ES2270837T3 - Metodo para fabricar tubos termoplasticos curvos. - Google Patents
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Abstract
Un método para fabricar un artículo tubular curvo (10) donde dicho artículo tubular está compuesto de una construcción termoplástica, termoendurecible, elastomérica, o híbrida de un elastómero y un material termoplástico o termoendurecible, dicho artículo tubular (10) teniendo una configuración en forma de serpentina tridimensional predeterminada donde dicho artículo exhibe una sección transversal y un espesor de pared consistente de manera uniforme a través de la longitud de dicho artículo, dicho método estando caracterizado por las etapas de: proporcionar una preforma tubular formable (22) donde dicha preforma tubular está compuesta de una construcción termoplástica, termoendurecible, elastomérica, o híbrida de un elastómero y un material termoplástico o termoendurecible; asegurar los extremos de dicha preforma (22) a los miembros de acoplamiento respectivos (22, 26) de manera tal que dicha preforma esté interpuesta de manera longitudinal entre dichos miembros de acoplamiento, dichos miembros de acoplamiento (24, 26) estando montados sobre lados opuestos de una base (36) de manera tal que la tensión de alargamiento pueda ser colocada sobre dicha preforma (22); llenar el hueco interior de dicha preforma (22) con un fluido caliente a una temperatura alta suficiente para ablandar dicha preforma hasta un punto donde es formable, dicho fluido estando a una presión suficiente que soporte la preforma; aplicar presión mecánica (46) a la preforma que contiene el fluido en una o más localizaciones específicas sobre la superficie exterior de dicha preforma que contiene el fluido de manera tal que dicha preforma es formada en una configuración predeterminada; remplazar el fluido caliente en dicha preforma (22) con un fluido frío a una temperatura fría suficiente para fraguar dicha preforma en la configuración deseada con lo cual la configuración predeterminada de la preforma es fraguada; y remover dicho fluido frío de dicha preforma (22), siendo dicho fluido totalmente removido.
Description
Método para fabricar tubos termoplásticos
curvos.
La presente invención se relaciona con un método
para la fabricación de tubos termoplásticos y particularmente con la
fabricación de tubos termoplásticos curvos que exhiben una sección
transversal circular y un espesor de pared consistente.
Típicamente, la fabricación de tubos para el
llenado de combustibles, tubos para líneas de combustible, tubos
para refrigerantes de radiadores, tubos para la dirección asistida,
etc. usados en la industria automovilística, por ejemplo, involucra
los pasos de preparar un pedazo de tubo flexible, no curado que
consiste de un tubo interior, una cubierta exterior, y un refuerzo
colocado entre ellos, y luego cargar la preforma verde sobre un
mandril rígido el cual puede estar hecho de metal, plástico o
caucho. El mandril tiene una forma general que corresponde a la
configuración deseada del tubo. El pedazo del tubo montado sobre el
mandril es entonces curado en una autoclave de vapor abierto y luego
removido del mandril como un producto terminado. Mientras que este
proceso del mandril rígido ha probado ser altamente satisfactorio,
las configuraciones en forma de serpentina tridimensional que tienen
dobleces extremadamente agudos son virtualmente imposibles de
construir sobre mandriles curvos, rígidos. No solamente es difícil
cargar y descargar el elemento de tubo con estos métodos anteriores,
sino también surgen problemas con respecto al plegamiento y
desgarramiento por el calor en la superficie interior de los
dobleces los que son perjudiciales para las características de
rendimiento, tal como el flujo del fluido, y eventualmente conducen
al fallo prematuro del tubo en la operación. Varios métodos han sido
propuestos para resolver estos problemas.
El uso de material granulado tal como arena como
un material del mandril flexible en la producción de artículos
tubulares curvos es descrito en la Pat. U.S. No. 1,877,628 de
Replogle. Sin embargo, el uso de arena como un núcleo del mandril
en la preparación de tubos curvos no es satisfactorio ya que esta
produce una superficie interior tosca, punteada o porosa con el
curado y las partículas de arena se alojan dentro de tales poros
donde son virtualmente imposibles de remover totalmente mediante
inyección de agua después del curado. La ocurrencia de incluso
cantidades residuales de tal material particulado es altamente
indeseable en, por ejemplo, los tubos de llenado de combustibles
donde las partículas pueden ensuciar la bomba de combustible u otros
orificios intrincados en el sistema de las líneas del combustible de
un automóvil.
La Pat. U.S. No. 3,753,635 de Barnett describe
un aparato para el doblado preciso de un conducto termoplástico que
comprende un medio rotable que tiene una multiplicidad de locaciones
y una pluralidad de estaciones, cada estación teniendo un medio de
presurización para establecer un diferencial de presión a través de
las paredes de un segmento de un conducto a ser doblado, estando la
presión más alta en el interior del conducto, un medio de sujeción
para cada extremo del segmento del conducto, un medio de guía
mecánica que tiene una pared interior para efectuar un codo que
tiene un terminado deseado, un medio de doblado automático conectado
con una porción movible del medio de sujeción y un tope para
limitar el grado del doblado. El dispositivo rotatorio se mueve a
través de una locación de carga, una locación de calentamiento, una
locación de calentamiento y doblado y una locación de enfriamiento
cuando el tubo es frío por aire frío aplicado exteriormente al
conjunto y luego someter el tubo a una atomización o baño de
enfriamiento de agua fría.
