ES2213783T3

ES2213783T3 - Tubo de material plastico multicapa coextruido.

Info

Publication number: ES2213783T3
Application number: ES96940678T
Authority: ES
Inventors: Jyri Jarvenkyla
Original assignee: Uponor Innovation AB
Current assignee: Uponor Innovation AB
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 2004-09-01
Anticipated expiration: 2016-12-12
Also published as: DE69631432T2; US6176269B1; EP1419871A1; EP1393891A1; JP2000501823A; RU2157939C1; EP1393890A1; CA2239870A1; CN1204387A; AU1068397A; RU2157939C2; WO1997021950A1; EP0864060A1; ATE258661T1; FI100130B; DK0864060T3; DE69631432D1; AU708639B2; FI955960A0; EP0864060B1

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN TUBO DE PLASTICO DE MULTIPLES CAPAS COEXTRUIDAS QUE COMPRENDE UN TUBO INTERIOR (1) Y UN TUBO EXTERIOR (2) Y ENTRE ELLOS UNA CAPA INTERMEDIA (2) DE UN MATERIAL MAS BLANDO QUE EL DEL TUBO INTERIOR. LA INVENCION TAMBIEN SE REFIERE A UN METODO PARA LA PRODUCCION DE UN TUBO DE MULTIPLES CAPAS COEXTRUIDAS EN UN EXTRUSOR DE MULTIPLES CAPAS Y A UN APARATO PARA LA PRODUCCION DE UN TUBO DE MULTIPLES CAPAS COEXTRUIDAS.

Description

Tubo de material plástico multiplica coextruido.

La presente invención se refiere a tubos de material plástico multicapa coextruidos que comprenden uno o más tubos interiores rodeados por una capa intermedia de un material más blando y un tubo exterior que encierra dicha capa intermedia rodeando a uno más tubos interiores. En una realización preferida, el tubo de material plástico multicapa de la invención comprende un solo tubo interior.

Los tubos de material plástico del tipo anteriormente descrito, que comprenden un tubo interior de pared delgada, son conocidos en la técnica anterior, por ejemplo, a partir del Documento EP-A-0358178. Se utilizan, por ejemplo, como tubos de drenaje subterráneos, tubo de presión y conductos de cables. Son más complicados de fabricar que los tubos monocapa tradicionales, pero puesto que el consumo de material y por lo tanto, también el peso del tubo son menores que para los tubos monocapa que tienen propiedades semejantes, los tubos multicapa resultan algo menos caros que los tubos convencionales. No obstante, su uso está muy limitado en particular en las latitudes septentrionales. El principal motivo para esta limitación es que los tubos de esta clase tienen propiedades mecánicas deficientes en comparación con los tubos monocapa tradicionales.

Un tubo de drenaje subterráneo de tres capas convencional presenta la estructura que se indica a continuación, que satisface las normas publicadas en el sector (siendo el diámetro exterior del tubo de 315 mm):

- una capa interior de plástico PVC duro, con un espesor aproximado de 1,4 mm, módulo de elasticidad de 2000 MPa y densidad aproximada de 1400 kg/m^{3},

- una capa intermedia de plástico PVC espumado, con un espesor aproximado de 9,4 mm, módulo de elasticidad de 800 MPa y densidad de la espuma de 800 kg/m^{3},

- una capa exterior de plástico PVC duro, con un espesor de 1,4 mm y módulo de elasticidad de 2000 MPa, aproximadamente.

La rigidez anular de dicho tubo es de aproximadamente 8,8 kN/m^{2}, que es suficiente para su instalación subterránea. La rigidez anular de las diferentes capas del tubo son como sigue: el tubo interior (1) tiene una rigidez de 0,0167 kN/m^{2}, el tubo central (2) una rigidez de 1,8 kN/m^{2} y el tubo exterior (3) solo de 0,0136 kN/m^{2}, como valores aproxima-
dos.

En el orden de magnitud, las rigideces anulares son 2, 1 y 3. Ésta es la estructura típica y predominante de los tubos de espuma disponibles en el mercado. A pesar de la formación de espuma y por lo tanto, del más bajo módulo de elasticidad, la capa intermedia es la más rígida y la de estructura con mayor sustentación de carga. El tubo interior suele ser la segunda estructura más rígida.

Si los pesos de las diferentes capas de los tubos de espuma de tres capas, disponibles en el mercado, son examinados, podrá observarse otro principio de dimensionamiento predominante: la proporción del peso de las capas macizas al peso total del tubo es siempre menor que un 45%. En el ejemplo anteriormente descrito, el peso del tubo interior era de aproximadamente 1,9 kg/m, de la capa intermedia de 7,4 kg/m y del tubo exterior era de 2 kg/m aproximadamente. La proporción en peso del tubo interior y del tubo exterior, considerados conjuntamente, con respecto al peso total de 11,2 kg era, por lo tanto, del 34%.

