ES2226495T3 - Metodo para la fabricacion de recipientes compuestos a presion y productos fabricados con el metodo. - Google Patents
Metodo para la fabricacion de recipientes compuestos a presion y productos fabricados con el metodo.Info
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Abstract
Proceso para la fabricación de un recipiente compuesto que comprende las siguientes etapas: A) preconformado de una estructura laminar compuesta (7) para el recipiente, estructura laminar fabricada por lo menos en parte a partir de un material termoplástico y que tiene un forro laminar termoplástico (1) que sella la superficie interior del mismo; B) en un molde (13), calentar la estructura laminar compuesta (7) y el forro laminar termoplástico (1), mientras se aplica por lo menos una fuerza, que tiende a empujar el forro laminar termoplástico y la estructura laminar compuesta hacia el exterior; C) proseguir con la etapa B) hasta que el forro laminar termoplástico y la estructura laminar compuesta se consoliden y la superficie exterior de la estructura laminar compuesta se vuelva fluida y fluya para adaptarse a la superficie interior del molde, formando de este modo un recipiente compuesto; D) dejar enfriar el recipiente compuesto formado; y E) sacar del molde el recipiente compuesto formado.
Description
Método para la fabricación de recipientes
compuestos a presión y productos fabricados con el método.
La presente invención se refiere a la técnica de
fabricación de recipientes a presión y, más particularmente, a
métodos mejorados para fabricar recipientes compuestos a presión,
así como a recipientes compuestos a presión fabricados de acuerdo
con los métodos mejorados.
Tradicionalmente, los recipientes a presión,
tales como los calentadores de agua, hervidores, depósitos de gas a
presión y similares, se han fabricado a partir de metales como el
acero. Sin embargo, en los últimos años, ha ido ganando en
importancia la utilización de recipientes compuestos a presión.
Estos recipientes compuestos a presión se suelen fabricar mediante
un proceso de enrollado de filamento, que utiliza resinas plásticas
termo-endurecibles tales como resinas epoxídicas,
poliésteres y vinilésteres. En resumen, esta tecnología consiste en
procesos de impregnar fibras secas, como cordones de fibras de
vidrio, con resina catalizada, antes de aplicar a un mandril.
También se pueden utilizar fibras pre-impregnadas
("prepreg"). El mandril y el compuesto aplicado se endurecen
entonces, a temperatura ambiente o aplicando calor, para constituir
el laminado y obtener una resina dura y una estructura laminar
fibrosa. Esta estructura laminar se quita del mandril o el mismo
mandril pasa a formar parte del producto terminado. Aunque la
aplicación específica del producto determina la función exacta de
la resina, en todos lo casos sirve de estructura de soporte para
mantener en su posición los cordones continuos de fibra.
Las resinas termo-endurecibles
utilizadas en estos procesos pueden ser consideradas como un tipo
de producto de baja temperatura, que se caracterizan por su
relativa facilidad de uso, bajo coste y disponibilidad. Estas
resinas han servido durante mucho tiempo para cumplir los
requisitos de rendimiento de una amplia gama de productos como los
recipientes a presión.
Sin embargo, estos sistemas de resinas presentan
un inconveniente bien conocido, como por ejemplo sus aptitudes
térmicas limitadas, la estética insatisfactoria del producto
terminado, la poca duración, la falta de idoneidad para el
reciclado y algunos aspectos relativos a la fabricación, como los
tiempos de parada de las máquinas debido a la limpieza y los costes
de manipulación del material. Además, existen algunos problemas
medioambientales, derivados de la exposición de los trabajadores al
vapor, nebulización excesiva, emisiones, etc. encontrados durante
los procesos de fabricación. Algunas resinas termoendurecibles
técnicas mejoran el rendimiento debido a la mayor aptitud térmica,
aunque asociadas a unos costes de material inaceptables.
Además, debido a los materiales y a los procesos
utilizados, los recipientes compuestos a presión, preparados según
los procesos del estado de la técnica, albergan tensiones internas
residuales e importantes que, junto con ciertas incompatibilidades
de los materiales, sensibles a la temperatura, limitan las gamas de
presión y temperatura en las que se utilizan los recipientes a
presión.
El documento DE4215756A describe un proceso para
producir cuerpos huecos, como botellas a presión, que constan de
dos capas. La primera capa se obtiene por extrusión, inyección o
moldeo por insuflación de aire comprimido y la segunda capa se
enrolla alrededor de la primera capa con un hilo de fibras
termoplásticas. El arrollamiento se calienta por encima del punto de
fusión del material termoplástico fibroso de modo que las fibras
termoplásticas se fundan y consoliden en la segunda capa y, después
de calentarlo, el recipiente se coloca en un molde.
Por consiguiente, las peticiones de mejores
rendimientos, los aspectos ambientales, de fabricación y las
oportunidades de los nuevos mercados han puesto de relieve las
limitaciones en la utilización de resinas termoendurecibles para la
fabricación de recipientes compuestos a presión. Son por lo tanto
altamente deseables los recipientes compuestos a presión que
presenten mayores posibilidades, en cuanto a temperatura y presión,
mejor aspecto y mayor durabilidad, así como características de
resistencia al impacto y, en lo que concierne su fabricación, sean
más respetuosos con el medio ambiente, más rentables y presenten
menos problemas de fabricación.
