ES2228169T3

ES2228169T3 - Metodo para la fabricacion de recipientes compuestos a presion y productos fabricados con el metodo.

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Publication number: ES2228169T3
Application number: ES99969059T
Authority: ES
Inventors: James C. Murphy; Gerald S. Boyce; Erik Coeckelbergs
Original assignee: Essef Corp
Current assignee: Essef Corp
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2005-04-01
Anticipated expiration: 2019-09-13
Also published as: AU6041099A; EP1112173B1; ATE273785T1; EP1112173A1; US6190598B1; KR100684092B1; CA2343415C; CA2343415A1; IL141886A0; WO2000015418A1; TW466173B; KR20010089902A; IL141886A; DE69919552D1; AU758022B2; DE69919552T2; DK1112173T3; PT1112173E

Abstract

Proceso para la fabricación de un recipiente compuesto, reforzado con fibra, que comprende las siguientes etapas: A) preconformado de una estructura laminar termoplástica compuesta (41), reforzada con fibra, para el depósito, estructura laminar termoplástica compuesta que tiene por lo menos una abertura (44, 46) para acceder al interior del mismo; B) colocación de la estructura laminar termoplástica compuesta dentro de un molde (40A, 40B); C) introducción de una bolsa hinchable (42), que contiene un calentador (48), en el interior de la estructura laminar termoplástica compuesta a través de la (por lo menos una) abertura en la misma; D) calentar la bolsa hinchable hasta una temperatura suficiente para hacer que la estructura laminar termoplástica compuesta se vuelva fluida, aplicando al mismo tiempo presión al interior de la misma de forma que la superficie exterior de la bolsa hinchable se apoye contra la superficie interior de la estructura laminar termoplástica compuesta; E) seguir con la etapa D) hasta que la estructura laminar termoplástica compuesta se conforme contra las paredes interiores el molde; F) dejar de calentar la bolsa hinchable y dejar que se enfríe el recipiente compuesto formado; G) sacar la bolsa hinchable del interior del recipiente compuesto formado; y H) sacar del molde el recipiente compuesto formado.

Description

Método para la fabricación de recipientes compuestos a presión y productos fabricados con el método.

La 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 termo-endurecibles técnicas mejoran el rendimiento debido a la mayor aptitud térmica, aunque asociadas a unos costes de material inaceptables.

La patente Alemana DE 4215756 describe un proceso para la fabricación de cuerpos huecos, como botellas y tubos a presión, cuerpos que están constituidos por dos capas de FRP. El proceso comprende la formación del cuerpo interior por extrusión o moldeo por inyección y enrollando alrededor de dicho cuerpo un hilo de refuerzo compuesto por fibras termoplásticas. El arrollamiento se calienta de 20°C a 50°C por encima del punto de fusión de las fibras termoplásticas dadas y seguidamente se comprime y consolida para formar la capa exterior y, además, para unir dicha capa exterior con la capa interior.

La patente Europea EP0810081 describe un recipiente a presión que comprende una estructura laminar interna que puede servir de barrera gaseosa y una estructura laminar exterior resistente a la presión dispuesta para recubrir la estructura laminar interna. La estructura laminar externa está constituida de preferencia por FRP que comprende fibras de refuerzo y una resina interna, mientras que la estructura laminar interna puede ser de aleación metálica o de resina, como resina de polietileno. Además, el recipiente puede comprender un elemento de relieve adherido a la estructura laminar interna y/o externa.

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.

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 termo-endurecibles 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 otro aspecto, uno de los objetos de la presente invención es ofrecer un proceso para la fabricación de recipientes compuestos a presión que, cuando se utilizan presentan un rendimiento a largo plazo por lo menos tan bueno como el de los recipientes a presión tradicionales.

En suma, estos y otros objetos de la invención se consiguen utilizando un proceso para la fabricación de un recipiente compuesto, reforzado con fibra, que incluye las siguientes etapas: A) preconformado (por ejemplo, enrollando fibra, como fibra de vidrio, y material termoplástico, como filamentos, una mecha o un hilo) sobre un forro termoplástico de una estructura laminar termoplástica compuesta, reforzada con fibra, para el recipiente, estructura laminar termoplástica compuesta que tiene por lo menos una abertura para acceder al interior del mismo; B) colocación de la estructura laminar termoplástica compuesta (que se puede someter, opcionalmente, a precalentamiento) dentro de un molde (que puede haberse precalentado independientemente, de forma opcional); C) introducción de una bolsa hinchable que contiene un calentador, en el interior de la estructura laminar termoplástica compuesta a través de la abertura; D) calentar la bolsa hinchable hasta una temperatura suficiente para hacer que la estructura laminar termoplástica hinchable se vuelva fluida, aplicando al mismo tiempo presión al interior, de forma que la superficie exterior de la bolsa hinchable se apoye contra la superficie interior de la estructura laminar termoplástica compuesta; E) seguir con la etapa D) hasta que la estructura laminar termoplástica compuesta se conforme con las paredes interiores del molde; F) dejar de calentar la bolsa hinchable y dejar que se enfríe el recipiente compuesto formado; G) quitar la bolsa hinchable del interior del recipiente compuesto formado; y H) quitar el recipiente compuesto formado del molde. Antes de la etapa C), se puede yuxtaponer una pieza insertada que tiene una abertura, alineada con la abertura de la estructura laminar termoplástica compuesta, de forma que, durante la etapa C), la bolsa hinchable se inserte en el interior de la estructura laminar termoplástica compuesta, a través de la abertura, en la pieza insertada. Si se desea, con vistas al recipiente compuesto previsto, se puede roscar una parte de la superficie exterior de la pieza insertada de forma que, durante la etapa E), se formen unas roscas en la abertura de la estructura laminar termoplástica compuesta y, posteriormente a la etapa F), la pieza insertada se pueda desatornillar y separarse del recipiente compuesto formado dejando un orificio roscado en el recipiente.