La Patente US nº 4.364.882 se refiere a un tubo de espuma de PVC convencional. El material de PVC es espumado a una densidad de 500 kg/m^{3} que, en realidad, es el más bajo valor obtenible por las técnicas convencionales. El grado de espumado típico de la espuma de PVC es del 57%, siendo su densidad de 800 kg/m^{3}; si la densidad es inferior a este valor, las propiedades de resistencia mecánica de la espuma de PVC (cloruro de polivinilo) quedarán debilitadas. La patente se refiere a un tubo que tiene un diámetro exterior de 315 mm y la estructura siguiente: el espesor del tubo interior es 1,25 mm, el espesor de la capa intermedia es 9 mm y el espesor del tubo exterior es 1,25 mm. El espesor total del tubo es por lo tanto 11,5 mm y el peso total es de 7,63 kg/m; por lo tanto, el tubo de dicha invención es un 29% más ligero en peso que un tubo convencional con una rigidez semejante.

Además, se puede calcular la siguiente característica del tubo anterior: el peso del tubo interior es 1,61 kg/m y la rigidez anular es 0,013 kN/m^{2}; el peso de la capa intermedia es 4,32 kg/m y la rigidez anular es de 1,41 kN/m^{2}; el peso del tubo exterior es 1,72 kg/m y la rigidez anular es 0,011 kN/m^{2}. Se puede observar que, en comparación con los tubos exterior e interior, la rigidez anular de la capa intermedia espumada es más de cien veces mayor y que la proporción en peso de los tubos exterior e interior, tomada conjuntamente, es del 44%.

El ejemplo anteriormente descrito demuestra que el uso de material plástico espumado tiene la ventaja de que ahorra considerables cantidades de material (es decir, ahorro de costes) y la estructura del tubo se hace más ligera. Dicho uso de material de "calidad más deficiente" en la capa intermedia es apropiado a este respecto, puesto que esta capa es la menos sometida a esfuerzos mecánicos, tales como esfuerzos de desgaste y de tensión mecánica y a esfuerzos físicos y químicos, tales como radiación de UV y varias impurezas.

Por otra parte, cuando se incrementa el grado de espumado de la capa intermedia o se reduce su densidad, las propiedades del material espumado se debilitarán en gran medida. Hasta ahora, el mayor grado de espumado utilizado ha reducido, en la práctica, la densidad del material a la mitad de la densidad del material sin espumar. Si se utilizó un grado de espumado más alto, la resistencia mecánica de la espuma sería considerablemente debilitada y se ha considerado imposible construir un tubo de buena calidad utilizando dicha espuma. Aunque en las soluciones de la técnica anterior se ha mantenido la espumación, por ejemplo, dentro de tal orden de magnitud que el material espumado tiene todavía propiedades de resistencia mecánica relativamente buenas, no siempre fue posible evitar que los daños se extendieran hasta el tubo interior. Tampoco el uso de una capa intermedia espumada dio lugar a ahorros de gastos tan significativos como se pretendía originariamente.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un tubo de material plástico multicapa coextruido en el que el tubo interior está protegido más eficiente que en las soluciones de la técnica anterior y al mismo tiempo, para reducir los gastos de fabricación del tubo.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un tubo de material plástico multicapa coextruido que presente mejores propiedades mecánicas, por ejemplo, resistencia al impacto y rigidez anular, que la de los correspondientes tubos conocidos y que es más ligero en peso en comparación con los tubos monocapa y los correspondientes tubos multicapa conocidos.

El tubo multicapa, según la presente invención, presenta la característica esencial de que la parte más importante, es decir, el tubo interior, no se rompe ni se deforma bajo esfuerzos de varias clases. Las propiedades anteriormente descritas se pueden conseguir ahora con un tubo de material plástico multicapa según las características de la reivindicación 1 ó 3.

Según la presente invención, la parte más importante de la estructura, es decir, el tubo interior, puede protegerse mediante capas exteriores más blandas, es decir capas que son más fácilmente deformadas, en las que las fuerzas adhesivas entre las interfases de todas las capas son lo más pequeñas posibles y ajustadas. De este modo, el tubo interior permanece circular y sin sufrir daños aun cuando el tubo exterior se haga ovalado como resultado de la compresión o incluso se rompa como resultado del esfuerzo del impacto causado por un objeto de aristas vivas, por ejemplo, una piedra, cuando el tubo se deposita en una excavación subterránea.

Se ha descubierto, de manera imprevista, que las fuerzas adhesivas anteriormente mencionadas tienen una influencia muy grande sobre la durabilidad de una estructura, especialmente en el caso de esfuerzos de impacto. En los tubos de tres capas de la técnica anterior del tipo descrito, las capas intermedias espumadas han sido evidentemente - a pesar de la estructura alveolar - demasiado duros y demasiado rígidamente unidos a los tubos exterior e interior, donde una grieta formada en el tubo exterior por la acción del impacto se extendía, en el caso más desfavorable, a la capa intermedia y posteriormente al tubo interior.

El tubo de la presente invención elimina los problemas anteriormente descritos, puesto que está asegurado que la fuerza necesaria para el agrietamiento es mayor que la fuerza adhesiva. La fuerza adhesiva o la energía puede medirse por una prueba de desprendimiento estándar y la fuerza para producir las grietas puede analizarse por la medición de la resistencia a la tracción estándar. Por lo tanto, el tubo exterior puede sufrir una deformación notable sin que el tubo interior se deforme en absoluto, puesto que la capa intermedia de espuma blanda sirve como un elemento absorbedor de choques entre el tubo interior y el tubo exterior y mantiene a ambos tubos separados. Los daños más frecuentes a los que están sujetos los tubos de plástico son el agrietamiento, la deformación o incluso la rotura de una tubería acabada causada por una excavadora o alguna otra obra de estructura.

