refrigeración se puede introducir entre la sección central 311
del elemento de refrigeración interna 310 y la preforma 306. Este
líquido de refrigeración forma entonces una película de líquido y
fluye, preferiblemente a alta velocidad, en la dirección opuesta a
la dirección de extrusión, hacia las aberturas del paso de salida.
De esta manera, se produce la refrigeración interna de la preforma
306.
La alta velocidad del líquido de refrigeración en
la película de líquido tiene la ventaja, en primer lugar, que a
pesar del pequeño volumen de la película de líquido es todavía
posible obtener una acción de refrigeración efectiva. En este
contexto, es importante que el líquido en la película no se
evapore, ya que esto produciría un aumento un deseable de la
presión en la preforma 306. Otra ventaja importante de la alta
velocidad se refiere al problema de formación de burbujas de aire o
gas en el líquido de refrigeración. Como es conocido, el líquido de
refrigeración usado es generalmente agua, y esta agua de
refrigeración contiene aire. Por lo tanto, cuando el agua de
refrigeración se calienta, se forman burbujas de aire, y estas
burbujas de aire generalmente se elevan. Si se usa refrigeración
interna en la que el líquido de refrigeración, indicado a partir de
ahora como agua, entra en contacto directo con el interior de la
preforma de plástico que se ha de enfriar, dichas burbujas de aire
o gas representan un inconveniente muy considerable. Respecto a la
presencia de una burbuja de aire o gas, el interior de la preforma
se enfría en una extensión menor en esa posición que en la zona de
los alrededores y, en consecuencia, se hace menos dimensionalmente
estable que la zona de los alrededores más fría. Como resultado de
la contracción volumétrica del material plástico durante la
refrigeración, tal como se ha descrito anteriormente, el material
de contracción estirará la capa de los alrededores ya rígida de la
pieza de la preforma hacia el interior. Como resultado se forma una
depresión en el interior de la preforma en la posición en la
burbuja de aire, en cuya depresión se encierra la burbuja de aire.
Como resultado, la burbuja de aire permanece en posición en ese
lugar y la refrigeración de esta zona pequeña permanece pobre, de
manera que la depresión se hace incluso más profunda. Esto lleva a
una depresión claramente detectable en la superficie interna del
tubo estirado, lo cual es inaceptable. Incidentalmente, también se
pueden formar burbujas mediante los gases que se liberan de la
preforma extrusionada.
Generalmente, se ha encontrado que cualquier
disrupción local en la refrigeración interna deja una marca visible
sobre el interior del tubo 306', y por esta razón es importante que
la refrigeración interna sea muy regular.
Cuando se usa refrigeración interna líquida, ya
es conocido que las burbujas se succionen mediante un tubo de
succión que se conecta al punto más alto de un compartimento de
refrigeración interna que está presente en el tubo extrusionado y a
través del cual fluye el líquido. Sin embargo, esta solución no es
siempre posible y/o satisfactoria, en particular porque el efecto
adverso de las burbujas de aire se produce muy rápidamente después
de que la preforma ha entrado en contacto con las burbujas de aire,
y porque una vez se han formado las burbujas de aire, tienden a
continuar adhiriéndose a la preforma a pesar de la succión.
Por estas razones, es importante, cuando se usa
la refrigeración interna, que la preforma esté provista de una
capa fría dimensionalmente estable sobre el interior mediante su
refrigeración tan pronto como deja la matriz de extrusión, como es
el caso con el elemento de refrigeración interna 310 descrito
anteriormente. Esto es particularmente importante para la
refrigeración interna de perfiles que se han extrusionado a partir
de material plástico tal como polietileno (PE) y polipropileno
(PP). Se ha encontrado que en el caso del cloruro de polivinilo
(PVC), por ejemplo, este problema es menos significativo. Es
también importante que esta capa fría se mantenga a lo largo de
toda la trayectoria durante la cual se produce la refrigeración
interna, ya que de otra manera podría producirse todavía la
depresión citada anteriormente. Además, quedará claro que es
importante contrarrestar la formación de burbujas de aire, en
particular grandes burbujas de aire o una acumulación de burbujas
de aire.
En el caso del elemento de refrigeración interna
310, la alta velocidad de flujo del líquido de refrigeración
asegura que solamente se formen pequeñas burbujas de aire, que son
arrastradas por el líquido que fluye rápidamente y no se adhieren
al interior de la preforma.
La formación de burbujas de aire durante la
refrigeración interna también se puede reducir desaireando en
primer lugar el líquido de refrigeración, tal como agua, usado para
la refrigeración interna antes que de que líquido se introduce en
la preforma que se ha de enfriar. La desaireación se puede
realizar, por ejemplo, hirviendo primero el agua y dejando que se
enfríe a continuación; si es apropiado, la ebullición puede
realizarse a presión atmosférica.
Otra solución para contrarrestar los
inconvenientes de las burbujas de aire o gas durante la
refrigeración interna es el uso de un líquido de refrigeración con
una baja tensión superficial. Esto puede conseguirse, por ejemplo,
usando agua como líquido de refrigeración, en cuyo caso se añaden
una o más substancias que reducen la tensión superficial al agua.
Esto puede, por ejemplo, implicar la adición de alcohol al agua de
refrigeración. Debido a la baja tensión superficial, es fácil que
se formen burbujas de aire, pero las burbujas de aire son
extremadamente pequeñas, implicando una menor formación de
depresiones.
Otra solución para evitar el efecto adverso de
las burbujas de aire o gas es la generación de un flujo
helicoidalmente orientado de líquido de refrigeración a lo largo
del interior de la preforma que se ha de refrigerar. Este flujo
evita que se creen burbujas de aire a lo largo del lado superior de
la circunferencia interno del tubo. Si es adecuado, en el caso del
elemento de refrigeración interna 310, podría preverse un perfil
helicoidal superficial en la superficie 311 para generar este
flujo.
Otra medida para evitar el efecto adverso de las
burbujas de aire o gas es mejorar la humedad de la superficie
interna de la preforma extrusionada, de manera que el líquido se
adhiere de una manera más satisfactoria a dicha superficie y las
burbujas se liberan más fácilmente.