La Pat. U.S. No. 3,021,871 de Rodgers describe
un pedazo de tubería en forma de espiral extrudido, preferiblemente
de nylon, enrollado alrededor de un mandril de un tamaño que
determine el diámetro interior deseado de un serpentín de tubería.
La tubería es enrollada a temperatura ambiente y después se hace
circular vapor directo a través de la tubería. Luego es pasada agua
fría a través de la tubería para fijar el material termoplástico en
la forma de serpentín deseada.
La Pat. U.S. No. 3,826,288 de Cooper y otros,
enseña un artículo termoplástico de forma preformada enrollando un
pedazo tubería o material para tubo tal como nylon alrededor de un
mandril luego en la dirección opuesta alrededor de otro mandril
separado del primero en una configuración de una figura en ocho. El
aditamento que contiene los mandriles y el tubo es luego calentado
de manera apropiada hasta que la tubería asume la forma de los
mandriles y es entonces enfriada para mantener esa forma. Fluido
caliente puede ser circulado a través del tubo en el paso de
calentamiento y fluido frío en el paso de enfriamiento.
La Pat. U.S. No. 3,992,505 de Tally describe un
tubo para radiador de automóviles de material elastomérico
rellenando el interior de un pedazo de la tubería elastomérica no
curado con un material no comprensible que fluye, tapando los
extremos del tubo y amaestrando el elemento tubular así lleno
alrededor de un medio de soporte discreto desconectado dispuesto en
una configuración que representa la forma final del artículo y
vulcanizando el tubo. El material en el tubo puede ser agua o una
sal soluble en agua. Este es un proceso de termoendurecimiento y el
enfriamiento no es necesario ya que la vulcanización fija la forma
final.
La Pat. U.S. No. 4,218,420 de Jacob y otros
describe un método de curar un tubo tubular en una ranura en espiral
cortada en mitades de unión de los platos de opresión. El tubo sin
forma es dispuesto en una ranura en espiral de las mitades del
molde, el molde es cerrado, y el paso de calentamiento aplicado
mientras el tubo está confinado en la ranura en espiral. El tubo
terminado tiene un exterior definido con precisión. Un fluido
caliente puede ser pasado a través del tubo durante el paso de
calentamiento.
En la Pat. U.S. No. 4,144,622 de Stroupe se
describe un método de formar un artículo de forma abrupta utilizando
un molde metálico de dos o más partes separadas que tienen una
cavidad interior de la forma deseada del artículo terminado. El
artículo a ser formado es construido con un formador de tubos. El
artículo verde y el formador de tubos son colocados en la cavidad,
las partes del molde son cerradas y aseguradas y el formador de
tubos es inflado hasta un calibrado de aproximadamente 50 psi. El
artículo es entonces curado al calor en el molde o puede ser
removido desde el molde y post tratado. Estos artículos son hechos
de un elemento de lámina solapado, una tela de punto acanalado que
la rodea y una resina viscosa de solidificación.
En la Pat. U.S. No. 3,859,408 de Voss y otros,
los titulares de la patente introducen una carcasa tubular a través
de un molde de sección transversal generalmente tubular, sellan
ambos extremos, uno con un sello flotante y rodillos de
estrechamiento, el otro con un tapón, presurizan internamente el
tubo a través del extremo del tapón, ajustar la carcasa en la
porción del molde con serpentines de calentamiento externo, aliviar
la presión, introducir una nueva sección de la carcasa a través del
molde, cortar la porción vulcanizada de la porción verde, sellar la
abertura y repetir el proceso. El medio de presurización
preferiblemente también comprende un medio de calentamiento.
La Pat. de Canadá No. 1,042,642 de Barbier y
otros describe un fluido que puede solidificarse introducido en un
tubo verde en forma de fluido. El fluido que puede solidificarse es
convertido en una forma sólida para completar la construcción del
tubo sobre un mandril sólido. El fluido solidificado es entonces
reconvertido a la forma de fluido durante el proceso de
vulcanización.
En EP 0 993 929 A2 se describe un método de
doblar tubos termoplásticos en los cuales una región precalentada
del tubo es conformada a una configuración del doblez requerido
mientras es soportada internamente y externamente para evitar el
colapso de las paredes del tubo. Primeramente, un pedazo apropiado
del tubo es calentado en una estación de calentamiento eléctrica
para ablandar el material termoplástico. En una estación de carga,
un par de unidades de sellado son unidas a los extremos opuestos del
tubo y aire comprimido es admitido a través de una línea de
suministro conectada a una de las unidades de sellado para
proporcionar una presión dentro del tubo la cual es superior a la
presión atmosférica fuera del tubo para soportar el tubo
internamente durante la operación de doblado. El tubo con las
unidades de sellado unidas es entonces transferido a una estación
de formación donde es colocado entre los formadores que se mueven de
manera relativa proporcionando el soporte externo alrededor de una
sección de la región calentada del tubo. Los formadores son movidos
de manera relativa para formar progresivamente la configuración del
doblez requerido mientras simultáneamente proporciona soporte
interno para el tubo mediante el diferencial de presión entre la
parte interior y de afuera del tubo. Luego el tubo es enfriado
soplando aire sobre la parte de afuera y/o pasando aire comprimido a
través del interior del tubo para fraguar el material termoplástico
y retener la configuración del doblez requerido.