Los tubos multicapa conocidos, anteriormente descritos, con una capa intermedia espumada, adolecen de un gran número de inconvenientes, siendo los más significativos su baja resistencia a los impactos. Los presentes inventores han descubierto que este inconveniente es el resultado de las proporciones de pesos desfavorables de las diferentes capas. Como resulta evidente del anterior análisis de los tubos de la técnica anterior, el grosor de la pared, la proporción de pesos y la rigidez anular de los tubos exterior e interior, en las soluciones de la técnica anterior, son muy pequeños en comparación con la capa intermedia espumada. Por ejemplo, la proporción de peso de los tubos exterior e interior respecto al peso total del tubo es de hasta un 44%. Cuando un impacto incide sobre el tubo exterior, la energía del impacto se dirige, casi por completo, a la superficie media sustentadora de la carga, que suele ser una espuma de PVC de alta densidad y coste relativamente bajo. Puesto que el plástico de PVC es muy sensible a la formación de muescas, y ya que cada burbuja de aire en la espuma constituye un centro de tensiones mecánicas, la resistencia al impacto del tubo es baja, en particular en un clima frío.

La gran resistencia a los impactos del tubo de la invención se consigue así sorprendentemente por medio de la característica de que la proporción del peso de la capa intermedia al tubo de plástico completo es más pequeña que en los tubos de la técnica anterior. Como resultado, la energía de un impacto desde fuera del tubo es absorbida en una mayor medida por el tubo exterior y la capa intermedia que en los tubos conocidos, donde el tubo interior permanece sin daños con más frecuencia que antes. La capa intermedia es, en realidad, más blanda que en los tubos conocidos. El módulo de elasticidad de la capa intermedia es preferiblemente no mayor que el 25% del módulo del tubo interior, siendo más preferible que sea menor que el 10%.

Las proporciones de pesos de la invención pueden expresarse también de tal manera que la proporción de los tubos interior y exterior, considerados en conjunto, respecto al peso total del tubo sean por lo menos del 45% y en una realización preferida, del 60% al 85% del peso total.

Según una realización particularmente preferida de la invención, las proporciones de pesos anteriormente mencionadas y las proporciones deseadas de las rigideces anulares se obtienen reduciendo la densidad del plástico espumado en la capa intermedia en comparación con los tubos conocidos, de modo que la densidad no sea superior a 500 kg/m^{3}, siendo preferible de 50 a 500 kg/m^{3} y más preferible todavía de 100 a 300 kg/m^{3}. Estos valores se consiguen, por ejemplo, incrementando el grado de espumado del plástico espumado en la capa intermedia en comparación con los tubos conocidos, de modo que sea al menos un 50%, siendo preferible del 70 al 95%, y todavía más preferible del 70% al 85%; es decir, la densidad de la capa intermedia es de hasta un 50%, preferiblemente del 10% al 30% solamente de la densidad de un material no espumado correspondiente. Se ha descubierto sorprendentemente que, a pesar de las propiedades mecánicas aparentemente modestas, de dicha capa intermedia, las propiedades mecánicas del tubo completo son mucho mejores que las de los tubos multicapa convencionales con una capa intermedia espumada densa. Además, dicho tubo es bastante más ligero en peso que los correspondientes tubos conocidos, debido a que la densidad del plástico espumado es mucho más baja.

Las buenas propiedades mecánicas del tubo de la invención posiblemente puedan explicarse por el hecho de que la capa intermedia y el tubo exterior forman una especie de almohada, que absorbe la energía de los impactos desde el exterior antes de que alcance al tubo interior.

Se obtienen propiedades mecánicas excepcionalmente buenas con una realización de la invención en la que el tubo exterior y el tubo interior son reforzados con fibras de orientación y/o fibras orientadas y/o reticuladas según se describe en nuestra solicitud pendiente PCT/EP96/02801, cuyo descubrimiento se incorpora aquí por referencia para todos los fines. Las fibras cortadas, por ejemplo fibras de vidrio que tienen una longitud de 0,5-10 mm, no se utilizan convencionalmente para reforzar los tubos extruidos principalmente porque, como resultado de la extrusión, las fibras quedan paralelas al eje del tubo y por lo tanto, la propiedad de refuerzo de las fibras no llega a ser como la suya propia. Esto se aplica a los tubos de presión y a los tubos de drenaje, donde se necesita un refuerzo en la dirección circunferencial. Algunas técnicas, por ejemplo, mandriles giratorios y toberas giratorias, hacen que las fibras se apoyen parcialmente en la dirección circunferencial como resultado del cizallamiento efectuado por el movimiento de rotación en las capas superficiales del tubo. Debido a sus gastos, esta clase de estructura de fibras es completamente desconocida en los tubos termoplásticos que se han de utilizar como tubos de drenaje. El lote principal que contiene fibra suele ser 3 a 4 veces más caro que el polietileno convencional. La adición de fibras eleva, por lo tanto, el precio del tubo, puesto que la mejora de las propiedades de resistencia no basta para compensar el más alto precio de la materia prima.