En combinación con el elemento de refrigeración
interna 310 fijado al núcleo interno 305, también se puede concebir
que el núcleo interno 305 esté provisto de refrigeración para, de
esta manera, iniciar incluso más pronto la refrigeración interna de
la preforma extrusionada 306.
Quedará claro que las soluciones para la
refrigeración interna aquí descritas son adecuadas no solamente
para su uso en la producción de tubos orientados biaxialmente, sino
también en cualquier otro proceso para extrusionar secciones de
tubo a partir de material termoplástico. Sin embargo, otro factor
en la producción de tubos orientados biaxialmente a partir de
material termoplástico cristalino, tal como polietileno (PE), es
que la cristalización y la contracción del volumen significativa
asociada se realizan en un rango de temperatura que está en la
proximidad de la temperatura de orientación, es decir la
temperatura de estiramiento, que es la temperatura a la que la
preforma ha de estar cuando pasa sobre el mandril.
El primer manguito de calibración externa 320
está en particular situado a una distancia después del elemento de
refrigeración interna 310, en vista del diseño descrito
anteriormente del elemento de refrigeración interna 310, en cuyo
caso hay solamente una fina película de líquido entre la preforma
306 y el elemento de refrigeración interna 310. El diseño rígido
del elemento de refrigeración interna 310 significa que la preforma
306 sería incapaz de contrarrestar allí sin bloquearse sobre el
elemento de refrigeración interna 310.
El proceso de estiramiento biaxial, en el que se
extrusiona un tubo y este tubo se presiona en línea sobre un
mandril de estirado, ya se ha usado con éxito para materiales
termoplásticos amorfos, en particular para tubos hechos a partir de
cloruro de polivinilo. Muchos tubos, por ejemplo para agua potable
y conductos de gas, sin embargo, están hechos a partir de
materiales termoplásticos cristalinos, en particular a partir de
polietileno y polipropileno. La diferencia entre una composición
del material plástico descrita como amorfa o como cristalina se ha
probado que tiene efectos significativos sobre el progreso y
ejecución de dicho proceso de estiramiento biaxial. Debe indicarse
que los materiales cristalinos, tal como PE y PP, son de hecho
sistemas de dos fases, en el cual parte del material es amorfo y
parte es cristalino. La relación entre la parte amorfa, por un
lado, y la parte cristalina, por otro lado, depende en particular
en la refrigeración del material plástico fundido y, por lo tanto,
en particular en la relación de refrigeración.
En el caso del proceso de estiramiento biaxial,
por ejemplo usando la instalación mostrada en las figuras 5a y 5b,
en primer se extrusiona una preforma de paredes gruesas, que a
continuación se ha de refrigerar a una temperatura de orientación
adecuada que es significativamente menor que la temperatura de la
preforma cuando abandona la matriz de extrusión 303. Por esta
razón, el elemento de refrigeración interna 310 y el primer
dispositivo de refrigeración externa 330 están activos.
En vista de la pobre conductividad térmica de los
materiales termoplásticos, en este proceso continuo, en el cual,
obviamente, se desea la mayor relación de producción posible, es
inevitable que la refrigeración del material plástico no se
producirá de manera uniforme a lo largo de la sección transversal
de la preforma. En particular, los lados interno y externo de la
preforma, que entran en contacto con un medio de refrigeración,
sufrirán una rápida refrigeración y, en consecuencia, se formarán
un gran número de cristales, pero principalmente cristales muy
pequeños, en esas zonas. En el interior de la preforma, la
refrigeración se realizará más lentamente. Como resultado, se
forman un gran número de cristales, pero cristales muy pequeños,
sobre los lados interno y externo de la preforma, mientras que se
forman cristales más grandes en el interior de la preforma.
Esta diferencia puede constituir un inconveniente
para el estiramiento biaxial de la preforma y del resultado final
conseguido. Para solucionar o reducir este problema, se puede
concebir permitir que la capa muy refrigerada de la preforma se
caliente después de la refrigeración interna de la preforma con
paredes gruesas que sale del extrusor, de manera que los cristales
pequeños empiezan a crecer. Esto se puede conseguir permitiendo que
esta capa se caliente mediante transferencia térmica desde el
centro de la pared y/o llevando el lado interno de la preforma en
contacto con un medio de calentamiento. En particular, es posible
proporcionar un compartimento después del elemento de refrigeración
interna en el espacio hueco en la preforma, cuyo compartimento se
llena con líquido caliente, por ejemplo a una temperatura entre 90
y 100ºC.
El problema descrito anteriormente, cuando se usa
la refrigeración interna para un tubo o preforma extrusionada
hecha a partir de un termoplástico cristalino, de formación de
grandes números de pequeños cristales sobre el lado interno
refrigerado de manera intensiva, también se puede resolver
diseñando el tubo o la preforma con una pared de múltiples capas.
En este caso, la capa de pared interna, que se enfría más
rápidamente mediante la refrigeración interna, está preferiblemente
hecha a partir de un termoplástico amorfo, mientras que la capa a
su alrededor se extrusiona a partir de un termoplástico cristalino.
A modo de ejemplo, la capa interna está hecha a partir de cloruro
de polivinilo, y la capa externa está hecha a partir de
polietileno. Incidentalmente, la misma idea puede aplicarse a la
situación con refrigeración externa, en cuyo caso es ventajoso que
una capa de pared esté hecha a partir de un termoplástico
cristalino que se rodea mediante una capa externa de un
termoplástico amorfo. La combinación de los aspectos anteriores
produce un perfil con una capa de pared interna hecha a partir de
material amorfo y una capa de pared externa hecha a partir de
material amorfo con, entre las mismas, una capa de pared hecha a
partir de un termoplástico cristalino, por ejemplo un perfil de
tres capas con dos carcasas (finas) hechas a partir de PVC, que
encierran una capa intermedia más gruesa de PE. Un perfil de esta
naturaleza se puede someter a un proceso de estiramiento biaxial,
por ejemplo presionando el perfil que sale del extrusor sobre un
mandril de expansión posterior.