Los tubos fabricados para tener una
configuración en forma de serpentina tridimensional típicamente
están plagados de un diámetro restringido en el punto del doblez,
particularmente cuando el doblez es en ángulo agudo. El diámetro
restringido es debido al arrugamiento de la circunferencia más
pequeña interior del doblez el cual evita que el diámetro interior
del tubo sea circular. Por lo tanto, tal estructura tubular exhibe
diámetros circulares en localizaciones donde el tubo es recto, pero
en las áreas que contiene dobleces, especialmente dobleces agudos,
ellos exhiben formas ovaladas. Mientras las áreas totales pueden ser
las mismas o muy similares, la forma particular del tubo en los
dobleces afecta de manera drástica el rendimiento del tubo. Por lo
tanto, existe una necesidad en la industria de un método de
fabricar tubos termoplásticos que tengan varias configuraciones en
forma de serpentina tridimensionales, incluyendo incluso dobleces
extremadamente agudos, los cuales exhiban una sección transversal
circular y un espesor de pared consistente de manera uniforme a
través de toda su longitud, sin las dificultades encontradas en el
arte anterior.
De acuerdo con la presente invención, un pedazo
de tubo flexible, que puede ser una construcción termoplástica,
termoendurecible, elastomérica, o híbrida de un elastómero con un
material termoplástico o termoendurecible, es formado en una
configuración en forma de serpentina tridimensional predeterminada
mediante un proceso donde una preforma de tubo termoplástico es
colocada en una aparato de formación y un fluido caliente a una
temperatura suficiente para ablandar la preforma es forzado dentro
del tubo bajo presión. El fluido caliente bajo presión actúa como un
mandril flexible que soporta el tubo. El tubo lleno con fluido es
mecánicamente manipulado por miembros de formación y doblado en el
aparato de formación de tubos para proporcionar un tubo que tenga
una configuración en forma de serpentina tridimensional
predeterminada. Una vez el tubo es formado con la configuración
deseable, el fluido caliente es remplazado con un fluido de
enfriamiento bajo presión para fraguar la forma del tubo en la
configuración en forma de serpentina tridimensional predeterminada.
Los tubos fabricados de acuerdo con la invención tienen una sección
transversal circular y un espesor de la pared consistente a través
de toda su longitud sin las dificultades asociadas con la
fabricación de los tubos del arte anterior.
Las características de la invención, y sus
ventajas técnicas, pueden ser vistas desde la siguiente descripción
de las realizaciones preferidas conjuntamente con las
reivindicaciones y los dibujos acompañantes, en los cuales:
La Fig. 1 es un diagrama esquemático superior
que ilustra la formación de un tubo en forma de serpentina
tridimensional de esta invención;
La Fig. 2 es una vista esquemática en
perspectiva de un tubo en forma de serpentina tridimensional típico
formado por el método de esta invención;
La Fig. 3 es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea 1-1 del tubo en forma
de serpentina tridimensional de la presente invención;
La Fig. 4 es una vista esquemática en
perspectiva de un tubo típico formado por el arte anterior; y
La Fig. 5 es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea 4-4 del tubo típico
formado por el arte anterior.
La presente invención se relaciona con la
fabricación de tubos los cuales pueden ser una construcción
termoplástica, termoendurecible, elastomérica, o híbrida que
contiene un elastómero y un material termoplástico o
termoendurecible, y particularmente con la fabricación de tubos
termoplásticos de grandes diámetros que pueden ser usados como tubos
de vapor o combustible en automóviles. Tales tubos típicamente
tienen un diámetro de alrededor de 1.27 a 6.35 cm (0.5 a 2.5
pulgadas) y son comúnmente empleados como un conducto entre el
puerto de entrada del combustible y el tanque de combustible u
otros componentes. Para que el tubo, el cual esta acoplado en un
extremo al puerto de entrada de combustible y en el otro extremo al
tanque de combustible, atraviese los muchos miembros estructurales
del automóvil tal como un alojamiento de las ruedas, los miembros de
suspensión, etc., el tubo de combustible puede exhibir una
configuración en forma de serpentina tridimensional donde algunos
de los dobleces en el tubo pueden ser dobleces agudos. Tales tubos,
aunque tienen alguna flexibilidad cuando son formados, son algo
rígidos con respecto a su configuración final.