Según la presente invención, se ha descubierto de forma imprevista que productos finales más baratos que los tubos convencionales se consiguen, sin embargo, mediante la adición de fibras. Esto es así porque el efecto de refuerzo de las fibras es mayor en la capa que en el tubo de la invención que es principalmente de sustentación de carga, es decir, los tubos interior y exterior. La utilización económica del refuerzo de fibras se basa en la idea de que el refuerzo se añade solamente a secciones donde el efecto de rigidez es mayor, es decir, en los revestimientos; por lo tanto, el volumen necesario es relativamente pequeño en comparación con los tubos de paredes macizas. En segundo lugar, la adición del costoso refuerzo a la sección intermedia del tubo sería inútil en gran medida, porque la sección media del tubo no se deformará mucho debido a la deflexión del tubo, si este último está en un alcantarillado subterráneo o se utiliza como drenaje. Un método de producción racional para los tubos según esta invención se escribe en nuestra solicitud pendiente FI 961822, cuyo contenido está aquí incorporado por referencia para todos los fines.

Los tubos de espuma de PVC convencionales que no son especialmente cuidados en su fabricación tienen también otra desventaja en relación con la sensibilidad a las muescas. Siempre se forman arañazos en la superficie exterior de los tubos durante la manipulación. Una manipulación no cuidadosa puede dar lugar a arañazos de incluso 0,5 mm sobre una superficie de PVC. Si se produce tal arañazo en la dirección de las "tres o nueve horas del reloj", cuando el tubo se deforma en la dirección vertical, un centro de grandes esfuerzos se forma en el extremo de la muesca. Si el PVC está imperfectamente mecanizado, esto puede hacer más lenta la propagación de las grietas, lo que es muy bien conocido en los tubos de presión de PVC. Este fenómeno es también muy significativo en los tubos de drenaje o de alcantarillado a depositar en el suelo. El problema es especialmente grave en los tubos de espuma convencionales, en los cuales el tubo exterior es muy delgado. En las pruebas realizadas, se ha descubierto que un tubo de PVC de espuma densa y paredes delgadas convencional se rompe incluso en menos de 100 horas bajo condiciones de prueba severas, mientras que un tubo de PVC de material macizo o el tubo de la invención durará miles de horas. Los tubos de la invención pueden tener un tubo exterior más grueso debido al material que se ahorra en la capa intermedia, lo que ayuda a evitar el riesgo anteriormente mencionado. Las grietas no se extenderán tan frecuentemente a la capa de espuma, puesto que existe una cantidad suficiente de material sustentador de carga incluso por debajo de las grietas.

Según la invención, el fenómeno puede evitarse mediante una fabricación eficiente del tubo exterior de dos capas diferentes, de tal manera que la energía adhesiva entre las capas sea más baja que la energía de rotura. Por lo tanto, la propagación de las grietas se interrumpirá en la costura entre estas capas y por lo tanto, se impide que la grieta se extienda a la segunda capa. Por ejemplo, si el tubo multicapa consiste en un tubo interior de polipropileno orientado (PP), una capa intermedia de espuma de polipropileno PP o de polietileno PE ligero y un tubo exterior constituido por dos capas, es decir, una capa maciza delgada de MDPE adyacente a la capa intermedia y una capa exterior maciza de PP, una posible grieta iniciada en la capa exterior de PP se extenderá difícilmente a la capa de MDPE. La adhesión entre MDPE y PP puede mantenerse suficientemente baja, por ejemplo, controlando los parámetros de extrusión. Según otra realización de la invención, este fenómeno puede utilizarse cuando los materiales, las densidades y los parámetros de extrusión sean elegidos para la espuma de la capa intermedia y el tubo exterior.

Durante el uso de tubos de drenaje subterráneos, el tubo interior está sometido a varias clases de esfuerzos. Se ha estimado que, además del esfuerzo químico, las partículas transportadas con el desagüe pueden desgastar la pared del tubo en incluso 0,5 mm durante centenares de años de uso. Un esfuerzo todavía mayor es causado por las operaciones de limpieza de tubos. Los estudios han demostrado que la limpieza mecánica puede causar arañazos en la superficie del tubo que tiene una profundidad de hasta 0,7 mm. Por otro lado, la limpieza con chorro de agua, que es más suave que la limpieza mecánica cuando se utiliza en la manera convencional, puede hacer un corte a través de la pared del tubo si se utiliza una presión excesiva. Según una realización de la invención, el tubo interior está hecho de material elastomérico o termoplástico similar al caucho, en el que se consiguen propiedades excelentes contra el corte. La razón de este fenómeno no ha sido todavía completamente explicada, pero en el tubo de la invención, el tubo interior bastante grueso, en cuyo otro lado existe una capa de espuma muy blanda, forma evidentemente una superficie de resonancia deficiente, que es bastante más resistente al efecto de corte de un chorro de agua que un tubo de espuma conven-
cional.

Un problema que aparece con los tubos más ligeros es que, cuando el objetivo es ahorrar una importante cantidad de material manteniendo constante la rigidez anular, el material y la resistencia mecánica se reducen por las capas de sustentación de carga de mayor resistencia mecánica. Este problema es más evidente en los tubos ondulados de dos paredes hechos de polietileno. Cuando la pared interior es delgada, la rigidez axial del tubo es baja y el tubo es bastante flojo; incluso puede ser difícil depositar el tubo en una posición recta. A este respecto, el tubo de la invención, que puede considerarse igual a los tubos nervados anteriormente superiores, con respecto a los gastos de fabricación, es muy conveniente. La rigidez axial se incrementa notablemente con la altura del perfil; por lo tanto, en esta realización el tubo de tres capas es una estructura muy rígida, puesto que el perfil puede obtenerse de una forma mucho más económica que antes.