La formación del cristal también puede verse
influenciada por la adición de una substancia que sirve como un
núcleo para la formación de cristales al material plástico. La
adición de tiza se ha probado que tiene un efecto beneficioso sobre
la formación de cristal en la producción de tubos orientados
biaxialmente a partir de polietileno. En particular, se forman
rápidamente un gran número de cristales. También debe indicarse que
una capa de pared interna hecha a partir de PVC soluciona o
contrarresta el problema descrito anteriormente de formación de
depresiones provocadas por burbujas de aire en el agua de
refrigeración de la refrigeración interna. Esto es porque el PVC
tiene una mejor conductividad térmica que el PE, y la
humidificación mediante líquido de refrigeración, en particular
agua, es también mejor.
Debe indicarse que se conocen generalmente
dispositivos de extrusión para extrusionar tubos de múltiples
capas.
Durante el estiramiento biaxial de una preforma
sobre un mandril, cualquier desviación en el espesor de la pared de
la preforma que todavía ha de pasar sobre el mandril se ha probado
que tiene una considerable influencia sobre el comportamiento de la
preforma al pasar sobre el mandril y, de esta manera, sobre la
orientación biaxial conseguida. Ya es conocida una unidad para
medir el espesor de la pared que se coloca entre el extrusor y el
mandril, cuya unidad puede usarse para medir el espesor de la pared
y la forma de la sección transversal de la preforma. Las unidades
de medición del espesor de la pared de esta naturaleza son
habitualmente unidades ultrasónicas, en las que un pulso
ultrasónico se transmite a través de la pared desde el exterior y
la reflexión de este pulso determina el espesor de la pared. Esto
es porque la reflexión se basa en la diferencia entre la velocidad
de transmisión del sonido a través de la pared y a través del medio
situado en la preforma.
Tal como se ha descrito anteriormente, la
preforma está todavía relativamente caliente en la sección entre el
extrusor y el mandril de expansión, y esto provoca problemas con
el funcionamiento de estas unidades ultrasónicas de medición del
espesor de la pared. Además, en el caso de termoplásticos
cristalinos, la cristalización se produce precisamente a las
temperaturas que predominan en esa sección, produciendo un cambio
considerable en la densidad del termoplástico, el cual a su vez
tiene consecuencias para la transmisión del pulso ultrasónico. Este
efecto es también perjudicial para el funcionamiento y fiabilidad
de las mediciones usando la unidad ultrasónica de medición del
espesor de la pared. Se ha encontrado que el funcionamiento mejora
si se coloca una capa de líquido frío a lo largo del interior de la
preforma en la posición de la medición ultrasónica del espesor de
la pared, o si la preforma se llena con un líquido frío en esta
posición. Si el líquido tuviera que estar caliente, por ejemplo
agua cerca de 100ºC, parece que la medición ultrasónica del espesor
de la pared funciona de una manera considerablemente menos precisa
que con un líquido frío. Se asume que esto es debido, en
particular, a que la diferencia en la velocidad de transmisión
entre la preforma y el líquido es importante para la reflexión del
pulso ultrasónico, y en el caso de líquido caliente esta diferencia
es menor. En las unidades de medición ultrasónicas del espesor de
la pared, uno o más transmisores/receptores ultrasónicos giran
alrededor del tubo. En esta realización, se puede concebir un
suministro de un flujo de líquido frío que gire en el interior del
tubo en la misma posición.
En la figura 5a, la referencia numérica 400
representa esquemáticamente una unidad de medición ultrasónica del
espesor de la pared, produciéndose la capa descrita anteriormente
de líquido frío usando el elemento de refrigeración interna 310 que
se ha descrito en detalle anteriormente.
Otra consecuencia de la medición del espesor de
la pared en una posición entre el extrusor 301 y el mandril 360 es
que la temperatura de la preforma 306 también tiene una influencia
sobre la medición ultrasónica del espesor de la pared. Tal como se
ha descrito, en esta sección dicha temperatura puede variar, por
ejemplo debido a la acción de la refrigeración interna y externa,
se ajusta en la fase de inicio. Para reducir la influencia de la
temperatura de la pared de la preforma sobre el espesor de la pared
medida, es posible disponer un dispositivo para medir la
temperatura de la pared del tubo en la proximidad de la unidad
ultrasónica de medición del espesor de la pared 400 y proporcionar
un algoritmo de compensación adecuado, que se usa para compensar
la influencia de la temperatura en el espesor de la pared
medido.
En el proceso de estiramiento biaxial, uno de los
aspectos más importantes es el paso de la preforma sobre el
mandril de estiramiento, con lo cual la preforma se estira en la
dirección radial, y posiblemente también en la dirección axial. A
partir de la técnica anterior, es conocido intentar tratar el tubo
del extrusor en la sección entre el extrusor y el mandril, de tal
manera que dicho tubo llega al mandril con un espesor de pared que
es lo más uniforme posible, y preferiblemente también a una
temperatura que lo más uniforme posible dentro del rango de
temperatura que es adecuado para la orientación biaxial.
También es conocido que, a pesar de estas
operaciones de preparación, las desviaciones en la sección
transversal de la preforma pueden todavía provocar como resultado
el paso sobre el mandril. Estas desviaciones se refieren al espesor
de la pared de la preforma tal como se aprecia en la dirección
circunferencial y, si es apropiado, la excentricidad del lado
interno respecto al lado externo. Estas desviaciones se observan
entonces usando una segunda unidad de medición del espesor de la
pared 430 dispuesta después del mandril. Para hacer posible la
corrección de estas desviaciones, ya es conocido utilizar el
dispositivo de calentamiento 350 mostrado en la figura 5b. Tal como
se ha mencionado anteriormente, este dispositivo de calentamiento
350 comprende una pluralidad de unidades de calentamiento que están
dispuestas en la proximidad del mandril 360 y alrededor de la
preforma 306. Cada una de dichas unidades de calentamiento se puede
usar para emitir una cantidad de calor ajustable de manera separada
a un sector asociado de la circunferencia de la preforma 306 que
pasa. Como resultado del calor añadido, la temperatura, y en
consecuencia la rigidez, del material plástico cambia. De esta
manera, es posible ajustar la resistencia que sufre la preforma 306
cuando pasa el mandril 360 en sectores en la dirección
circunferencial de la preforma. Este ajuste es conocido por sí
mismo.
