ES2287585T3 - Tubo de espuma polimerica para aislamientos de tuberia y metodos para producir continuamente tal un tubo. - Google Patents

Abstract

Un tubo de espuma polimérica para aislamiento de tuberías, en donde el tubo tiene una superficie externa y una superficie interna la última se suministra con una capa adicional unida de forma adhesiva caracterizado porque la capa de adicional es una capa de fibras que - consiste de un material que tiene una temperatura de fusión que es mayor que aquella de la espuma polimérica, - se une de forma adhesiva a la superficie interna de tal manera que se levanta de la superficie interna, - se distribuye sustancial y uniformemente sobre la superficie interna suministrando un cubrimiento de superficie de 2 a 20 por ciento, preferiblemente 4 a 10 por ciento, y - tiene una densidad lineal de 0, 5 a 25 dtex y una longitud de 0, 2 a 5 mm.

Description

Tubo de espuma polimérica para aislamientos de tubería y métodos para producir continuamente tal tubo.

La invención se relaciona con tubo de espuma polimérica para aislamiento de tuberías, en donde el tubo tiene una superficie externa y superficie interna la última está provista con una capa adicional unida de forma adhesiva, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

La invención adicionalmente se relaciona con un método para producir continuamente un tubo de espuma polimérica para aislamiento de tuberías, en donde el tubo de espuma polimérico se extrude suministrando una superficie externa e interna, el tubo extruido se ranura axialmente desde su superficie externa a su superficie interna, el tubo ranurado se extiende a la forma de una placa, una capa adhesiva se aplica a la superficie interna expuesta del tubo extendido a la forma de una placa, una capa adicional se aplica a la capa de adhesivo y se une a esta, y el tubo extendido se regresa a su forma de tubo antes de ser ranurado con el cierre de la ranura axial del tubo recubierto con la capa de adhesivo y la capa de adicional, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 4.

Tal un tubo de espuma polimérica y el método para su producción continua se describe en la EP 1 208 962 A1. La capa de adicional consiste de un material que actúa como una capa deslizante, si se inserta un tubo dentro del tubo de aislamiento. La capa adicional se puede reforzar por fibras o puede consistir de un material de lámina espumado por ejemplo polipropileno.

De acuerdo con las etapas de producción mencionadas anteriormente, el tubo con la capa de adicional en su superficie interna tiene en su estado final una conexión óptima de su cara ranurada, cuyas caras se conectan por soldeo o pegado en donde el tubo tiene la misma forma original como cuando las caras estaban ranuradas o cortadas.

Las espumas de aislamiento polimérico se pueden producir de numerosas formas, de las cuales la extrusión de espuma es una de las tecnologías más ampliamente utilizadas, y conocidas. La formación de espuma en una extrusión puede ser el resultado de un proceso físico o un proceso de soplado químico. En el proceso de soplado físico se mezcla un gas volátil con un polímero, y la mezcla se expande rápidamente cuando esta sale del extrusor a la presión ambiente. En el proceso de soplado químico el gas volátil se forma por reacción química, que puede ser el resultado de la degradación de un aditivo, u originado directamente por la reacción de polimerización.

Una de las desventajas de las espumas poliméricas es la resistencia térmica de estas. Típicamente todas las espumas colapsan cerca del punto de fusión del polímero de matriz, y por lo tanto ellas son muy limitadas en términos de temperatura de servicio. En el aislamiento de tuberías, el punto crítico es el contacto con la tubería, y si este contacto se puede disminuir, se obtendría una resistencia térmica mejorada. En tal un caso es necesario que la capa que se utiliza para aislar la tubería de la espuma tenga una alta resistencia térmica y una baja conductividad térmica. Por definición la alta resistencia térmica se necesita, y aquí una selección del material de capa juega un papel importante. Una baja conductividad térmica de otra parte no es una tarea fácil, en razón a que la conductividad térmica de los materiales típicos es mucho mayor que la deseada.