Por consiguiente, los expertos en la materia
reconocerán que un proceso para la fabricación de recipientes
compuestos a presión, que logra mejoras en todas estas áreas,
requiere una filosofía fundamentalmente diferente. La presente
invención pretende ofrecer un proceso de este tipo, fundamentalmente
mejorado, así como unos recipientes a presión fabricados con dicho
proceso, y mediante el cual se obtienen las siguientes
características: mejora del contacto, a temperaturas elevadas,
entre la fibra y la resina, mejor control de la relación
refuerzo/matriz, materiales de desecho que se pueden reciclar
efectivamente, reducción de los problemas con la normativa debidos
a las emisiones, velocidades de procesamiento más elevadas para el
enrollado (u otro modo de recubrimiento) y en las etapas de
endurecimiento, ahorros potenciales de mano de obra debido a la
menor manipulación del material, reducción del espacio superficial,
adaptabilidad a la automatización, entorno más seguro para los
empleados, simplificación de las líneas de procesamiento y del
almacenamiento de material y de la manipulación, tiempos más cortos
de conmutación, puestas en marcha más rápidas, menores costes de
formación, reducción en los costes de la energía, etc. Por
consiguiente, los recipientes a presión fabricados según el proceso
carecen prácticamente de tensiones internas y presentan un
rendimiento mejorado respecto de los recipientes a presión del
estado de la técnica debido a que, entre otras cosas, pueden
resistir a presiones y temperaturas más elevadas, son más
resistentes al impacto y tienen también un acabado notablemente
mejorado.
Por consiguiente, uno de los objetos generales de
la presente invención es ofrecer un proceso mejorado para la
fabricación de un recipiente compuesto a presión.
Uno de los objetos de la presente invención es,
más particularmente, ofrecer dicho proceso mejorado que,
contrariamente a lo que ocurría con los procesos de fabricación de
recipientes compuestos a presión del estado de la técnica, presenta
ventajas como: mejor control de la relación refuerzo/matriz,
reciclaje efectivo del material de desecho, menor número de
problemas con la normativa debido a las emisiones, velocidades de
procesamiento más elevadas para las etapas de enrollado (o
alternativas al enrollado) y de endurecimiento, ahorros
considerables de mano de obra debido a la menor manipulación del
material, reducción del espacio en la superficie, susceptibilidad
de automatización, entorno más seguro para los empleados,
simplificación de las líneas de procesamiento y del almacenamiento
y manipulación del material, tiempos de conmutación más rápidos,
puestas en marcha más rápidas, costes de formación más reducidos
así como menores costes energéticos, etc.
En suma, estos y otros objetos de la invención se
obtienen mediante un proceso para la fabricación de un recipiente
compuesto, que incluye las siguientes etapas: A) preconformado de
una estructura laminar termoplástica para el recipiente, (por
ejemplo enrollando fibra de vidrio, y un material termoplástico
sobre un mandril termoplástico) que comprende un forro a base de una
lámina termoplástica que sella la superficie interior del mismo; B)
en un molde (que puede calentarse opcionalmente), calentar la
estructura laminar compuesta y el forro laminar termoplástico,
mientras se aplica por lo menos una fuerza (por ejemplo, evacuando
el molde, presurizando el forro laminar termoplástico o ambas
cosas) que tiende a empujar el forro laminar termoplástico y la
estructura laminar compuesta hacia el exterior; C) proseguir con la
etapa B) hasta que el forro laminar termoplástico y la estructura
laminar compuesta se consoliden y la superficie exterior de la
estructura laminar compuesta se vuelva fluida y fluya para
adaptarse a la superficie interior del molde, formando de este modo
un recipiente compuesto; D) dejar enfriar el recipiente compuesto
formado; y E) sacar del molde el recipiente compuesto formado. Como
materiales termoplásticos adecuados, se pueden mencionar el
polietileno, polipropileno, polibutilen tereftalato y polietilen
tereftalato.
El objeto de la invención se indica
particularmente y se reivindica de forma clara en la parte de
conclusión de la especificación. No obstante, la invención, tanto
en lo que a organización y método de trabajo se refiere, se puede
entender mejor con referencia a la siguiente descripción, tomada
junto con las reivindicaciones y las figuras adjuntas, donde:
La Fig. 1 es una ilustración de un forro/mandril
utilizado para obtener la primera realización de la invención;
La Fig. 2 es una vista en sección transversal a
lo largo de las líneas 2-2 de la fig. 1.