En la práctica, incluso cuando se usa este
dispositivo de calentamiento 350, se ha apreciado que todavía
surgen desviaciones no deseables en la forma en sección transversal
y el espesor de la pared del tubo presionado sobre el mandril 360.
Este problema, así como una solución asociada, se explicarán con
mayor detalle con referencia a las figuras 7 y 8.
Las figuras 7 y 8 muestran el mandril 360 con una
parte de extensión 362, una parte de expansión 363 y una parte de
retirada 364. La parte de expansión 363 del mandril 360 tiene una
superficie externa que corresponde substancialmente a la superficie
de un cono truncado.
El mandril 360 está provisto de uno o más pasos
de alimentación 365 que, en la proximidad del extremo posterior de
la parte de expansión 363, se abren en una superficie externa del
mandril 360 y, a través del elemento de anclaje 361 y de la matriz
de extrusión 303, están conectados a medios de bombeo (no
representados) para suministrar un líquido entre el mandril 360 y
la preforma 306. Además, el mandril 360 está provisto de uno o más
pasos de salida 366 que se extienden desde una abertura dispuesta
en la parte de extensión 362, a través del elemento de anclaje 361
y la matriz de extrusión 303, a una salida. Mediante estos pasos
365 y 366 y los medios de bombeo asociados, es posible producir una
película de líquido que fluye entre la preforma 306 y el mandril
360, en particular entre la preforma/tubo 306 y la parte de
expansión 363 del mandril 360. Esta formación de una película de
líquido, por ejemplo una película de agua, entre la preforma 306 y
el mandril 360 es conocida por sí misma. En este caso, el líquido
en la película fluye en la dirección opuesta a la dirección de
movimiento de la preforma 306 sobre la parte de expansión 363.
Debido a la presencia de la película de líquido, hay, de hecho, un
contacto de fricción pequeño o nulo entre la preforma 306 y la
parte de expansión 363. La película de líquido no solamente reduce
la fricción, sino que también enfría la superficie del mandril 360
por debajo del punto de fusión del termoplástico. Sobre esta
temperatura, el coeficiente de fricción aumenta muy
rápidamente.
En la práctica, en esta situación conocida con un
mandril dimensionalmente estable y una película de agua entre el
mandril y la preforma, se ha encontrado que, cuando la preforma
pasa sobre la parte de expansión, no están presentes diferencias
locales en los espesores de la pared, o están presentes en una
extensión muy ligera, antes de la forma del mandril en la
circunferencia de la preforma. En otras palabras, se observa
generalmente que una zona de la circunferencia de la preforma que
se mueve sobre el mandril se vuelve mucho más fina, mientras que en
las zonas de unión la reducción en el espesor de la pared es poca o
nula. Esto no solamente lleva a desviaciones inaceptables en el
espesor de la pared del tubo producido, sino también a una
diferencia en la orientación biaxial.
Se ha encontrado que el problema citado
anteriormente se puede solucionar/reducir previendo la superficie
externa de la parte de expansión 363 del mandril 360 con ranuras
y/o nervios alargados que se extienden axialmente en una pluralidad
de posiciones alrededor de la circunferencia de la parte de
expansión 363.
Puede apreciarse en la figura 8 que un gran
número de ranuras superficiales 367 están formadas en la superficie
externa de la parte de expansión 363. En esta figura, por el
propósito de claridad, se muestran una pluralidad de estas ranuras
367 a una escala exagerada. La figura 7 también muestra una de
estas ranuras 367. Las ranuras 367 se extienden en la dirección
axial, es decir, en la dirección en la que la preforma 306 se
presiona sobre el mandril 360. Las ranuras 367 están distribuidas
preferiblemente sobre la parte de expansión en intervalos angulares
regulares, preferiblemente entre 3º y 10º.
Cuando la preforma 306 se presiona sobre el
mandril, parte del material plástico blando de la preforma 306 se
moverá en el interior de estas ranuras 367, tal como se muestra en
la figura 7. Esta forma de acoplamiento entre la preforma y la
parte de expansión del mandril limita la libertad de movimiento del
material plástico de la preforma en la dirección circunferencial de
la parte de expansión del mandril, que se ha probado que reduce
considerablemente el problema citado anteriormente de desviación
local del espesor de la pared en el tubo que se obtiene
finalmente.
Las ranuras superficiales 367 son suficientes
para conseguir el efecto anterior. En la práctica, se ha probado
que 5 milímetros son el límite superior, mientras que se prefieren
profundidades entre 0,5 y 3 milímetros; ranuras con una profundidad
de 0,5 milímetros y una anchura de 0,5 milímetros también se ha
probado efectiva.
Parte de la película de agua entre la preforma y
el mandril pasará a través de las ranuras 367, pero una película
de líquido se mantendrá entre el mandril y la preforma en las zonas
colocadas entre las ranuras 367. Incidentalmente, también se puede
concebir que el líquido se suministre no a través del paso 365,
sino más bien a través de un paso que se abre más abajo, en la
parte de retirada 364, en la superficie externa del mandril.
En la práctica, las ranuras 367 llevan a pequeños
nervios longitudinales sobre la circunferencia interna de la
preforma que pasa sobre la parte de expansión del mandril. Sin
embargo, estos nervios se reducen considerablemente en tamaño
mediante la parte de retirada lisa del mandril. En la práctica,
solamente permanece una impresión visible de dichos nervios, que es
aceptable. Obviamente, si las ranuras 367 se reemplazan mediante
nervios elevados, se formaría un diseño de ranuras longitudinales
superficiales en el tubo. Esto tampoco presenta ningún
problema.