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 figura 1.

La fig. 3 es una ilustración del forro/mandril mostrado en las figuras 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 figura 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 figura 3, que ilustra un segundo tipo de material, una mecha de cualquiera de las tres variantes ilustradas en las figuras 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 figura 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 figura 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 figura 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 figuras 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 figura 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 figuras 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 figura 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 figuras 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 figura 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 figuras 21 y 22.

Con referencia, primero a las figuras 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 figura 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 (figura 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 referencias y 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 figuras 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 l3A 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 figura 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 figura 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 figuras 5A, 5B, 5C) se mezclan primero, de preferencia, para formar una mecha 6D, según se muestra en la figura 6A, o un hilo 6E de estas mechas, según se muestra en la figura 6B. Otra configuración

\hbox{preferida}

para el material 6 se muestra en la figura 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 (por ej. 20 micras de diámetro) de termoplástico (por 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, por 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 (figura 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 o las 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, por ejemplo, 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 figura 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 y 165°C (300°F y 330°F), mientras que el del polietileno oscila entre 48°C y 60°C (120°F y 140°F).

Como se muestra en la figura 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 figuras 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 figura 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; o sea, el forro termoplástico 1 enrollado con el recubrimiento 7 de fibra y un material termoplástico.

Según se muestra en la figura 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 figura 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 figuras 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 figura 14, la preforma 41 se puede preparar según cualquiera de los procesos correspondientes descritos anteriormente, inclusive el proceso descrito en relación con las figuras 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 figuras 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 figura 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 ej. 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 figuras 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 figura 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 figura 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 evacúa 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 figuras 21-23, se ilustra un proceso similar para la fabricación de un recipiente a presión. La figura 21 muestra un molde de dos piezas 80A, 80B que puede ser, por 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 figura 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 lámina 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.

Claims

1. Proceso para la fabricación de un recipiente compuesto, reforzado con fibra, que comprende las siguientes etapas:

A) preconformado de una estructura laminar termoplástica compuesta (41), reforzada con fibra, para el depósito, estructura laminar termoplástica compuesta que tiene por lo menos una abertura (44, 46) para acceder al interior del mismo;

B) colocación de la estructura laminar termoplástica compuesta dentro de un molde (40A, 40B);

C) introducción de una bolsa hinchable (42), que contiene un calentador (48), en el interior de la estructura laminar termoplástica compuesta a través de la (por lo menos una) abertura en la misma;

D) calentar la bolsa hinchable hasta una temperatura suficiente para hacer que la estructura laminar termoplástica compuesta se vuelva fluida, aplicando al mismo tiempo presión al interior de la misma de forma que la superficie exterior de la bolsa hinchable se apoye contra la superficie interior de la estructura laminar termoplástica compuesta;

E) seguir con la etapa D) hasta que la estructura laminar termoplástica compuesta se conforme contra las paredes interiores el molde;

F) dejar de calentar la bolsa hinchable y dejar que se enfríe el recipiente compuesto formado;

G) sacar la bolsa hinchable del interior del recipiente compuesto formado; y

H) sacar del molde el recipiente compuesto
formado.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que el molde se calienta antes de la etapa D).

3. El proceso de la reivindicación 1, en el que la estructura laminar termoplástica compuesta se calienta antes de la etapa D).

4. El proceso de la reivindicación 2, en el que la estructura laminar termoplástica compuesta se calienta antes de la etapa D).

5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que, antes de la etapa C), se yuxtapone una pieza insertada (33, 34, 43) que tiene una abertura, alineada con la (por lo menos una) abertura en la estructura laminar termoplástica compuesta y, en el que, durante la etapa C) la bolsa hinchable se inserta en el interior de la estructura laminar termoplástica compuesta a través de la abertura en la pieza insertada.

6. El proceso de la reivindicación 5, en el que por lo menos una parte de la superficie exterior de la pieza insertada está roscada de modo que, durante la etapa E), se forman unas roscas en la (por lo menos una) abertura de la estructura laminar termoplástica compuesta y, después de la etapa F), se puede desatornillar la pieza insertada y separarla del recipiente compuesto formado.

7. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la estructura laminar compuesta se fabrica enrollando un material de fibra y termoplástico (6) sobre un forro termoplástico (I).