De acuerdo con esta invención, los presentes
tubos termoplásticos son formados extrudiendo un tubo que tiene una
o más capas y luego doblando y formando mecánicamente el tubo en una
configuración en forma de serpentina tridimensional predeterminada
forzando un fluido caliente a una temperatura cercana a la
temperatura de fusión del material que es procesado dentro de tubo
bajo presión; doblando y formando mecánicamente el tubo para obtener
la configuración deseada; y luego desplazando el fluido caliente con
un fluido frío a una temperatura suficiente para fraguar la forma
del tubo. Después de recuperar el fluido frío, el tubo formado es
removido del aparato de formación y el proceso es repetido con otro
pedazo de la tubería extrudida. La producción del tubo en forma de
serpentina tridimensional no es solamente realizada de manera fácil
y eficiente, sino que el tubo formado de acuerdo con la presente
invención exhibe características altamente deseables que fueron
previamente inalcanzables usando los métodos del arte anterior. Por
ejemplo, el tubo en forma de serpentina tridimensional de la
presente invención retiene una sección transversal circular interior
la cual es uniforme a través de la longitud del tubo incluso en las
áreas donde se forman dobleces agudos. Además, la superficie del
tubo en las áreas interiores de los dobleces es lisa, es decir, no
existe ninguna detección visual de ningún pliegue, ondulación o
arrugamiento incluso en las áreas de dobleces agudos. Los tubos del
arte anterior son notorios por estar plagados con tales pliegues,
ondulaciones y arrugas en las superficies interiores de cualquier
doblez encontrado en el tubo. Los pliegues, ondulaciones y arrugas
crean características indeseables del flujo y conducen a un fallo
prematuro del tubo. La ondulación, el arrugamiento y el plegamiento
en los tubos ha sido el mayor problema en la producción de los tubos
curvos.
En un aspecto de la invención, se describe un
método de fabricar un tubo termoplástico curvo que tiene una
configuración en forma de serpentina tridimensional predeterminada
donde el tubo exhibe una sección transversal circular y un espesor
de pared consistente de manera uniforme a través de la longitud del
artículo. El método comprendiendo; proporcionar una preforma
tubular termoplástica formable que tiene una o más capas; asegurar
los extremos de la preforma a los miembros de acoplamiento
respectivos de manera tal que la preforma esté interpuesta de
manera longitudinal entre los miembros de acoplamiento, los miembros
de acoplamiento estando montados sobre miembros opuestos de una
base de manera tal que la tensión de alargamiento pueda ser colocada
sobre la preforma; llenar el hueco interior de la preforma con un
fluido caliente a una presión suficiente que soporte la preforma;
aplicar presión mecánica a la preforma que contiene el fluido en una
o más localizaciones específicas sobre la superficie exterior de la
preforma que contiene el fluido de manera tal que la preforma es
formada en una configuración predeterminada; remplazar el fluido
caliente en la preforma con un fluido frío de forma que la
configuración predeterminada de la preforma sea fraguada; y remover
el fluido frío de la preforma de manera tal que sea totalmente
removido del tubo.
En un aspecto preferido de la invención, se
describe un método para fabricar un tubo termoplástico de dos capas
que tiene una configuración en forma de serpentina tridimensional
predeterminada donde el artículo exhibe una sección transversal
circular consistente de alrededor de 1.27 a 6.35 cm (0.5 a 2.5
pulgadas) de manera uniforme a través de la longitud del artículo;
el método preferido comprende: proporcionar una preforma tubular
termoplástica formable, que tiene una capa tubular interior
compuesta de un material fluorotermoplástico tal como un terpolímero
fluorotermoplástico que comprende unidades interpolimerizadas
derivadas del tetrafluoroetileno, del hexafluoropropileno y del
fluoruro de vinilideno; y una capa tubular exterior compuesta de una
poliamida procesable por fusión seleccionada del grupo que consiste
de nylon 6, nylon 6-6, nylon-11 y
nylon-12 la cual puede ser modificada para un
refuerzo o adhesión incrementada. La capa interior típicamente tiene
un grosor de alrededor de 0.010 a 0.025 cm (0.004 a 0.010 pulgadas),
y la capa exterior tiene un grosor de alrededor de 0.076 a 0.254 cm
(0.030 a 0.100 pulgadas) para proporcionar un grosor de pared
tubular de alrededor de 0.086 a 0.279 cm (0.034 a 0.110 pulgadas),
preferiblemente, el grosor de la capa interior es de alrededor de
0.013 a 0.018 cm (0.005 a 0.007 pulgadas), y el grosor de la capa
exterior es de alrededor de 0.114 cm (0.045 pulgadas); asegurar los
extremos de la preforma a los miembros de soporte respectivos de
manera tal que la preforma esté interpuesta de manera longitudinal
entre los miembros de acoplamiento, estando los miembros de
acoplamiento montados de manera tensionada sobre los miembros
opuestos de una base de manera tal que la tensión de alargamiento
pueda ser colocada sobre la preforma; llenar el hueco interior de la
preforma con un fluido caliente, estando el fluido a una presión
suficiente que soporte a la preforma; aplicar presión mecánica a la
superficie exterior de la preforma que contiene el fluido en una o
más localizaciones separadas a lo largo de su longitud e
intermediar los extremos de la preforma que contiene el fluido con
uno o más elementos de bobina, los elementos de bobina teniendo un
reborde acanalado que conforma la circunferencia exterior de la
preforma, donde los elementos de bobina son capaces de ser
accionados de manera independiente en las direcciones "X",
"Y", y "Z" y rotados de manera axial hasta 90º de manera
que disponga a la preforma en una configuración en forma de
serpentina tridimensional predeterminada mientras mantiene una
sección transversal circular consistente; remplazar el fluido
caliente en la preforma con fluido frío de forma que la
configuración en forma de serpentina tridimensional predeterminada
de la preforma sea fraguada; y remover el fluido frío de la
preforma, y siendo el fluido totalmente removido.