Puede apreciarse a partir de la figura 7, así
como a partir de la figura 5b, que se forma una segunda película
de líquido de una manera conocida por sí misma entre la parte de
retirada 364 del mandril 360 y el tubo 306'. Esta segunda película
de líquido se usa, por un lado, para reducir la fricción entre el
tubo y la parte de retirada y, por otro lado, también puede servir
como refrigeración interna del tubo estirado.
En una variante que no se ha representado, el
dispositivo de calentamiento 350, que en un diseño conocido
comprende radiadores de infrarrojos, está provisto de medios para
calentar la preforma usando radiación de microondas. De esta
manera, se podría calentar no solamente la superficie de la
preforma, sino también, en particular, el interior de la pared de
la preforma.
La deseada mejora en las propiedades del material
plástico en el proceso de estiramiento biaxial se consigue en
particular si el tubo extrusionado se estira a una extensión
considerable en la dirección axial, pero también en la dirección
radial. De esta manera, en la práctica el diámetro del tubo
aumentará a menudo mediante un factor de dos o más cuando el tubo
pasa sobre el mandril.
Sin embargo, a la temperatura de orientación que
se adecuada para el proceso de estiramiento biaxial, el material
plástico ya está razonablemente rígido y, de esta manera, no es
fácilmente deformable. En consecuencia, se han de ejercer fuerzas
muy considerables sobre el tubo para permitir que el tubo, que
tiene una pared gruesa antes del mandril, pase sobre el mandril. La
presencia de una o más películas de líquido entre el tubo y el
mandril, de esta manera, lleva a una reducción en la fuerza de
tracción, pero las fuerzas requeridas para el proceso de
estiramiento todavía siguen siendo un problema.
Un primer problema se refiere a la transmisión de
la fuerza de tracción al tubo 306' mediante el dispositivo de
retirada 390 colocado después del mandril 360. En los bancos de
retirada conocidos generalmente hay una pluralidad de carriles de
accionamiento, por ejemplo 2, 3 ó 4 de estos carriles, y la
transmisión de la fuerza de tracción desde el dispositivo de
retirada al tubo se basa en la fricción entre el tubo y los
carriles. La fricción está determinada por el coeficiente de
fricción y la fuerza normal. En este caso, el coeficiente de
fricción está determinado por los materiales que entran en contacto
entre sí y no es fácil de aumentar de manera significativa. La
fuerza normal está limitada mediante la capacidad de soporte de la
carga del tubo para, de esta manera, evitar daños. De esta manera,
la fuerza de tracción que se puede ejercer mediante un dispositivo
de retirada es limitada.
Una medida que permite aumentar la fuerza de
tracción que se puede ejercer es el uso de una pluralidad de
dispositivos de retirada dispuestos uno detrás del otro, de manera
que la fricción entre el tubo y el dispositivo de retirada se
distribuye sobre un área de superficie mayor. En este caso, los
dispositivos de retirada han de mover el tubo a la misma velocidad,
para evitar que los carriles de uno de los dispositivos de retirada
se deslice sobre el tubo. Como el tubo estirado en esa posición ya
se ha enfriado de una manera significativamente por debajo de la
temperatura de orientación, tampoco es deseable un estiramiento
axial adicional.
Otra medida es soportar el tubo internamente en
una posición del dispositivo de retirada 390, de manera que el
dispositivo de retirada puede ejercer una fuerza normal mayor sobre
el tubo que en ausencia de este soporte interno.
El soporte interno podría, por ejemplo, consistir
en la producción de una presión interna en el tubo, por ejemplo
usando dos medios de cierre para formar un compartimento cerrado en
el tubo al nivel del dispositivo de retirada y mediante la
introducción de gas o líquido presurizado en el interior de este
compartimento.
El soporte interno podría ser también de diseño
mecánico. La figura 5b representa esquemáticamente un ejemplo, en
la que un dispositivo de soporte interno 420 se fija al mandril
360, a través de un elemento de anclaje 421, en el nivel del
dispositivo de retirada 390. El dispositivo de soporte 420 en este
caso tiene correas de presión 422 que se extienden con el tubo 306'
y se soportan contra el interior del tubo 306' opuesto a las
correas del dispositivo de retirada 390. Como resultado, el
dispositivo de retirada 390 puede presionar firmemente contra el
exterior del tubo 306' sin ningún riesgo de que se dañe el tubo
306'.
En el caso de diámetros del tubo mayores, el
propio dispositivo de soporte interno podría también estar provisto
de un accionamiento para avanzar el tubo 306', en cuyo caso este
dispositivo se soporta a continuación sobre el mandril a través de
un elemento que se puede someter a cargas de compresión. Este
soporte lleva entonces a una reducción en la fuerza de tracción en
la conexión entre el extrusor y el mandril.
Otra posibilidad para ejercer la fuerza de
tracción requerida sobre el tubo durante el proceso de estiramiento
biaxial es basar la transmisión de la fuerza de tracción al tubo
sobre una conexión en forma de encaje entre el dispositivo de
retirada y el tubo, en lugar de sobre fricción, tal como se ha
descrito anteriormente. Esto puede conseguirse permitiendo que el
tubo se deforme realmente, posiblemente dañado de manera
permanente, en posiciones que está dispuestas a una distancia axial
entre sí, a través del acoplamiento del dispositivo de retirada
posterior sobre el tubo. La distancia entre los puntos de
acoplamiento es entonces preferiblemente ligeramente mayor que la
longitud de las secciones del tubo que se han de producir. A modo
de ejemplo, el dispositivo de retirada se acopla sobre el tubo
mediante salientes que sobresalen en o a través de la pared del
tubo.
Un problema significativo con tubos de
poliolefina es que las propiedades mejoradas obtenidas a través del
proceso de estiramiento biaxial se pierden completa o ampliamente
incluso a una baja temperatura del tubo (40ºC para PE). Esto
significa que un tubo de esta naturaleza no puede almacenarse al
sol sin que se produzca la pérdida citada anteriormente, a menos
que se tomen medidas especiales que mejoren la estabilidad del tubo
producido.