La Fig. 3 es una ilustración del forro/mandril
mostrado en las figs. 1 y 2 que se recubre con una capa de material
a base de fibras termoplásticas entremezcladas;
La Fig. 4 es una vista del forro después de
haberlo recubierto con la capa de material fibroso termoplástico
entremezclado y comprende una vista fragmentaria en sección
transversal ampliada;
Las Figs. 5A, 5B y 5C son vistas en sección
transversal, tomadas a lo largo de las líneas 5-5
de la fig. 3, que ilustran tres variantes de un primer tipo de
material, que se puede enrollar sobre el forro termoplástico para
proceder al recubrimiento;
La Fig. 6 es una vista en sección transversal,
tomada a lo largo de las líneas 6-6 de la fig. 3,
que ilustra un segundo tipo de material, una mecha de cualquiera de
las tres variantes ilustradas en las figs. 5A, 5B y 5C, que se
puede enrollar sobre el forro termoplástico para obtener el
recubrimiento;
La Fig. 7 es una vista en sección transversal,
tomada a lo largo de las líneas 18-18 de la fig. 3,
que ilustra un tercer tipo de material, un hilo del segundo tipo de
material, que se puede enrollar sobre el forro termoplástico para
obtener el recubrimiento;
La Fig. 8 es una vista transparente de un molde,
que muestra el forro modificado encerrado en un molde, en el que se
somete a calor y por lo menos a una fuerza, que tiende a empujar el
forro modificado hacia el interior del perfil definido por la
superficie interna del molde;
La Fig. 9 es una vista en sección transversal
parcial, ampliada, del forro modificado, que ilustra los efectos
del calor y de la fuerza sobre el mismo; y
La Fig. 10 es una vista similar a la fig. 8, que
muestra el forro modificado encerrado en un tipo diferente de
molde.
La Fig. 11 es una vista en sección transversal de
un molde abierto, que contiene un componente termoplástico
preformado de un recipiente a presión fabricado según una segunda
realización de la invención.
La Fig. 12 es una vista similar a la fig. 11, que
ilustra una etapa en la segunda realización de la invención, en la
cual se introduce una masa de material termoplástico fluido en el
interior del componente preformado, como segundo componente del
recipiente compuesto a presión que se va a formar;
La Fig. 13 es una vista en sección transversal,
similar a las figs. 11 y 12, aunque con el molde cerrado y los
componentes del recipiente a presión sometidos a una fuerza que
forma el recipiente a presión contra la pared interior del
molde;
La Fig. 14 es una vista en sección transversal de
un molde abierto, que contiene un componente termoplástico
preformado de un recipiente a presión, fabricado según una tercera
realización de la invención y también un componente de forro
termoplástico, dispuesto en el interior del primer componente;
La Fig. 15 es una vista en sección transversal,
similar a la fig. 14, pero con el molde cerrado y los componentes
del recipiente a presión sometidos a una fuerza que forma el
recipiente a presión contra la pared interior del molde;
La Fig. 16 es una vista en sección transversal
del recipiente compuesto a presión terminado, preparado según el
proceso mostrado en las figs. 14 y 15;
La Fig. 17 es una vista en sección transversal de
un molde abierto, que contiene un componente termoplástico
preformado de un recipiente a presión fabricado según una cuarta
realización de la invención y también un componente de forro
exterior dispuesto en el exterior del primer componente y un
componente de forro interior dispuesto en el interior del primer
componente;
La Fig. 18 es una vista similar a la figura 17,
pero con el molde cerrado y una fuerza para producir componentes
conectada al molde;
La Fig. 19 es una vista similar a la fig. 18, que
muestra el recipiente a presión que se está formando en el molde
bajo la influencia del calor y una o más fuerzas que empujan los
componentes del recipiente a presión obligándoles a adaptarse a los
contornos de la pared interior del molde;
La Fig. 20 es una vista en sección transversal
del recipiente compuesto a presión terminado, preparado según el
proceso mostrado en las figs. 17, 18 y 19;
La Fig. 21 es una vista en sección transversal de
un molde que contiene un componente termoplástico preformado de un
recipiente a presión, ya provisto de un forro termoplástico,
fabricándose el recipiente a presión según la quinta realización
del invento.
La Fig. 22 es una vista similar a la fig. 21, que
muestra el recipiente a presión que se va a formar en el molde bajo
la influencia del calor y de una o más fuerzas que empujan los
componentes del recipiente a presión obligándolos a adaptarse a los
contornos de la pared interior del molde; y
La Fig. 23 es una vista en sección transversal
del recipiente compuesto a presión terminado, preparado según el
proceso mostrado en las figs. 21 y 22; y
La Fig. 24 A es una vista en sección transversal,
que ilustra una etapa preliminar en la preparación de un recipiente
compuesto a presión de acuerdo con una sexta realización de la
invención.
Con referencia, primero a las figs. 1 y 2, se
muestra un forro termoplástico/mandril 1 para la fabricación de un
recipiente compuesto a presión según una primera realización de la
invención. En la realización del ejemplo, el forro/mandril 1 es una
estructura preformada, generalmente alargada, que termina, en cada
extremo, en forma de cúpula 2, 3 que tiene una abertura axial,
central 4, 5. El forro termoplástico 1 puede ser por ejemplo de
polipropileno, polietileno, polibutilen tereftalato, polietilen
tereftalato o fibra (por ejemplo fibra de vidrio) impregnada de
polipropileno, polietileno, polibutilen tereftalato o polietilen
tereftalato o cualquier otro material termoplástico con
características adecuadas y se puede preparar mediante un proceso
convencional adecuado como el moldeo de una combinación de fibras
troceadas, material de fibra direccional, tejido y/o de punto,
cosidos o soldados juntos en el perfil del recipiente y
entremezclados con material termoplástico.