La Fig. 1 ilustra la formación de un artículo
tubular en forma de serpentina tridimensional 10 de cuerdo a la
presente invención. Una preforma tubular 22 puede ser proporcionada
por cualquier método habitual tal como mediante coextrusión o
mediante extrusión separada con combinación subsiguiente de capas
tubulares. Los extremos de la preforma 22 están asegurados al
primero y segundo miembros de acoplamiento 24 y 26 usando las
abrazaderas 28 y 30. Los miembros de acoplamiento 24 y 26 pueden ser
fijados de manera elástica o no elástica a los brazos de soporte 32
y 34, respectivamente, sobre una estructura base 36. El fluido
caliente, mantenido a una elevada temperatura suficiente para
ablandar la preforma tubular 22 a un estado donde es fácilmente
formable, es circulado mediante una bomba 38 desde un reservorio 40
vía el conducto 42 a través del brazo 54 de la válvula de
conmutación 44 hacia el miembro de acoplamiento 24, y hacia el
interior de la preforma tubular 22, hacia afuera a través del
miembro de acoplamiento 26 y el brazo 64 de la válvula de
conmutación 74 donde es luego circulado a través del conducto 70 de
nuevo hacia el reservorio 40. El fluido está bajo presión y soporta
la preforma tubular 22 de una manera similar a un soporte
proporcionado por un mandril sólido. La preforma tubular así llenada
22 que contiene el fluido caliente es ablandada por este fluido
caliente y se conforma su configuración en forma de serpentina
tridimensional predeterminada, deseada empleando presión mecánica
proporcionada por uno o más elementos de bobina 46, cada uno de los
cuales está en la forma general de una rueda en la cual el borde que
define el recorrido circunferencial de la rueda es una estructura en
forma de U, la cual conforma la superficie exterior de la preforma
tubular 22. Los elementos de bobina 46 están unidos de manera
movible a la estructura de la base 36 para tomar las varias formas
y posturas para conformar los respectivos dobleces de la
configuración predeterminada. Por ejemplo, el elemento de bobina 46
puede ser accionado tal como por un cilindro accionado por aire (no
mostrado) para retractar y extender de manera sucesiva el elemento
de bobina 46 a su posición apropiada y deseada. Claramente elementos
de formación distintos a los de bobinas pueden ser usados en la
invención, siendo un ejemplo adicional una montura en forma de
U.
Una vez que la preforma maleable 22 está en su
configuración deseada, el fluido caliente en la preforma tubular 22
es remplazado por un fluido frío que circula usando la bomba 56
desde el reservorio 60 vía el conducto 76 a través del brazo 68 de
la válvula de conmutación 44 hacia el miembro de acoplamiento 24
para fraguar la preforma tubular 22 en la configuración
predeterminada y proporcionar el artículo tubular deseado 10. El
fluido frío es removido del interior del artículo tubular 10 y
retornado al reservorio 60 a través del brazo 72 de la válvula de
conmutación 74 y el conducto 62. El procedimiento es entonces
repetido usando otra preforma tubular. La válvula de conmutación
opera de manera que cuando las áreas correspondientes están abiertas
para permitir que tanto el fluido caliente como el fluido frío
circulen a través del sistema, los otros brazos respectivos estén
cerrados para minimizar el entremezclado de los fluidos.
La Fig. 2 ilustra un artículo tubular en forma
de serpentina tridimensional 10 que tiene una capa interior 12 y
una capa exterior 14 fabricadas de acuerdo con la invención. El
artículo tubular 10 es de forma cilíndrica y está compuesto de una
capa interior 12 rodeada por una capa exterior 14. La superficie
interior de la capa interior define un pasaje para transportar
fluidos tal como combustible cuando es usado como una manguera para
el llenado de combustible en un vehículo de motor. El artículo
tubular 10 contiene uno o más dobleces 16 para negociar la
distancia entre una entrada de llenado de combustible y un tanque de
combustible, y extremos abiertos opuestos 18 y 20 que exhiben una
sección transversal circular.
La Fig. 3 es una vista en sección transversal
del artículo tubular en forma de serpentina tridimensional de la
invención que ilustra que, en las áreas de un doblez, el artículo
tubular exhibe una sección transversal circular.