También en el caso de ciertas combinaciones de tubería-espuma, por ejemplo cobre (Cu), y polipropileno, la degradación de la espuma se puede observar debido a la reacción química en la interfaz.

La DE 196 35 214 A1 describe un material de aislamiento de lámina multicapa para aislar el calor y el sonido. El material tiene al menos dos capas de separación hechas de un material flexible, tal como láminas, telas no tejida papel o similares y elementos espaciadores entre las capas de separación. Los elementos espaciadores se forman por fibras espaciadoras que se orientan perpendiculares a las capas de separación. Uno de los extremos de las fibras espaciadoras se unen adhesivamente a una capa de separación en montones de fibras paralelas, que amontonadas están dispuestas en una distancia la una de la otra y de acuerdo con un patrón preescrito. Los otros extremos de las fibras espaciadoras entran en contacto con la otra capa de separación que descansa en los otros extremos de fibra. La función de la fibra es mantener la distancia entre las dos capas de separación bajo la condición de mantener la conducción de calor entre las dos capas de separación tan cercana como sea posible a aquella del aire incluido.

Es el objeto de la invención suministrar un tubo de espuma polimérico producido preferiblemente de forma continua para aislamiento de tubería que tienen una conductividad térmica y resistencia térmica mejorada y son capaces de tomar aislamiento de tubería dentro de un rango predeterminado de diámetros externos.

Este objeto se obtiene con un tubo de espuma polimérico de la clase genérica en la que la capa adicional es una capa de fibra que consiste de un material que tiene una temperatura de fusión que es mayor que aquella de la espuma polimérica, que se une adhesivamente a la superficie interna tal como para levantarse de la superficie interna, que son sustancialmente y uniformemente distribuidas sobre la superficie interna que suministra un cubrimiento de superficie de 2 a 20 por ciento, preferiblemente 4 a 10 por ciento, y que tiene una densidad lineal de 0,5 a 25 dtex y una longitud de 0, 2 a 5 mm.

El objeto se obtiene con el método de la clase genérica en que la capa adicional se hace de fibras que tienen una densidad lineal de 0,5 a 25 dtex, una longitud de 0,2 a 5 mm, y una temperatura de fusión que es mayor que aquella de la espuma polimérica, al ajustar las superficies internas expuestas del tubo extendido a un fondo potencial y al cargar electrostáticamente las fibras de tal forma que uno de sus extremos se pegue a la capa adhesiva con un cubrimiento de superficie uniforme de 2 a 20 por ciento, preferiblemente 4 a 10 por ciento, mientras que el otro extremo se levanta de este.

Preferiblemente las fibras se extienden sustancialmente en una dirección radial del la superficie interna.

Ventajosamente las fibras son fibras poliméricas y pueden consistir de poliamida o polipropileno, mientras que de otra parte también se pueden utilizar fibras de carbono o vidrio, aramida, viscosas.

Los tubos de espuma polimérica se pueden hacer de resinas elastoméricas, de termocurado, termoplásticas.

El tubo de espuma polimérica de acuerdo con la invención tiene propiedades superiores cuando se comparan con un producto de espuma polimérico, y están destinadas a ser utilizadas para aislamiento de tubería. Por ejemplo la conductividad térmica (valor lambda) es menor, el producto puede soportar temperaturas de tubería mucho mayores, y es fácil de instalar. Adicionalmente, al preparar la capa adicional con selección cuidadosa del diámetro y longitud de fibra,
el producto se puede utilizar también para varios tamaños de tuberías debido la compresibilidad de la capa interior.

El tubo se hace de espuma polimérica típica, que se extrude utilizando equipo de extrusión de espuma común. Luego en un proceso en línea el tubo de espuma extruido se ranura y desdobla, y se aplica un adhesivo sobe la superficie interna. Después de eso se carga directa y eléctricamente, se introducen fibras de polímero cortas y delgadas al adhesivo. Después de la cura del adhesivo, las fibras se unen permanentemente al tubo de aislamiento con sus propios extremos y levantados de la superficie.