Según se muestra en la fig. 3, se enrolla
metódicamente sobre la superficie exterior del forro termoplástico
1 un filamento, mecha, hilo o cinta 6 de fibra, (por ejemplo fibra
de vidrio, fibra de carbono, de boro, etc) y un material
termoplástico, para formar un recubrimiento 7, prácticamente
uniforme, como se muestra en la sección parcial transversal
ampliada de la figura 4. Esta etapa se puede realizar, por ejemplo,
montando el forro termoplástico 1 sobre un mandril 8 y haciendo
girar el forro en la forma indicada por la flecha 9 mientras se va
alimentando, metódicamente, el/los filamentos, la mecha y la cinta 6
desde una fuente transversal, lateral y recíproca, como la
representada por la doble flecha 10 y siguiendo con el
procedimiento hasta que el recubrimiento 7 ha alcanzado el grosor
deseado. El material 6 se puede enrollar en "frío" sobre el
forro termoplástico 1 o se puede hacer pasar por un calentador 12
que, en algunas aplicaciones, da como resultado un recubrimiento
más uniforme 7 (fig. 4), con mejores características funcionales
y/o estéticas. La estructura resultante 11 se sigue procesando
entonces en la forma descrita detalladamente en lo que sigue.
Se ha comprobado que resulta deseable modificar
adecuadamente la velocidad de alimentación en las regiones de las
cúpulas y los extremos, con el fin de obtener un grosor
prácticamente uniforme del recubrimiento en toda la longitud del
forro 1. En el estado de la técnica, se conocen muy bien otras
técnicas de enrollado alternativas para conseguir un recubrimiento
satisfactoriamente uniforme, pudiéndose citar por ejemplo la
Patente US 3,282,757 titulada "MÉTODO PARA FABRICAR UN RECIPIENTE
A PRESION REFORZADO CON FILAMENTO", de Richard C. Brussee, que
se incorpora aquí a modo de referencia y que describe varias
técnicas de enrollado, que se pueden utilizar en la práctica de la
presente invención.
Sin embargo, la forma y especialmente el tipo, de
la fibra y del material termoplástico 6 tienen una importancia
significativa en la puesta en práctica de la invención, por lo que
se hace brevemente hincapié en las figs. 5A, 5B, 5C, 6A, 6B y 7,
que ilustran unas variantes adecuadas del material 6 que se puede
utilizar en la puesta en práctica de la invención. En la figura 5A,
se enrollan cordones separados de material termoplástico 13A y
fibra 12A, juntos o por separado pero de forma más o menos
contigua, tal como se indica en 6A, sobre el forro/mandril 1. Los
tipos adecuados de material termoplástico 13A que se pueden
utilizar en la puesta en práctica de la invención, a tal efecto,
pueden ser, sin que esto suponga limitación alguna: polietileno,
polipropileno, polibutilen tereftalato y polietilen
tereftalato.
La fig. 5B muestra una sección transversal de una
segunda variante 6B para el material 6, donde el filamento de fibra
12B se recubre con el material termoplástico 13B, por ejemplo por
doble extrusión o por cualquier otro proceso preliminar adecuado.
De forma similar, la fig. 5C muestra una sección transversal de una
tercera variante 6B para el material 6, donde el filamento de fibra
12C se recubre con un polvo del material termoplástico 13C.
No obstante, antes de enrollarse sobre el
forro/mandril 1, la fibra 12 y el material termoplástico 13 (en
cualquiera de las formas mostradas en las figs. 5A, 5B, 5C) se
mezclan primero, de preferencia, para formar una mecha 6D, según se
muestra en la figura 6 A, o un hilo 6E de estas mechas, según se
muestra en la fig. 6B. Otra configuración preferida para el
material 6 se muestra en la fig. 7, en forma de cinta 6F a base de
fibra y material termoplástico entremezclados. Las mechas
adecuadas, los hilos y las cintas de fibra entremezclada, por
ejemplo fibra de vidrio y material termoplástico, se encuentran en
el mercado, y una familia de productos, que según se ha comprobado
se puede utilizar adecuadamente en la presente invención, se
distribuye bajo la marca Twintex® de Vetrotex. Twintex se prepara
mediante un proceso protegido, en el que se mezclan filamentos de
fibra de vidrio (por ejemplo 17 micras de diámetro) con filamentos
(p. ej. 20 micras de diámetro) de termoplástico (p. ej. polietileno
o polipropileno) durante la producción continua de mechas, hilos y
cintas que se encuentran disponibles de esta forma, así como en
forma de tejidos.