La Fig. 4 ilustra un artículo tubular en forma
de serpentina tridimensional del arte anterior, y la Fig. 5 es una
vista en sección transversal del artículo tubular en forma de
serpentina tridimensional del arte anterior que ilustra que, en el
área de un doblez, el artículo tubular del arte anterior exhibe una
abertura distorsionada que es de forma ovalada y, como se observa
en la Fig. 4, el diámetro interior del doblez tiene una
configuración arrugada.
El fluido usado en la invención para soportar el
tubo durante la formación debe ser un material tal como un
polioxialquileno que tiene un peso molecular promedio de alrededor
de 200 a 600 y el cual es fluido a una temperatura alta suficiente
para ablandar la preforma tubular hasta un punto donde es fácilmente
formable, y también es fluido a una temperatura fría suficiente para
fraguar el artículo tubular en la configuración en forma de
serpentina tridimensional deseada; no tiene efecto deletéreo sobre
la capa interior del fluoropolímero; tiene bajo coeficiente de
expansión dentro de los rangos de temperatura empleados; y no se
pega a la superficie interior de la capa de fluoropolímero con lo
cual la cera puede ser fácilmente removida del tubo sin dejar
contaminantes en la superficie interior del tubo. El polietileno
glicol disponible de International Wax bajo el nombre de Carbowax
3350 ha sido descubierto que es particularmente útil como el fluido
para llevar a cabo la presente invención.
Es ventajoso el uso del mismo fluido para
soportar el tubo durante la etapa de calentamiento para permitir la
formación del tubo a la configuración deseada, y la etapa de
enfriamiento para fraguar la configuración del tubo.
Aunque el método de la presente invención puede
ser empleado para fabricar tubos que contienen una o más capas de
materiales similares o no similares, es preferiblemente empleado en
la fabricación de tubos que tienen una construcción
multi-capas y, lo más preferido, es que el método
sea usado en la fabricación de tubos que tienen dos capas de
material en las cuales la capa más interna es esencialmente
impermeable con respecto a las emisiones de hidrocarburos y la capa
más externa es esencialmente no reactiva con el medio ambiente
exterior, es decir, pueda soportar varios choques, fatiga a la
vibración, cambios de temperaturas y la exposición a materiales
degradantes y corrosivos a los cuales estaría expuesta a lo largo
del curso normal de operación de un vehículo de motor. Típicamente,
la capa exterior tiene un grosor que es mayor que el grosor de la
capa interior.
El tubo debe ser apropiado para el uso en
presencia de hidrocarburos tales como la gasolina, el gasohol, el
combustible diesel, etc., y cualquier componente que esta
normalmente asociado con tales hidrocarburos. El tubo debe operar
de manera efectiva dentro de una ambiente de temperatura a alrededor
de -40ºC hasta 121ºC (-40ºF hasta 250ºF) con una operación de
alrededor de -29ºC hasta 104ºC (-20ºF hasta 220ºF) siendo
preferida.
El método de la presente invención es aplicable
para la fabricación de estructuras tubulares que tengan una o más
capas y particularmente a aquellas estructuras tubulares que tienen
dos capas donde la capa interior del tubo esta compuesta de un
material elastómero o termoplástico. En el caso de una capa interior
elastomérica, cualquiera de los agentes de vulcanización usados
comúnmente pueden ser incluidos y el elastómero es curado o
vulcanizado durante la etapa de calentamiento de la presente
invención. Típicamente, la capa interior es un fluoropolímero
termoplástico conductor que exhibe excelente resistencia en las
mezclas de combustibles tipo gasolina convencionales, por ejemplo,
alcoholes, tales como el metanol y el etanol, los peróxidos, los
hidrocarburos de cadena corta y similares; y la capa exterior es un
polímero termoplástico, termoendurecible, elastomérico o híbrido
extrudable, procesable por fusión el cual es resistente a la
degradación ultravioleta, a los cambios extremos de temperatura, a
la exposición a peligros del medio ambiente tal como el cloruro de
zinc, y a la degradación, al contacto con los aceites y fluidos del
motor.
Típicamente, el fluoropolímero es un terpolímero
que contiene un fluoropolímero de alquileno, polímero hecho de
monómeros o un monómero de fluoro-olefina, y un
polímero o monómero de vinil fluoruro. Preferiblemente, la capa
interior del tubo es un terpolímero de tetrafluoroetileno,
hexafluoropropileno, y fluoruro de vinilideno. Un fluoroterpolímero
que se descubrió que es particularmente útil en la presente
invención está comercialmente disponible de Dyneon bajo en nombre de
Dyneon THV.