Como la superficie del tubo solo se cubre parcialmente con las fibras, la capa interna tiene en su mayoría aire. La conductividad térmica de la capa está por debajo del tubo de aislamiento, reduciendo por lo tanto el valor de conductividad térmico el tubo de aislamiento. Por lo tanto, en razón a que las fibras pequeñas se hacen de un material, preferiblemente polimérico, que tiene una temperatura alta de fusión, y la conductividad térmica es baja, la temperatura de servicio se reduce significativamente de aquella de la espuma de aislamiento general.

La capa de adhesivo puede ser de cualquier clase de adhesivo sensible a la presión, por ejemplo un tipo de adhesivo de fusión por calor o un pegamento de dispersión, y se considera significativo en términos de su contribución al espesor y propiedades mayores.

Por vía de ejemplo la invención se describe adicionalmente con referencia a los dibujos acompañantes en los que

La figura 1 muestra una sección transversal de un tubo de espuma polimérico de acuerdo con la invención,

La figura 2 describe en una gráfica el efecto del espesor de la capa de fibra sobre la conductividad térmica total del tubo de espuma polimérico de acuerdo con la invención y

La figura 3 muestra un esquema de flujo del método para producir continuamente un tubo de espuma polimérico de acuerdo con la invención.

La figura 1 muestra un tubo elastomérico 13 de una espuma polimérica que tiene una superficie externa 11 y una superficie interna 12. En la superficie interna 12 se suministra una capa adhesiva delgada 20 que soporta uno de los extremos de las fibras de una capa de fibra 30. La fibra se extiende radial y sustancialmente desde la capa adhesiva. Las fibras referida son fibras poliméricas, la temperatura de fusión de ellas es mayor que aquellas de la espuma polimérica. Las fibras se seleccionan para una longitud y densidad lineal sustancialmente similar y cubren la superficie interna 12 con la capa adhesiva 20 en una distribución uniforme sobre la superficie con un cubrimiento de 2 a 20 por ciento, si la superficie interna completa 12 es el 100 por ciento.

Como se muestra en la Figura 3, el tubo de aislamiento 13 se hace de una espuma polimérica y en un proceso en línea. El producto similar a tubo (41) extruido se ranura primero (42) y se desdobla (43), después de lo cual se suministra un adhesivo (44) sobre la superficie interna 12 con equipo de pegado especialmente diseñado. Después de eso la dirección en línea las fibras de polímero corto y delgado se cargan eléctricamente primero (45) después de lo cual se retiran a la superficie de la espuma cubierta con adhesivo que actúa como un fondo para la electricidad (46). Luego de la cura (47) del adhesivo, las fibras se unen permanentemente al tubo de aislamiento. Debido a la carga eléctrica las fibras se colocan uniformemente sobre la superficie pegada con uno de sus extremos al adhesivo y se extiende con su otro extremo sustancialmente vertical a la superficie de la espuma cubierta con adhesivo que llega a estar en una dirección radial, si el tubo desdoblado (43) regresa a su forma original esta etapa se lleva a cabo después de curado (47) y no se muestra en la figura 3. La recuperación de la forma de tubo junto con la ranura o corte a través de la cara se describe en la EP 1 208 962 A1. El cubrimiento de la superficie de las fibras está en el rango de 2 a 10 por ciento. El grado de cubrimiento se define con base en las propiedades deseadas del producto y en el tipo de fibra seleccionado.

El adhesivo es un solvente basado en pegante por rociado comercial y las fibras tienen 6,6 dtex y una longitud de 1,0 mm. Ambas, una muestra virgen y una muestra cubierta con fibra se miden para un valor de conductividad térmico promedio. La Tabla 1 muestra el resultado de este ensayo.