Una rigidez axial insuficiente puede llegar a ser también evidente después de la instalación durante el uso. Difícilmente cualquier tubo de plástico puede ser de una estructura tan rígida que se mantenga recto aun cuando la superficie subyacente sea irregular. Sin embargo, cuando la carga por encima del tubo es local, existe una diferencia evidente en el comportamiento de las diferentes clases de tubos. En un tubo axialmente flexible, la carga local causa una deformación que es inmediatamente visible como una abolladura. Una realización del tubo según la invención tiene la propiedad sorprendentemente excelente de que la carga local causa una deformación que suele producir muescas solamente en la superficie exterior y capa intermedia del tubo, mientras que el tubo interior más rígido no se deforma con tanta facilidad. Como resultado de lo anterior, por ejemplo, las galgas de tubos estiradas a través de un tubo para examinar su deformación no se adhieren innecesariamente debido a una deformación local; en cualquier caso, la intención es examinar la deformación media. Lo anterior se aplica, por supuesto, también a otros equipos, tales como herramientas de limpieza, etc.

El fenómeno anteriormente descrito es muy significativo para la técnica de colocación del tubo. Los tubos convencionales deben depositarse sobre un lecho de arena seleccionado desde el que se han retirado las piedras más grandes, mientras que el tubo de la invención puede depositarse sin necesidad de ningún material protector debido a la capa exterior de protección denominada sacrificial. Es de conocimiento común que más del 80% de los gastos de una zanja para tubos son incurridos por la excavación y los materiales protectores; por lo tanto, resulta evidente que el tubo de la invención, en el que el tubo exterior y la capa intermedia tienen una rigidez anular notablemente más baja que la del tubo interior, puede reducir los gastos totales de una conducción de tuberías en gran medida. Una manera de asegurar que las capas exteriores se desviarán más que el tubo interior es elegir cuidadosamente no solamente el principio de estructura del tubo, sino también los materiales para la capa intermedia y la capa exterior. Dicho de otro modo, además de seleccionar las rigideces anulares correctas, podría permitirse también alguna compresibilidad o pandeo local. La compresión local puede permitirse, por ejemplo, utilizando materiales más blandos en las capas exteriores; el módulo de compresión de la capa interior es, en una realización preferida, por lo menos dos veces el de la capa exterior y la capa intermedia medidas juntas. La rigidez del tubo interior es mayor que la de las demás capas, deformándose el tubo exterior bajo la carga de modo que se haga más elíptico que el tubo interior debido a la estructura según la invención. Ésta es una característica muy importante, por ejemplo, en los conductos de cable.

Cuando se deposita en el suelo, un tubo de material plástico típico siempre se deforma en un 1% a un 1,5% y en un 3% como máximo. La deformación es causada principalmente por la consolidación del suelo después de que se haya depositado el tubo. El espesor ideal de la capa protectora flexible es, por lo tanto, 9 mm para un tubo de 300 mm. La capa protectora debe absorber dicha deformación sin que se deforme el tubo interior; dicho de otro modo, la pared debe comprimirse en 4,5 mm. Para permitir esta compresión, debe existir espacio suficiente en la pared. Con un espumado del 50% de un tubo de espuma, por ejemplo, el espesor mínimo de la espuma debe ser 9 mm para impedir que la carga completa se desplace al tubo interior. Si se utiliza un grado de espumado del 80%, el mismo nivel de carga sobre la superficie exterior del tubo interior se consigue con una capa de espuma de aproximadamente 5,6 mm, lo que es una solución esencialmente más barata. Sin embargo, si el espesor de la capa de espuma es de 9 mm pero el grado de espumado es del 80%, es decir, la espuma es ligera, la flexibilidad de recepción de impacto es bastante más larga, lo que contribuye a la gran resistencia a los impactos.

A continuación se describirá la invención con más detalle, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que

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la Figura 1 es una vista en sección longitudinal de un tubo de material plástico multicapa según la invención que comprende un tubo interior,

las Figuras 4 y 5 ilustran otras dos realizaciones del tubo multicapa de la invención.

El tubo ilustrado en la Figura 1 comprende un tubo interior 1, un tubo exterior 2 y una capa intermedia 3 de material plástico espumado.

El tubo interior 1 está hecho, por ejemplo, de polietileno de densidad media (MDPE) de calidad de tubo de presión o algún otro plástico de termosellado o termoplástico. Los tubos de MDPE tienen una densidad típica de 940 kg/m^{3} y un espesor de pared de 1 a 5 mm, siendo preferible de 2 a 3 mm, en el caso de tubos sin presión que tengan un diámetro interno de 300 mm. En los tubos de presión blindados, los materiales suelen ser PVC, polietileno orientado PE, polietileno reticulado PEX o polipropileno orientado PP. Los espesores de las paredes pueden ser más gruesos en los tubos de presión blindados, dependiendo del esfuerzo permitido en el material del tubo. El punto esencial es que el esfuerzo permitido en estas clases de tubos de presión blindados puede ser más alto que en los tubos de paredes macizas normales. Esto es posible porque el tubo interior no está tan sometido a esfuerzos externos debido a la capa de espuma intermedia más blanda y la capa exterior de la presente invención; estas capas refuerzan también la estruc-
tura.