Típicamente la capa interior esta hecha para que
sea conductora en los tubos de combustible líquido y no conductora
en los tubos de retorno de vapor. La capa interior de los tubos de
combustible líquido, como es práctica común en la industria, es
hecha conductora para evitar la acumulación de electricidad estática
generada por el flujo del combustible a lo largo de la superficie
interior del tubo. El fluoropolímero es hecho conductor
incorporándole un material apropiado de una composición y forma
capaz de efectuar la disipación estática tal como el carbono, por
ejemplo, el negro carbono; el acero inoxidable; los metales
conductores superiores tales como el cobre, la plata, el oro, el
níquel, el silicio; organometales tales como los organo ziconatos y
los organo titanatos; y las mezclas de los mismos. Preferiblemente,
el material conductor es negro carbono. Aunque la cantidad de negro
carbono no es particularmente crítica, el exceso de negro carbono,
es decir, cantidades mayores que alrededor del 5%, tienden a hacer
el material difícil para el proceso. Los materiales conductores tal
como el negro carbono tienden a reducir o evitar que el THV se
adhiera a otros materiales normalmente usados para formar capas
adyacentes.
La capa exterior es un material polimérico al
cual la capa interior puede adherirse de manera segura. De manera
más precisa, la capa exterior polimérica es un polímero
termoplástico, termoendurecible, elastomérico o híbrido procesable
por fusión seleccionado del grupo que consiste de poliamida,
poliimida, poliuretano, polietileno de alta densidad, polietileno de
ultra alta densidad (UHDPE), polietileno clorado,
policlorometoxirano, caucho de butilo clorado, cloropreno,
clorosulfonopolietileno, terpolímeros de óxido de etileno de etileno
propileno dieno, copolímeros de etileno propileno, polisulfuro,
polifenolsulfuro, polisulfonas, resinas de
isobuteno-isopreno, polibutadieno, polímeros de
nitrilo-butadieno, caucho de estireno butadieno
(SBR), vulcanizados termoplásticos (TPV), olefinas termoplásticas
(TAO), caucho de fluoroelastómero (FKM), caucho vinil etileno
acrílico, caucho de epiclorohidrina, cloruro de polivinilo,
copolímeros de etileno propileno, o una poliolefina carboxil,
anhídrido, o imida funcional. Poliamidas tales como los nylons, por
ejemplo, nylon 6, nylon 6-6,
nylon-11, nylon-12 y nylon 21,
cuando están compuestos con una di- o poliamina, son particularmente
útiles como la capa exterior de la invención. La preparación de
polímeros no fluorados que contienen di- o poliamina está descrita
en la Pat. U.S. No. 5,658,670 de Minnesota Mining and Manufacturing
Company.
Claims (10)
1. Un método para fabricar un artículo tubular
curvo (10) donde dicho artículo tubular está compuesto de una
construcción termoplástica, termoendurecible, elastomérica, o
híbrida de un elastómero y un material termoplástico o
termoendurecible, dicho artículo tubular (10) teniendo una
configuración en forma de serpentina tridimensional predeterminada
donde dicho artículo exhibe una sección transversal y un espesor de
pared consistente de manera uniforme a través de la longitud de
dicho artículo, dicho método estando caracterizado por las
etapas de:
proporcionar una preforma tubular formable (22)
donde dicha preforma tubular está compuesta de una construcción
termoplástica, termoendurecible, elastomérica, o híbrida de un
elastómero y un material termoplástico o termoendurecible;
asegurar los extremos de dicha preforma (22) a
los miembros de acoplamiento respectivos (22, 26) de manera tal que
dicha preforma esté interpuesta de manera longitudinal entre dichos
miembros de acoplamiento, dichos miembros de acoplamiento (24, 26)
estando montados sobre lados opuestos de una base (36) de manera tal
que la tensión de alargamiento pueda ser colocada sobre dicha
preforma (22);
llenar el hueco interior de dicha preforma (22)
con un fluido caliente a una temperatura alta suficiente para
ablandar dicha preforma hasta un punto donde es formable, dicho
fluido estando a una presión suficiente que soporte la preforma;
aplicar presión mecánica (46) a la preforma que
contiene el fluido en una o más localizaciones específicas sobre la
superficie exterior de dicha preforma que contiene el fluido de
manera tal que dicha preforma es formada en una configuración
predeterminada;
remplazar el fluido caliente en dicha preforma
(22) con un fluido frío a una temperatura fría suficiente para
fraguar dicha preforma en la configuración deseada con lo cual la
configuración predeterminada de la preforma es fraguada; y
remover dicho fluido frío de dicha preforma
(22), siendo dicho fluido totalmente removido.
2. El método de la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho fluido caliente y dicho fluido
frío son de la misma composición, dicha composición siendo
polietileno glicol.
3. El método de la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho fluido caliente está a una
temperatura de hasta 188ºC (370ºF), dicha presión suficiente para
soportar dicha preforma es de alrededor de 1,034 \cdot 10^{5} Pa
hasta 1,379 \cdot 10^{5} Pa (15 a 20 psig), y dicho fluido
frío está a una temperatura de alrededor de -1 a 2ºC (30 a
35ºF).
4. El método de la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho artículo tubular curvo (10) es un
tubo para el llenado de combustible de un automóvil que tiene una
sección transversal circular de alrededor de 1.27 a 6.35 cm (0.5 a
2.5 pulgadas).