Por consiguiente, y solo a modo de ejemplo, el
forro termoplástico/mandril 1 se pueden fabricar a su vez con
tejido Twintex® , que se cosen y sueldan juntos y se someten a un
tratamiento térmico adecuado, por ejemplo en un molde para obtener
la preforma, que se enrolla ulteriormente con la fibra y el material
termoplástico 6 para obtener la estructura inmediata 11.
Con referencia ahora a la figura 8, una vez que
se ha preparado la estructura intermedia 11 en la forma descrita o
de cualquier forma adecuada, se coloca en un molde 13 (de dos
elementos en el ejemplo). Se calienta entonces el molde, p. ej.
mediante calentadores de resistencia incorporados, representados por
el calentador 15B, accionados, de forma que se puedan controlar,
desde una fuente E 15A y/o haciendo circular aceite caliente,
calentado por una fuente H 14A, a través de serpentines 14B y/o
cualquier otro expediente convencional adecuado para calentar
moldes. Se aplica además, por lo menos una fuerza al molde 13 y/o
al interior de la estructura intermedia 11, que tiende a hacer que
la superficie exterior de la estructura intermedia se adapte a la
superficie interna 13A (fig. 9) del molde cuando el calor aplicado
Q hace que el forro termoplástico 1 y el recubrimiento enrollado 7
se fundan y fluyan en dirección al molde. La/s fuerzas se pueden
generar aplicando una compresión externa a las mitades del molde,
para obligarlas a juntarse, tal como se indica mediante las flechas
designadas "F" y/o estableciendo presión en el interior del
forro termoplástico 1 utilizando, p. ej., gas a presión procedente
de una fuente adecuada 16, transportado al interior del forro 1 a
través de un conducto 18. Si se utiliza la presión, las tapaderas
(roscadas o permanentes) 19 sirven para sellar los extremos de la
estructura intermedia 11.
Se suprime entonces el calor en el molde 13,
permitiendo que el recipiente compuesto a presión que se acaba de
formar se endurezca y se pueda sacar abriendo el molde en la forma
convencional.
En la práctica, pueden tenerse en cuenta dos
consideraciones opcionales importantes. En primer lugar, se ha
comprobado que es preciso ventilar el molde, tal como se representa
con las aberturas distribuidas por la periferia 17, mostradas en la
fig. 8, para permitir que el aire encerrado se escape al
configurarse el recipiente a presión contra la pared interior del
molde y lograr por lo tanto un acabado particularmente fino de la
superficie exterior del recipiente a presión, que requiere muy poco
acabado de superficie ulterior, si es que lo requiere. En segundo
lugar, con el objeto de garantizar una fusión completa entre el
forro termoplástico 1 y el recubrimiento enrollado 7, se ha
comprobado que es preferible seleccionar los materiales
correspondientes con temperaturas de fusión algo diferentes para el
forro y el recubrimiento. Más particularmente, los mejores
resultados se obtienen si la velocidad de caldeo se controla y el
punto de fusión del forro se elige de forma que sea superior al del
recubrimiento, con el fin de que el material termoplástico se funda
en torno a la fibra mientras se va reblandeciendo el forro, aunque
no funde completamente durante el proceso de fusión. Por ejemplo,
como es bien sabido, en el estado de la técnica, el punto de fusión
del polipropileno oscila entre 148°C (300°F) y 165°C (330°F),
mientras que el del polietileno oscila entre 48°C (120°F) y 60°C
(140°F).
Como se muestra en la fig. 10, el recipiente
compuesto a presión se puede fabricar según un proceso similar, en
el que se utiliza un molde de dos elementos 20, provisto de unos
rebordes coincidentes 21, 22, que empernan juntos, definiendo
plenamente por lo tanto una forma tridimensional predeterminada
para la superficie interior del molde montado. En esta
configuración, la estructura intermedia 11 se coloca dentro del
molde montado. Luego, se aplica calor Q, según se ha descrito
anteriormente, mientras se presuriza el interior de la estructura
intermedia para formar el recipiente compuesto a presión. En esta
variante, no es preciso aplicar fuerzas de compresión externas al
molde. De preferencia, se disponen unas aberturas 17 por las
razones indicadas anteriormente.
Las figs. 11, 12 y 13 ilustran un proceso
diferente, aunque afín, para la fabricación de un recipiente
compuesto a presión. Para mayor claridad, estas figuras se muestran
en sección transversal. Con referencia a la fig. 11, se coloca una
preforma 31 en un molde de dos piezas 30A, 30B. La preforma 31, que
servirá de capa exterior para el recipiente compuesto a presión que
se va a fabricar, puede prepararse en la forma descrita
anteriormente para el forro termoplástico 1, aunque
alternativamente, puede prepararse en la forma descrita
anteriormente para la estructura intermedia 11; es decir, el forro
termoplástico 1 enrollado con el recubrimiento 7 de fibra y un
material termoplástico.
Según se muestra en la fig. 12, una masa 32 de
material termoplástico fundido, como polietileno, polipropileno,
polibutilen tereftalato y polietilen tereftalato, se extrusiona en
forma de tubo alargado a través de una abertura axial 37 en el
extremo superior de la preforma 31. El material de la masa 32 se
elige para formar una buena unión con una preforma determinada 31.