El tubo exterior 2 puede ser de polietileno de alta densidad (HDPE), por ejemplo, para uso de moldeo por soplado, con una densidad aproximada de 955 kg/m^{3} y un espesor de pared prácticamente el mismo que el del tubo interior. Materiales alternativos del tubo exterior son PVC, PP, MDPE y especialmente PEX debido a su alta resistencia al crecimiento lento de grietas.

La capa intermedia 3 es de material plástico espumado, por ejemplo de polietileno (LDPE), que tiene una densidad menor que la de los tubos interior y exterior y un espesor de pared que suele ser de 5 a 20 mm, siendo preferible 10 mm. Si se desean mejores propiedades de aislamiento o se necesita una mejor protección para el tubo interior contra las perturbaciones exteriores, se utilizan capas de espuma más gruesas. El máximo espesor de la espuma conseguido mediante este procedimiento de fabricación está próximo a 50 mm. Los límites superiores pueden extenderse por el uso de materiales alveolares reticulados.

Según la invención, la proporción de pesos de la capa intermedia 3 al tubo de material plástico completo es de hasta un 55%. Esta proporción está basada en la masa de polímero en la capa intermedia y por ello, no se han tomado en cuanta los rellenos, por ejemplo. Las ventajas de la invención son especialmente evidentes en la proporción de pesos de la capa intermedia que es solamente del 15% al 40%.

Las propiedades mecánicas de la capa intermedia espumada pueden fácilmente ajustarse mediante rellenos finos y/o aditivos del tipo de fibras, tales como fibras cortas manufacturadas o minerales. Las fibras parecen reforzar muy eficazmente la capa intermedia espumada. Por ejemplo, la resistencia a la compresión puede ajustarse con facilidad añadiendo, por ejemplo, 5 a 30% de wollastonita a una espuma de poliolefina.

En el tubo de la invención, la disminución en la proporción de pesos de la capa intermedia 3, que mejora la resistencia a los impactos del tubo, se consigue, en particular, reduciendo la densidad de la capa intermedia de material plástico espumado en comparación con los tubos conocidos. Por lo tanto, es recomendable que la densidad de la capa intermedia sea 500 kg/m^{3} como máximo y en una realización preferida, solamente de 100 a 300 kg/m^{3}. En las pruebas realizadas, se ha descubierto que una tubería cuyos tubos exterior e interior son de polietileno y cuya capa intermedia es de una espuma de polietileno tiene una resistencia a los impactos extremadamente grande cuando la densidad de la capa intermedia es de aproximadamente 200 kg/m^{3}, que corresponde a un grado de espumado de aproximadamente 79%. En términos generales, es recomendable que el grado de espumado de la capa intermedia sea por lo menos del 50% y en una realización preferida, del 70 al 85%. El módulo de elasticidad adecuado de la resina para la capa intermedia, sin aditivos o rellenos, es de 100 - 500 MPa, siendo preferible 300 MPa, si se mide, por ejemplo, por el método ISO 178. Cuando se espuma la resina para la capa intermedia, el módulo de elasticidad disminuye naturalmente en gran medida. Los tubos de buen rendimiento funcional, según la presente invención, pueden tener un módulo de espumado tan bajo como 25 MPa. Si se necesita, el módulo de la espuma puede incrementarse mediante el uso de rellenos. Con miras a la resistencia a los impactos del tubo, la densidad de la espuma es preferible que esté dentro de los límites anteriores como valor medio: se hace más baja hacia la parte media de la capa.

La resistencia del tubo interior 1 contra el corte puede mejorarse en una realización de la invención obteniendo el tubo interior a partir de un elastómero o termoplástico similar al caucho, con un módulo de elasticidad de hasta 500 MPa.

Cuando el tubo de la invención está previsto para su uso con un tubo de drenaje subterráneo, la relación del diámetro exterior del tubo al espesor del tubo exterior es, en una realización preferida, de 210 como máximo y la relación del diámetro interior del tubo al espesor del tubo interior es 200 como máximo.

En particular, el tubo interior 1, pero posiblemente también el tubo exterior 2, está reforzado con rellenos o refuerzos fibrosos y/o la materia prima del tubo está orientada o reticulada. El tubo tiene una resistencia a los impactos muy grande si el tubo interior y/o el tubo exterior son de termoplástico orientado en el que, por ejemplo, las fibras cortadas de vidrio están orientadas de tal manera que se desvían de la dirección axial del tubo, siendo utilizadas, por lo tanto, como material de refuerzo.

El tubo interior 1 es, en una realización preferida, de un plástico no pigmentado o ligeramente coloreado, en el que es fácil buscar y comprobar daños por medio de una inspección ocular. El tubo exterior 2 es, en una realización preferida, del tipo estabilizado en UV, normalmente pigmentado de color negro, en el que el tubo se endurece fuera del almacenamiento; el negro de humo incrementa también la resistencia a los impactos del tubo exterior.

El tubo exterior 2 solo o junto con la capa intermedia 3, pueden ser ondulados o nervados.