Es preferible esforzarse en las operaciones que
mejoran la estabilidad sobre el tubo que pueden realizarse en línea
con la producción del tubo, en lugar de después o en un proceso
separado en el que se tratan las secciones del tubo. Para esto, se
propone que la operación de reticulado se realice en línea después
de la parte de expansión del mandril de estiramiento.
Puede apreciarse en la figura 5b que la parte de
retirada 364 del mandril 360 es de una longitud considerable, que
en este caso es un múltiplo del espesor de la pared del tubo. En la
práctica, pueden ser ventajosas longitudes de más de 1 metro, que
es posible en particular si se forma una película de agua entre la
parte de retirada y el tubo. La gran longitud de la parte de
retirada 364 hace que el tubo 306' sea más estable, ya que el tubo
estirado 306' tiene entonces una forma que está definida por la
parte de retirada 364 durante un periodo de tiempo relativamente
largo, durante cuyo periodo los efectos que se producen mediante la
expansión pueden llegar a ser estables.
Otra manera de mejorar la estabilidad del tubo es
reticular el material plástico del tubo. Esto puede realizarse de
varias maneras que son conocidas por sí mismas. Es también posible
para solamente una, o más, de las capas de la pared del tubo que se
someta a un tratamiento de reticulado, por ejemplo solamente la
capa sobre el exterior del tubo.
La estabilidad también se puede mejorar
produciendo tubos de múltiples capas, tal como se ha descrito
anteriormente, en cuyo caso la forma de una de estas capas es, de
hecho, tan estable que las capas menos estables, por ejemplo una
capa de PE reticulada, se evita que cambie la forma. Esto puede
conseguirse, por ejemplo, combinando esta capa de PE con una capa
de PVC. También puede concebirse que las capas específicas de dicho
tubo de múltiples capas se sometan al proceso de reticulado, de
manera que como resultado uno de los bloques de capas cambia la
forma de otra capa o capas.
Otra variante es para el tubo producido que se ha
de corta a una longitud en primer lugar, resultando en secciones
de tubo, y para estas secciones de tubo que se han de tratar a
continuación en un proceso separado (lote), para conseguir la
estabilización deseada. En particular, se puede concebir que una
sección de tubo se empuje sobre un soporte interno dimensionalmente
estable y se someta a continuación a un tratamiento térmico durante
un periodo de tiempo específico, por ejemplo una serie de horas.
Durante este tratamiento, el soporte interno evita un cambio en la
forma de la sección de tubo biaxialmente orientada, cuya forma se
mantiene de esta manera, y una parte considerable del estiramiento
del material plástico se mantendrá. Después de este tratamiento, la
sección del tubo será considerablemente menos susceptible de perder
las propiedades obtenidas mediante el estiramiento.
Sometiendo el tubo a uno o más de los
tratamientos descritos anteriormente, es posible obtener un tubo a
partir de material plástico biaxialmente orientado que hace
posible, a través de una unión de soldadura, formar una conexión a
una parte del tubo u otro componente que se une al mismo. Las
uniones de soldadura de esta naturaleza se usan principalmente para
tubos de poliolefina, tal como tubos de PE. Si ahora se hace un
tubo a partir de polietileno orientado biaxialmente o similar, un
carro de conducto ramificado para hacer una conexión a un conducto
ramificado, por ejemplo, se puede soldar de manera segura al mismo
sin cambiar de manera no deseable la forma del conducto como
resultado del calor suministrado.
Ya es conocido proporcionar partes de tubo hechas
a partir de material termoplástico orientado biaxialmente, en
particular PVC, con un casquillo en un extremo, para hacer posible
montar un conducto a partir de partes de tubo que se han montado
juntas. En esta disposición, es conocido que un casquillo de esta
naturaleza esté provisto de un anillo de sellado elástico que se
apoya de una manera sellada contra el extremo de otro conducto que
se ha ajustado en su interior.
En el caso de tubos hechos a partir de
poliolefina orientada biaxialmente, una unión de casquillo de esta
naturaleza provoca problemas respecto al sello, en particular a
largo término. Estos problemas surgen en particular a partir del
hecho de que muchas poliolefinas presentan una cantidad de
deslizamiento significativo, es decir, el material empieza a ceder
bajo cargas durante el tiempo. En el caso de una unión de casquillo
tal como se ha descrito anteriormente, este fenómeno de
deslizamiento provocará que la presión de contacto entre el anillo
de sellado y el tubo insertado disminuya gradualmente, ya que la
pared del tubo empezará a ceder a lo largo del tiempo. Esto provoca
la posibilidad de escapes, particularmente bajo presión.
Para conectar dos tubos de material termoplástico
biaxialmente orientado, en particular material plástico de
poliolefina, entre sí, se propone de esta manera una conexión
mejorada, que se explicará en mayor detalle a continuación con
referencia a la figura 9.
La figura 9 muestra los extremos de dos tubos
idénticos 501, 502 de polietileno biaxialmente orientados, por
ejemplo producidos usando el procedimiento y la instalación
descritos anteriormente, que se han de conectar. Cada uno de estos
tubos 501, 502 está provisto en ambos extremos de un casquillo 503,
504, respectivamente, un diseño simple del cual, sin un anillo de
sellado, se muestra en la figura 9.
Estos casquillos 503, 504 están formados, de una
manera conocida por sí misma, de manera solidaria sobre los tubos
501, 502 y en este caso tienen un diámetro interno mayor que la
parte de unión del tubo.
La figura 9 también muestra un cuerpo de tubo de
conexión de plástico 510, que está provisto de dos extremos axiales
511, 512, que cada uno encaja en el interior de un casquillo 503,
504 de un tubo 501, 502 que se ha de conectar. Preferiblemente, el
cuerpo de conexión del tubo 510 encaja en el interior del casquillo
que una ligera separación, tal como se muestra en la figura 9.
Los tubos 501, 502 están fijados al cuerpo 510
mediante el calentamiento del casquillo de cada tubo, con el
resultado de que dicho casquillo se contrae por lo menos en sección
transversal y se sujeta firmemente sobre el extremo del cuerpo de
conexión del tubo 510 que encaja en el interior de dicho
casquillo.