Se yuxtapone una pieza insertada 33, que puede ser roscada o
permanente, con respecto a la abertura axial 37 y dentro de la masa
32. De forma similar, si la preforma 31 comprende una segunda
abertura axial 38, se yuxtapone otra pieza insertada 34 en la
segunda abertura.
Los expertos en la materia apreciarán claramente
que la masa fundida 32 almacena una gran cantidad de calor latente.
Con referencia ahora a la fig. 13, los semi-moldes
30A, 30B están cerrados, y el interior de la masa se somete a
presión, desde una fuente 35 de gas a presión, a través de un
conducto 36, de modo que el material termoplástico 32A en la masa
no solamente fluye chocando con la superficie interior de la
preforma 31A, sino que transmite calor suficiente a la preforma 31A
para hacerla fluida. Por consiguiente, la superficie exterior de la
preforma 31A fluye para adaptarse a la superficie interior del
molde, fundiéndose las piezas insertadas 33A, 34A con el resto de
la estructura o definiendo unas piezas insertadas amovibles, según
se pretenda.
Si, en una configuración dada, no existe
suficiente calor latente en la masa para lograr la consolidación
completa de la preforma y el material termoplástico así como la
adaptación prevista de la superficie exterior de la preforma a la
superficie interior del molde, se puede aplicar entonces calor
adicional Q al molde para llevar a cabo la formación del recipiente
a presión 37. El molde se puede dejar entonces enfriar (o se puede
enfriar forzosamente en la forma convencional) y abrirse de forma
que se pueda quitar el recipiente a presión terminado.
Las figs. 14, 15 y 16 (mostradas en sección
transversal) ilustran otro proceso de moldeo para formar una
preforma 41 y convertirla en recipiente a presión 41A. Haciendo
referencia, en primer lugar, a la fig. 14, la preforma 41 se puede
preparar según cualquiera de los procesos correspondientes descritos
anteriormente, inclusive el proceso descrito en relación con las
figs. 1-10, que consiste en enrollar fibras y un
material termoplástico entremezclados sobre un forro termoplástico
que puede haber sido preparado, a su vez, soldando o cosiendo
juntos componentes de fibra y material termoplástico entremezclados.
O bien, la preforma 41 se puede moldear de forma relativamente
basta, a partir de un material termoplástico adecuado como
polietileno, polipropileno, polibutilen tereftalato y polietilen
tereftalato.
La preforma 41 que, en el ejemplo, tiene
aberturas axiales 44, 46, se introduce en el interior de un molde
de dos piezas 40A, 40B. Entonces, se yuxtaponen unas piezas
roscadas 43, 45 en las aberturas 44, 46 (Se podrían utilizar
alternativamente, por supuesto, piezas insertadas como 33, 34,
utilizadas en el proceso ilustrado en las figs.
11-13 o cualquier otro tipo de inserción, según la
configuración precisa que se desee para el recipiente a presión). Si
se utilizan piezas insertadas roscadas, su material se tendrá que
elegir de modo que tenga un punto de fusión muy superior al punto
de fusión de la preforma 41. Por lo menos una de las piezas
insertadas incluye una abertura para admitir una bolsa de
caucho-silicona hinchable 42 en el interior de la
preforma 48. Además, se dispone un calentador 48 dentro de la bolsa
hinchable 42, que se elige de modo que tenga características de
manipulación térmica superiores al punto de fusión de la preforma
41. Un caucho silicona adecuado para la bolsa hinchable 42 es
Mosites 1453D, suministrado por Mosites Rubber en los Estados Unidos
y Aerovac Systems (Keighley) Ltd. en el Reino Unido.
El calentador 48 puede ser de cualquier tipo
adecuado, como un calentador de resistencia eléctrica, realizándose
la alimentación mediante unos conductores (no mostrados), que se
extienden por la abertura en la pieza insertada roscada 43 y se
acoplan a una fuente de alimentación controlable adecuada (no
mostrada). Además, se puede disponer, si se considera necesario o
deseable, el precaldeo separado de la preforma 41, por medio de un
conjunto de calentadores, representados por los calentadores de
resistencia eléctrica 47A, 47B, cercanos a las paredes de la
preforma. Los calentadores 47A, 47B pueden alimentarse a través de
conductores (no mostrados) que se extienden por una de las aberturas
axiales 44, 46, o ambas, en la preforma 41 y que están acoplados a
una fuente de alimentación controlable adecuada (no mostrada). El
molde 40A, 40B a su vez, puede ser precalentado convencionalmente
y/o calentado durante el proceso de moldeo.