Los tubos interior y exterior y la capa intermedia tienen sus propias rigideces anulares, dependiendo de, por ejemplo, el espesor de la pared de la capa, es decir, la proporción de masas y el módulo de elasticidad.

En los tubos de presión blindados, la rigidez anular del tubo interior es, en una realización preferida, por lo menos igual, o preferiblemente de dos a diez veces superior, en comparación con la rigidez anular de la capa de espuma. Además, en el caso de tubos de drenaje o de alcantarillado blindados, la rigidez anular del tubo interior suele ser más alta que la de la capa de espuma. En cambio, en aplicaciones de drenaje o de alcantarillado subterráneas económicas, la rigidez anular del tubo interior es más baja, normalmente del uno al diez por ciento de la rigidez anular de la capa de espuma. En este caso, la capa de espuma es la parte más rígida de la estructura del tubo y la rigidez de la capa exterior suele ser la más baja de todas. Por lo general, en las aplicaciones de alcantarillado, las rigideces anulares de las capas individuales están dentro del margen de 0,0050 a 0,3000 kN/m^{2} y la capa más rígida es, en una realización preferida, la capa intermedia o el tubo interior.

En algunas aplicaciones, la capa exterior puede diseñarse para ser la capa más rígida, en la que se consiguen propiedades especiales. Un ejemplo de dicho caso es un tubo que tenga un tubo interior de PEX flexible, una capa de espuma y una capa exterior hecha de poliolefina rellenada con mica. Esta estructura ofrece propiedades de aislamiento así como una rigidez axial. Debido a la rigidez, los tubos permanecen rectos en instalaciones por encima del suelo, mientras que los tubos de material plástico normales, que tienen una pared relativamente delgada, adquieren con facilidad una flecha entre las abrazaderas de instalación. Esta combinación tiene una ventaja adicional debido a las buenas propiedades de barrera de la poliolefina rellena de mica.

Otra aplicación de gran utilidad del tubo multicapa, según la invención, es un tubo de presión que comprende un tubo interior de PEX, una capa de espuma delgada y un tubo de alcantarilla metálico con un recubrimiento de plástico. En este caso, la espuma proporciona adhesión entre el PEX y el metal, tal como aluminio. Permite que el diámetro exterior del tubo interior se contraiga o expanda, mientras que el diámetro exterior del compuesto permanece constante.

Los tubos multicapa coextruidos, según la presente invención, tienen una rigidez anular total de preferiblemente más de 8 kN/m^{2}, lo que se suele requerir en numerosas aplicaciones: en tubos de presión debido al riesgo de sobre tensiones y en aplicaciones no sometidas a presión, debido a la carga del suelo. El problema de tubos flexibles que tienen una flexibilidad excesiva se hace evidente cuando se orientan o se utilizan otros tubos termoplásticos de alto rendimiento. Cuando el esfuerzo permitido en el tubo medio es alto, por encima de 12,5 N/m^{2}, la rigidez anular de un tubo de 10 bares puede ser demasiado baja para la instalación subterránea o para conductos donde sea posible la aparición de sobre tensiones por vacío. Según la invención, la rigidez total de un tubo de presión multicapa puede ajustarse fácilmente a un nivel adecuado. La rigidez anular total puede incrementarse fácilmente a un nivel suficiente mediante la co-extrusión de una capa de espuma protectora y un revestimiento en el tubo. Por ejemplo, si la rigidez anular de un tubo de PVC orientado fuera de 4 kN/m^{2}, la adición de una capa de espuma delgada podría aumentar la rigidez anular a 8 kN/m^{2}, que, en la mayoría de los casos, es la mínima exigida para instalaciones subterráneas o incluso superior a 16 kN/m^{2}, que se suele necesitar en tipos de suelos deficientes. Esta clase de alta rigidez puede ser beneficiosa incluso en instalaciones "sin arena".

En la siguiente tabla se muestran ejemplos de estructuras de tubos según la presente invención. Todos los ejemplos se refieren a un tubo que tiene un diámetro interior de 300 mm y una rigidez anular de 8,8 kN/m^{2}. Las capas de espuma de los ejemplos no contienen ningún relleno.

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Como una alternativa a las realizaciones anteriormente descritas, el plástico espumado que forma la capa intermedia del tubo puede sustituirse, de manera parcial o completa, con otras estructuras flexibles y blandas, por ejemplo, mediante nervaduras de soporte flexible 12 como se ilustra en la Figura 4. Las nervaduras tienen la forma de una S angular y son flexibles en la dirección radial del tubo. Las nervaduras de soporte son preferiblemente de plástico delgado y pueden ser paralelas con el eje longitudinal del tubo o con el radio del tubo, según se ilustra en la Figura 5. Los espacios entre las nervaduras de soporte pueden estar vacíos o llenos con espuma.

Claims

1. Tubo multicapa de material plástico que comprende uno o varios tubos interiores (1) rodeados por una capa intermedia (3) formada por un material más flexible que el tubo interior (1) y un tubo exterior (2) que envuelve dicha capa intermedia rodeando uno o varios tubos interiores, caracterizado porque la rigidez anular del tubo interior es superior a la rigidez anular de la capa intermedia y la pared de la capa intermedia está realizada en un material compresible que permite una deformación del tubo exterior que corresponde a por lo menos un 1,5% del diámetro interior del tubo sin que el tubo interior sea prácticamente deformado.

2. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa intermedia (3) está constituida por un material termoplástico espumado.

3. Tubo multicapa de material plástico que comprende uno o varios tubos interiores (1) rodeados por una capa intermedia (3) y un tubo exterior (2) que envuelven dicha capa que rodea a uno o varios tubos interiores, estando la capa intermedia (3) formada por un material plástico espumado, cuyo grado de espumado está situado en el intervalo comprendido entre 50 y 95%, caracterizado porque la rigidez anular del tubo interior es superior a la rigidez anular de la capa intermedia.

4. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 2 o la reivindicación 3, caracterizado porque el grado de espumado del material plástico espumado en la capa intermedia (3) está situado en el intervalo comprendido entre 70 y 85%.

5. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 3, caracterizado porque es un tubo bajo pre-
sión.

6. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 5, caracterizado porque el tubo multicapa posee una rigidez anular total superior a 8 kN/m^{2}.

7. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 6, caracterizado porque la rigidez anular del tubo interior (1) es inferior a 6 kN/m^{2}.

8. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho tubo multicapa es un tubo de drenaje subterráneo o un tubo para aguas usadas.

9. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tubo interior (1) está constituido por una poliolefina orientada.

10. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa intermedia (3) está rellenada y/o reforzada por rellenos.

11. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 10, caracterizado porque los materiales de relleno son minerales.

12. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa intermedia (3) del tubo comprende nervaduras de soporte flexibles (12) y porque los espacios entre las nervaduras de soporte (12) pueden estar vacíos o llenos de espuma.

13. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los tubos interior y exterior (1, 2) están realizados en MDPE (polietileno de densidad media) o HDPE (polietileno de alta densidad) en estado normal o en el estado reticulado y la capa intermedia (3) está formada por LDPE (polietileno de baja densidad) opcionalmente reforzado con fibras discontinuas o cargas similares a fibras.

14. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tubo exterior (2) está ondulado y la capa intermedia (3) está constituida por un material plástico espumado, que está acondicionado de tal manera que rellene completamente el espacio comprendido entre el tubo interior (1) y el tubo exterior (2).

15. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la energía de adherencia entre el tubo exterior y/o el tubo interior (1, 2) y la capa intermedia (3) es inferior a la energía de rotura de dicha capa intermedia.

16. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la rigidez anular del tubo interior (1) es superior a la rigidez anular del tubo exterior (2).

17. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 16, caracterizado porque la rigidez anular del tubo interior (1) es por lo menos igual al doble de la rigidez anular de la capa intermedia (3) o del tubo exterior (2).

18. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque en el tubo multicapa el tubo exterior (2) posee la rigidez anular máxima.

19. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el peso del tubo interior o del tubo exterior (1, 2) considerados conjuntamente es igual a por lo menos el 45% del peso total del tubo.

20. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 19, caracterizado porque el peso del tubo interior y del tubo exterior (1, 2) considerados conjuntamente está comprendido entre el 60% y el 85% del peso total del tubo.

21. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 20, caracterizado porque la densidad de la capa intermedia (3) de material plástico espumado está situada en el intervalo comprendido entre 50 y 500 kg/m^{3}.

22. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 1, caracterizado porque la densidad de la capa intermedia (3) de material plástico espumado está situada en el intervalo comprendido entre 100 y 300 kg/m^{3}.

23. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tubo comprende un tubo interior (1).

24. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque el tubo exterior y/o interior (1, 2) comprende por lo menos dos capas, siendo la energía de adherencia entre dichas capas inferior a la energía de rotura de la capa.

25. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el módulo de elasticidad aparente de la resina, de la que está constituida la capa intermedia (3), es inferior al módulo de elasticidad del tubo interior (1) y es igual como máximo a 500 MPa.

26. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 25, caracterizado porque el módulo de elasticidad aparente de la capa intermedia (3) es igual hasta el 25% del módulo de elasticidad del tubo interior (1).

27. Tubo multicapa de material plástico según la reivindicación 24, caracterizado porque el módulo de elasticidad aparente de la capa intermedia (3) es inferior al 10% del módulo de elasticidad del tubo interior (1).

28. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tubo interior está formado por un elastómero que posee un módulo de elasticidad que alcanza hasta 500 MPa.

29. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el módulo de compresión del tubo interior (1) por lo menos es igual al doble del módulo de compresión del tubo exterior (2) y de la capa intermedia (3) medidos conjuntamente.

30. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tubo multicapa comprende un tubo interior (1) formado por polietileno reticulado (PEX), una capa intermedia (3) formada por un material plástico espumado y un tubo exterior (2) constituido por un tubo metálico provisto de una vaina de material plástico.

31. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 29, caracterizado porque el tubo multicapa comprende un tubo interior (1) formado por polietileno reticulado (PEX), una capa intermedia (3) formada por un material plástico espumado y un tubo exterior (2) formado por una poliolefina cargada con mica.

32. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación del diámetro exterior del tubo al espesor del tubo exterior (2) alcanza hasta 210, y porque la relación del diámetro interior del tubo al espesor del tubo interior (1) alcanza un valor de hasta 200.

33. Tubo multicapa de material plástico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tubo exterior y/o el tubo interior (1, 2) comprende fibras cortadas orientadas de manera que formen un ángulo con respecto al eje del tubo.