Para calentar el casquillo que se ha empujado
sobre el mismo, el cuerpo de conexión del tubo 510 está provisto,
en cada uno de sus extremos 511, 512, con medios de calentamiento.
Estos medios de calentamiento, en este caso, comprenden uno o más
elementos de calentamiento eléctricos, por ejemplo alambres de
calentamiento 515, que en este caso está integrados en el cuerpo de
conexión del tubo 510 y se pueden conectar a una fuente de
corriente a través del terminal 516 sobre el exterior del cuerpo
510.
En una variante, los medios de calentamiento
pueden comprender uno o más elementos que se pueden calentar desde
el exterior, por ejemplo elementos que se pueden calentar a través
de inducción o radiación de microondas y están dispuestos y/o
integrados en el cuerpo del tubo 510.
Para evitar la transición desde el casquillo a la
parte de unión del tubo que se caliente excesivamente, los
alambres de calentamiento 515 están a una distancia del extremo
libre del cuerpo de conexión del tubo 510.
También puede apreciarse en la figura 9 que la
superficie externa en cada extremo 511, 512 del cuerpo de conexión
del tubo 510 está perfilado para crear un componente de conexión en
forma de bloqueo positivo entre el cuerpo de conexión del tubo 510
y el casquillo del tubo.
El cuerpo de conexión del tubo ventajosamente
tiene un diámetro interno que es substancialmente igual al diámetro
interno de la parte de cada tubo que está dispuesto fuera del
casquillo.
La conexión mostrada también se puede usar para
tubos orientados biaxialmente que se han sometido a un tratamiento
de reticulado y/o tienen una pared tubular de múltiples capas, tal
como se explica anteriormente.
La figura 10 muestra una sección de una
instalación para producir un tubo a partir de material
termoplástico orientado biaxialmente, en este ejemplo una sección
de la variante de la instalación mostrada en las figuras 5a,
5b.
La figura 10 muestra la preforma tubular hueca de
temperatura controlada 306 que ha salido de un extrusor, y los
primeros medios de control de la velocidad 340, que está dispuesta
después del extrusor y se acopla sobre el exterior de la preforma
306, impartiendo una primera velocidad de avance controlable a esta
preforma.
La figura 10 también muestra unos segundos medios
de control de la velocidad 600 que están dispuestos a una
distancia después de los primeros medios de control de la velocidad
340. Los segundos medios de control de la velocidad 600 se acoplan
sobre el exterior de la preforma 306 y están diseñados para
impartir una segunda velocidad de avance controlable de la
preforma. Los segundos medios de control de la velocidad 600 están
situados antes del mandril (no representado), sobre el que la
preforma se presiona a una temperatura de orientación que es
adecuada para el material plástico relevante. En cualquier caso,
los segundos medios de control de la velocidad 600 están situados
antes de la parte de expansión del mandril.
En una realización que es conocida por sí misma,
los primeros medios de control de la velocidad 340 y los segundos
medios de control de la velocidad 600 están diseñados, cada uno,
con una pluralidad de carriles sin fin, por ejemplo dos carriles
tal como se muestran en la patente WO 95/25626, que se apoyan
contra la preforma. Los medios de control de la velocidad 340 y 600
también están previstos entonces de un carril de accionamiento con
velocidad controlable.
En la instalación también estarán previstos uno o
más terceros medios de control de la velocidad, situados después
del mandril y que se acoplan sobre el tubo estirado para definir
una tercera velocidad de avance del tubo.
Una instalación de esta naturaleza hace posible
producir tubos orientados biaxialmente de varias maneras. Por
ejemplo, los segundos medios de control de la velocidad podrían
usarse para ajustar una velocidad de la preforma que varía entre
una velocidad menor que la de los primeros medios de control de la
velocidad y mayor que la de los terceros medios de control de la
velocidad.
En particular, es posible que la preforma 306 se
estire axialmente, permitiendo la reducción del espesor de la pared
de la preforma 306, en la sección entre los primeros y segundos
medios de control de la velocidad 340 y 600. En este caso, la
segunda velocidad es entonces mayor que la primera velocidad.
El estiramiento axial de la preforma 306 que se
produce en esta sección puede corresponder al estiramiento axial
deseado del tubo o puede formar parte de este estiramiento, en cuyo
caso el resto del estiramiento axial se realiza más abajo en la
instalación, por ejemplo durante el paso sobre el mandril. Esto
tiene la ventaja, entre otros, de que el comportamiento de la
preforma al pasar sobre el mandril es estable, de manera que el
proceso se puede controlar de manera satisfactoria.
También puede apreciarse a partir de la figura 10
que la preforma se mueve a través de una abertura de calibración
de un dispositivo de calibración 610 en la sección entre los medios
de control de la velocidad 340 y 600, en la cual la preforma se
estira axialmente, cuyo dispositivo de calibración 610 realiza una
reducción definida en el diámetro externo y posiblemente en el
espesor de la pared de la preforma 306, que ahora está concentrada
en la posición del dispositivo de calibración 610, tal como puede
apreciarse a partir de la figura 10.
Como resultado del paso a través del dispositivo
de calibración, la preforma adquiere un diámetro externo definido,
que es ventajoso para el acoplamiento de los segundos medios de
control de la velocidad del tubo 600 sobre la preforma y mejora la
estabilidad del proceso.
Mediante los medios de control de la velocidad,
preferiblemente en combinación con el dispositivo de calibración
610, y un mandril adecuado, es posible, por ejemplo, asegurar que
la suma de los estiramientos en la dirección axial y en la
dirección circunferencial es aproximadamente 5. Las pruebas en las
que los tubos de polietileno estirado biaxialmente se someten a una
presión interna han demostrado que en este valor no hay ningún
fenómeno de deslizamiento observado en el material plástico. A un
valor inferior, se observó deslizamiento. Una posible explicación
es que en el valor 5, las moléculas de plástico son aproximadamente
rectas y, de esta manera, ya no pueden ser más largas. Un nivel
mayor de estiramiento llevaría simplemente, de esta manera, a las
moléculas más o menos rectas a que se deslicen pasadas entre sí.