Si la preforma 41 se tiene que precalentar (por
lo general, para aumentar el rendimiento total del proceso), esta
etapa se realiza para hacer que la preforma sea casi fluida y los
calentadores 47A, 47B se quitan del molde 40A, 40B, que se cierra
entonces. Con referencia ahora la fig. 15, la bolsa de caucho
silicona hinchable 42 se hincha desde una fuente 49 de gas a
presión, a través de un conducto 50, mientras el calentador 48
calienta la preforma 41 hasta que llegue al estado fluido, a través
de la bolsa, de forma que dicha bolsa ejerza unas fuerzas dirigidas
hacia el exterior sobre la preforma que, por consiguiente, fluye
para adaptarse a la superficie interior del molde 40A, 40B para
configurar el recipiente a presión 41A. Hay que señalar que, en el
ejemplo, las regiones de la abertura axial de la preforma fluyen
para adaptarse a las roscas de las piezas insertadas 43, 45.
La aplicación de calor se interrumpe entonces, y
una vez que el molde 40A, 40B y el recipiente a presión formado 41A
se han enfriado suficientemente, se abre el molde, se desenroscan
las piezas insertadas roscadas 43, 45 y se quitan la bolsa de
caucho silicona 42 y el calentador 48, dejando el recipiente a
presión formado. Se observará que, tal como se representa en 51,
las roscas internas se han formado, según lo previsto en el
ejemplo, en las aberturas axiales del recipiente compuesto a
presión formado.
En la preparación de algunos recipientes
compuestos a presión, tales como calentadores de agua domésticos,
el color del producto terminado puede ser importante. Es por
supuesto posible preparar una preforma según cualquiera de los
procesos descritos anteriormente, utilizando uno o varios materiales
que ya sean de color. No obstante, existen dos objeciones
potenciales a este enfoque, es decir que las materias primas
pre-coloradas son más caras y presentan un número
de colores limitado. No obstante, utilizando los principios de la
presente invención, se puede dar color a un recipiente a presión
terminado, de forma diferente y altamente satisfactoria.
De modo similar, existen aplicaciones de
recipientes a presión, como para el almacenamiento de agua
ultrapura, almacenamiento de gas (por ejemplo propano, butano, gas
natural, etc) y de alimentos, donde es deseable disponer un forro
interior enteramente impermeable dentro de un recipiente compuesto a
presión. Se puede desarrollar asimismo un proceso según la
invención para obtener dicho forro interior enteramente
impermeable. Un ejemplo, mostrado en las fig. 17-20,
indica la forma de proporcionar el color exterior deseado a un
recipiente compuesto a presión, así como un forro interior
enteramente impermeable. Es evidente que se puede obtener
cualquiera de las características de forma individual.
Por consiguiente, con referencia a la fig. 17, se
introduce en un molde de dos piezas 60A, 60B un conjunto que
incluye una preforma 63 (fabricada según cualquiera de los métodos
descritos anteriormente), rodeada de una lámina 67 de material
termoplástico del color de producto deseado. Si se va a aplicar un
forro interior enteramente impermeable, se introduce una lámina
termoplástica 66 con las características deseada en el interior de
la preforma 63 ante de yuxtaponerse adecuadamente las piezas
insertadas 64, 65. El molde 60A, 60B incluye unas secciones
encaradas rebajadas 61A, 61B y 62A, 62B que, cuando el molde está
cerrado, proporcionan pasos hacia el interior del molde.
Con referencia ahora a la figura 18, el molde
60A, 60B está cerrado, y el interior del molde está acoplado a una
fuente de vacío 68, a través del conducto 69. De forma alternativa
o adicional, el interior del forro interno 66 (o el interior de la
preforma 63 si no se va a incorporar ningún forro interno) se
acopla a una fuente 70 de gas a presión a través de un conducto 71.
Como se muestra en la fig. 19, se aplica calor Q al molde con el
objeto de que todos los componentes del recipiente compuesto a
presión que se va a formar se conviertan al estado fluido, mientras
el interior del molde se evacua tal como lo indican las flechas 72
y el interior del forro interno 66 (o de la preforma 63 si no hay
forro interno) se somete a presión según indican las flechas 73. Por
consiguiente, los tres (o dos) componentes se consolidan y la
superficie exterior de la lámina de color 67 se adapta a la forma
del interior del molde 60A, 60B. Una vez que se ha dejado enfriar
el molde (o se ha enfriado forzadamente) y se ha abierto, el
recipiente compuesto a presión resultante 74, que se muestra en la
figura 20 (como una lámina en sección transversal) está listo para
cualquier otro procesamiento ulterior. Según se ha indicado
anteriormente, las piezas insertadas 64, 65 pueden por supuesto ser
roscadas para su eliminación ulterior, dejando una o dos aberturas
axiales, según corresponda, para la finalidad prevista del
recipiente compuesto a presión.
En las figs. 21-23, se ilustra un
proceso similar para la fabricación de un recipiente a presión. La
fig. 21 muestra un molde de dos piezas 80A, 80B que puede ser, p.
ej., un molde metálico de una sola hoja, de modo que se puedan
formar simultáneamente cierto número de recipientes a presión. El
molde, que se muestra situado en un horno adecuado 81, ha sido
cargado con una preforma 82, fabricada según cualquiera de los
métodos y con cualquiera de los materiales y/o combinaciones de
materiales descritos anteriormente, y tiene por lo menos una
abertura para acceder a su interior. Se introduce una bolsa a base
de una lámina termoplástica 82, que se pretende funcione como forro
entero en el recipiente a presión terminado, en el interior de la
preforma 82 antes de cerrar el molde 80A, 80B.