5. El método de la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha preforma (22) es una estructura
multi-capas que comprende una capa tubular interior
(12) compuesta de un fluoropolímero termoplástico o elastomérico y
una capa tubular exterior (14) compuesta de un polímero
termoplástico, termoendurecible, elastomérico o híbrido procesable
por fusión seleccionado del grupo que consiste de poliamida,
poliimida, poliuretano, una poliolefina carboxil, anhídrido o imida
funcional, polietileno de alta densidad, polietileno de ultra alta
densidad (UHDPE), polietileno clorado, policlorometoxirano, caucho
de butilo clorado, cloropreno, clorosulfonopolietileno, terpolímeros
de óxido de etileno de etileno propileno dieno, copolímeros de
etileno propileno, polisulfuro, polifenolsulfuro, polisulfonas,
resinas de isobuteno-isopreno, polibutadieno,
polímeros de nitrilo-butadieno, caucho de estireno
butadieno (SBR), vulcanizados termoplásticos (TPV), olefinas
termoplásticos (TAO), caucho de fluoroelastómero (FKM), caucho de
vinil etileno acrílico, caucho de epiclorohidrina, cloruro de
polivinilo y copolímeros de etileno propileno.
6. El método de la reivindicación 5,
caracterizado porque dicha preforma (22) es una estructura
tubular de dos capas que comprende una capa tubular interior (12)
compuesta de un terpolímero fluorotermoplástico, conductor,
extrudable que comprende unidades interpolimerizadas derivadas del
tetrafluoroetileno, del hexafluoropropileno y del fluoruro de
vinilideno; y una capa tubular exterior de una poliamida de di- o
poliamina modificada procesable por fusión seleccionada del grupo
que consiste de nylon 6, nylon 6-6,
nylon-11 y nylon-12, dicha capa
exterior (14) teniendo un grosor el cual es mayor que el grosor de
dicha capa interior (12).
7. El método de la reivindicación 6,
caracterizado porque dicho terpolímero fluorotermoplástico
conductor contiene hasta alrededor de 5% en peso de un material
conductor seleccionado del grupo que consiste de negro carbono,
cobre, plata, oro, níquel, silicio, organo titanato, organo ziconato
y mezcla de los mismos.
8. El método de la reivindicación 6,
caracterizado porque dicha capa interior (12) tiene un grosor
de alrededor de 0.010 a 0.025 cm (0.004 a 0.010 pulgadas) y dicha
capa exterior (14) tiene un grosor de alrededor de 0.076 a 0.254 cm
(0.030 a 0.100 pulgadas).
9. El método de la reivindicación 1,
caracterizado porque el paso de aplicar dicha presión
mecánica (46) a la preforma que contiene el fluido (22) comprende
contactar de manera tangencial dicha preforma en dichas una o más
localizaciones separadas a lo largo de su longitud e intermediar los
extremos de la preforma que contiene dicho fluido (22) con uno o más
elementos de bobina (46), dichos elementos de bobina teniendo un
reborde acanalado que conforma la circunferencia exterior de dicha
preforma (22), donde dichos elementos de bobina (46) son capaces de
ser accionados de manera independiente en las direcciones "X",
"Y", y "Z" y rotados de manera axial hasta 90º de manera
que disponga a dicha preforma (22) en una configuración en forma de
serpentina tridimensional predeterminada mientras mantiene una
sección transversal circular consistente.
10. Un método de la reivindicación 1,
caracterizado
porque el tubo termoplástico (10) tiene una
configuración en forma de serpentina tridimensional predeterminada
donde dicho tubo exhibe una sección transversal circular de
alrededor de 1.27 a 6.35 cm (0.5 a 2.5 pulgadas) de manera uniforme
a través de la longitud de dicho tubo;
porque dicha preforma comprende una capa tubular
interior (12) compuesta de un terpolímero fluorotermoplástico,
conductor, extrudable que comprende unidades interpolimerizadas
derivadas del tetrafluoroetileno, del hexafluoropropileno y del
fluoruro de vinilideno; y una capa tubular exterior (14) compuesta
de una poliamida de di- o poliamina modificada procesable por
fusión seleccionada del grupo que consiste de nylon 6, nylon 6.6,
nylon-11 y nylon-12, dicha capa
interior (12) teniendo un grosor de alrededor de 0.013 a 0.018 cm
(0.005 a 0.007 pulgadas) y dicha capa exterior (14) teniendo un
grosor de alrededor de 0.114 cm (0.045 pulgadas); y
porque dicha presión mecánica (46) es aplicada a
la superficie exterior de la preforma que contiene el fluido (22) en
una o más localizaciones separadas a lo largo de su longitud e
intermediar los extremos de la preforma que contiene dicho fluido
(22) con uno o más elementos de bobina (46), dichos elementos de
bobina teniendo un reborde acanalado que conforma la circunferencia
exterior de dicha preforma (22), donde dichos elementos de bobina
(46) son capaces de ser accionados de manera independiente en las
direcciones "X", "Y", y "Z" y rotados de manera axial
hasta 90º de manera que disponga a dicha preforma (22) en una
configuración en forma de serpentina tridimensional predeterminada
mientras mantiene una sección transversal circular consistente.
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