Preferiblemente, la relación de estiramiento axial y la relación de
estiramiento en la dirección circunferencial tienen un relación
3:2.
Claims (13)
1. Procedimiento para la producción de un tubo
termoplástico orientado biaxialmente, que comprende la extrusión de
una preforma tubular a partir de material termoplástico usando un
extrusor (1) que está provisto de una matriz de extrusión que tiene
un núcleo interno (5), definiendo el núcleo interno (5) un espacio
hueco en la preforma (6), cuyo procedimiento también comprende el
acondicionamiento de la temperatura de la preforma (6), de manera
que la preforma (6) alcanza una temperatura de orientación que es
adecuada para el material plástico que se usa, y presionando las
preformas (6) endurecidas sobre el mandril (30), cuyo mandril (30)
comprende una parte de expansión (33), que provoca la expansión en
la dirección circunferencial de la preforma (6) al pasar sobre la
misma, de tal manera que se obtiene un tubo estirado (6') con
material plástico que se estira en la dirección axial y en la
dirección circunferencial, seguido por la refrigeración del tubo
estirado (6'), ajustándose una velocidad de avance de la preforma
(6) antes del mandril mediante unos medios de control de la
velocidad (20) que actúan sobre la preforma (6) antes del mandril,
y ajustándose una velocidad de avance ajustable del tubo (6')
después del mandril (30) mediante un dispositivo de retirada (50)
que actúa sobre el tubo estirado (6') después del mandril,
caracterizado por el hecho de que - mediante la variación
periódica de la relación de la velocidad de avance de la preforma
(6) que está determinada por los medios de control de la velocidad
(20), por un lado, y la salida del extrusor (1), por otro lado,
entre una pluralidad de valores diferentes - el espesor de la pared
de la preforma (6) se cambia periódicamente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que la relación de la velocidad de avance de la preforma (6), que
está determinada por los medios de control de la velocidad (6), por
un lado, y la salida del extrusor (1), por otro lado, se mantiene
substancialmente constante en un primer valor durante un primer
periodo, de manera que la preforma adquiere entonces un primer
espesor de pared, y se ajusta a uno o más valores que difieren del
primer valor durante un segundo periodo, que es considerablemente
más corto que el primer periodo.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que la salida del extrusor (1) se varía periódicamente y en
el que la velocidad de avance de la preforma (6), que está
determinada por los medios de control de la velocidad (20), se
mantiene substancialmente constante.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que la salida del extrusor (1) se mantiene substancialmente
constante y en el que la velocidad de avance de la preforma (6),
que está determinada por los medios de control de la velocidad
(20), se varía periódicamente.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el
que la velocidad de avance del tubo estirado (6') después del
mandril (30), que está determinada por el dispositivo de retirada
(50), se varía periódicamente de tal manera que la relación de la
velocidad de avance del tubo estirado (6') después del mandril
(30), por un lado, y de la preforma (6) antes del mandril (30), por
otro lado, se mantiene substancialmente constante.
6. Procedimiento según la reivindicación 2, en el
que, en el periodo durante en cual una parte de la preforma (6)
con un espesor de pared que es mayor que el primer espesor de pared
se presiona sobre el mandril (30) o para parte de este periodo, la
relación de la velocidad de avance del tubo estirado (6'), que está
determinada por el dispositivo de retirada (50), por un lado, y la
velocidad de avance de la preforma (6), que está determinada por
los medios de control de la velocidad (20), por otro lado, es
mayor que en el periodo durante el cual una parte de la preforma
(6) con el primer espesor de pared se presiona sobre el mandril
(30), de tal manera que una parte del tubo con un espesor de pared
mayor adquiere un estiramiento axial mayor que una parte de tubo
con el primer espesor de pared.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el tubo estirado (6')
después de la parte de expansión (33) del mandril (30) se refrigera
de tal manera que el tubo refrigerado no sufre ningún estiramiento
axial y la generación del estiramiento axial se concentra en la
sección entre unos medios de control de la velocidad (20) para la
preforma y el extremo posterior del mandril (30), y/o en la sección
entre una pluralidad de medios de control de la velocidad para la
preforma que está dispuesta antes del mandril.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la preforma (6) después de
la matriz de extrusión (3) se somete a calibración del diámetro
externo de la preforma (6), de manera que la preforma adquiere un
diámetro externo uniforme en esa zona y una sección de la preforma
con un espesor de pared mayor tiene un diámetro interno menor que
las partes adyacentes de la preforma con un espesor de pared
menor.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 1 a 7, en el que la preforma (6)
después de la matriz de extrusión (3) se somete a calibración del
diámetro interno de la preforma (6), de manera que la preforma
adquiere un diámetro interno uniforme en esa zona y una parte de la
preforma con un espesor de pared mayor tiene un diámetro externo
mayor que las partes adyacentes de la preforma con un espesor de
pared menor.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la preforma (6) está
endurecida de tal manera que una parte de la preforma con un
espesor de pared mayor en promedio está a una temperatura más alta,
medida en una posición inmediatamente antes del mandril de
expansión (33), que una parte de la preforma inmediatamente
adyacente con un espesor de pared menor que ya está sobre el
mandril.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que en cada caso se crean en la
preforma (6) una serie de una pluralidad de partes con un espesor
de pared mayor que está situadas relativamente cerca entre sí,
seguidas por una sección de la preforma considerablemente más larga
con un espesor de pared uniforme menor.
12. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el tubo estirado (6'), en la
sección entre el extremo posterior del mandril (30) y el
dispositivo de retirada (50), está sometido a calibración del
diámetro externo del tubo.
13. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el tubo estirado (6')
después del dispositivo de retirada (50) está dividido en la
posición o a continuación de una parte de tubo con un espesor de
pared mayor, resultando en secciones de tubo que en uno o ambos
extremos axial tienen una parte de extremo con un espesor de pared
mayor que el resto de la sección del tubo, que tiene un espesor de
pared uniforme menor.
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