Con referencia ahora a la fig. 22, se transmite
calor Q desde el horno 81 al molde 80A, 80B, se aplica gas a
presión P (desde una fuente adecuada, no mostrada) al interior de
la bolsa de lámina termoplástica 83, orientándola hacia la
superficie interior de la preforma 82. Además, se genera vacío V
(desde cualquier fuente adecuada no mostrada) en el interior del
molde 80A, 80B y por consiguiente exteriormente a la preforma 82.
Se mantiene este estado hasta que los materiales de plástico de la
preforma 82 y la bolsa de lamina de plástico se consolidan y la
superficie exterior de la estructura compuesta adopta la forma del
interior del molde. Entonces, se saca el molde del horno 81, se deja
enfriar y se abre para quitar el recipiente compuesto a presión
terminado 85, que se muestra en la figura 23, constituido por la
estructura íntegra, que incluye la preforma moldeada 82A y el forro
de lámina de plástico 83A, que se ha fundido en el interior del
recipiente compuesto a presión.
Los recipientes compuestos a presión, fabricados
de acuerdo con todos lo procesos descritos anteriormente, tienen
características de rendimiento y de estética notablemente mejoradas
con respecto a los que se fabrican con los procesos del estado de
la técnica. Más particularmente, pueden resistir presiones y
temperaturas más elevadas, son más resistentes al impacto y muestran
un acabado notablemente mejorado. También tienen buenas
características de maquinabilidad y por lo tanto se pueden soldar
fácilmente, cortar, taladrar, roscar, estampar o someter a las
operaciones similares que se desee, para obtener un producto
terminado de alta calidad.
Por consiguiente, aunque los principios de la
invención se han expuesto de forma clara en las realizaciones
ilustradas, los expertos en la materia se darán cuenta de que se
pueden realizar muchas modificaciones en la estructura y los
componentes utilizados en la práctica de la invención,
particularmente adaptados a entornos específicos y requisitos de
trabajo, sin apartarse del ámbito de estos principios.
Claims (9)
1. Proceso para la fabricación de un recipiente
compuesto que comprende las siguientes etapas:
- A)
- preconformado de una estructura laminar compuesta (7) para el recipiente, estructura laminar fabricada por lo menos en parte a partir de un material termoplástico y que tiene un forro laminar termoplástico (1) que sella la superficie interior del mismo;
- B)
- en un molde (13), calentar la estructura laminar compuesta (7) y el forro laminar termoplástico (1), mientras se aplica por lo menos una fuerza, que tiende a empujar el forro laminar termoplástico y la estructura laminar compuesta hacia el exterior;
- C)
- proseguir con la etapa B) hasta que el forro laminar termoplástico y la estructura laminar compuesta se consoliden y la superficie exterior de la estructura laminar compuesta se vuelva fluida y fluya para adaptarse a la superficie interior del molde, formando de este modo un recipiente compuesto;
- D)
- dejar enfriar el recipiente compuesto formado; y
- E)
- sacar del molde el recipiente compuesto formado.
2. Proceso según la reivindicación 1, en el que
la mencionada etapa A) comprende el preconformado de una estructura
laminar compuesta termoplástica (7) para el recipiente a base de
fibra (6) y un material termoplástico, estructura laminar compuesta
termoplástica que comprende el forro laminar termoplástico (1) que
sella el interior de la superficie del mismo.
3. Proceso según la reivindicación 1, en el que
la mencionada etapa A) comprende el preconformado de una estructura
laminar termoplástica compuesta (7) para el recipiente, enrollando
fibra (6) y un material termoplástico sobre un mandril
termoplástico, estructura laminar termoplástica compuesta que
comprende el mencionado forro laminar termoplástico (1) que sella
la superficie interior del mismo.
4. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que, durante las etapas C) y D), la
fuerza (por lo menos una) se obtiene por lo menos en parte
evacuando el molde (13).
5. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que, durante las etapas C) y D), la
fuerza (por lo menos una) se obtiene por lo menos en parte
sometiendo a presión el forro laminar termoplástico (1).
6. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que, durante las etapas C) y D), se
obtienen fuerzas que tienden a empujar el forro laminar plástico
contra la superficie interior de la estructura laminar termoplástica
compuesta por medio de la evacuación simultánea del molde (13) y
aplicando presión al interior del forro laminar termoplástico
(1).
7. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que el material del forro laminar
termoplástico (1) se elige dentro del grupo formado por
polietileno, polipropileno, polibutileno, tereftalato y polietilen
tereftalato.
8. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que el material termoplástico en
dicha estructura laminar compuesta (7) se elige dentro del grupo
formado por polietileno, polipropileno, polibutileno, tereftalato y
polietilen tereftalato.
9. El proceso de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que la etapa C) incluye el caldeo del
molde.
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