TABLA 1 Conductividad térmica de lámina elastomérica virgen comparada con una lámina de la invención después de curado (47)

100

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Se muestra que la conductividad térmica promedio de la lámina se reduce cuando tal una capa se utiliza dentro del tubo, en este caso se reduce al 0,0014 W/m^{2}K. Sin embargo uno tiene que tener en cuenta el error experimental que es de aproximadamente 0,006 en este caso, pero antes de probar adicionalmente su dificultad para predecir cuanta conductividad térmica se mejorará con fibras más largas y gruesas. El efecto del espesor y longitud, así como también aquel del grado de cubrimiento, también se incluye. Se asume que la mayoría del efecto viene del sinergismo entre el aislamiento y la capa de fibra, debido a que la capa sola no se ha mostrado por tener conductividad térmica de aproximadamente 0,030 W/m^{2}K. En este caso el valor para la capa parece ser más cercano 0,010 a 0,15 W/m^{2}K. El sistema se considera que tiene dos capas de materiales diferentes de propiedades de material diferentes, a saber lambda 1 y lambda 2 en la figura 2, y espesor. El espesor de la capa de fibra 30 en la figura 2 se considera igual a la longitud de la fibra.

La mayoría de espumas poliméricas tienen una ventana de temperatura de servicio limitada diferente debido a la fusión de la fase primaria. Cuando las fibras se hacen de material polimérico que tiene una alta temperatura de fusión (T_{m1} en la figura 2), y como la capa actúa como aislamiento, la temperatura T_{m2} en la espuma es significativamente menor que en la superficie de la tubería. Los primeros ensayos con espumas de polietileno han mostrado que como la espuma PE virgen se funde en un tubo a 113ºC, un tubo protegido con una capa de fibra aún no se pega a la tubería a esa temperatura.

En algunos casos la espuma o la tubería en si misma han mostrado descoloramiento o degradado. Por ejemplo una espuma de polipropileno (PP) se degrada en la presencia de Cobre (Cu), de tal manera que el producto no se puede utilizar para aislar tuberías de cobre. Los ensayos han mostrado que la espuma PP virgen alrededor de las tuberías de Cu empieza a degradarse a 123ºC ya después de un día. Mientras que no se observa signo de degradación en la superficie de la fibra recubierta con espuma después de dos días. Los resultados muestran que la resistencia se mejoró significativamente. Las fibras suministran una barrera adicional entre el cobre y el polipropileno, y por lo tanto no se inicia la degradación.

También en la presencia de retardantes de llama, que son bastante utilizados a menudo en la industria de aislamiento, algunas tuberías poliméricas se pueden decolorar (tornarse amarillenta) debido a la reacción química en la interfaz. También en este caso las fibras suministran protección adicional para ambas formas.

Dependiendo del tipo de fibra, la capa de fibra puede variar de muy suave y flexible a muy dura y áspera. En el caso de la capa suave y flexible, la capa suministra un coeficiente de fricción mucho menor y por lo tanto la hace mucho más fácil de deslizar en la tubería. Adicionalmente, esta puede permitir al usuario final utilizar un tamaño de tubo de aislamiento de dos o más tamaños diferentes de tubería, reduciendo el número de tubos de aislamiento necesarios.

Ejemplo

Un tubo de polietileno que tiene un diámetro interno de 34 mm y un espesor de pared de 10 mm se extrude utilizando isobuteno como un agente de soplado físico. El producto se enfría durante un minuto antes de ranurado en línea (42), después de lo cual se aplica un adhesivo (44) utilizando una boquilla diseñada especialmente para recubrimientos. Inmediatamente después de aplicación (44) del adhesivo, las fibras de poliamida de 22 dtex y 3 mm de longitud se cargan electrostáticamente (45) utilizando un equipo adecuado. Después del curado del adhesivo la etapa final del proceso, cerrando el tubo, se hace utilizando boquillas de aire caliente a 350ºC para fundir los dos lados juntos nuevamente. El producto final, un tubo cubierto de fibra internamente que tiene un diámetro interno de 28 mm y un espesor de pared de 13 mm, con conductividad térmica y resistencia a la temperatura mejoradas se empacan en piezas de dos metros de tubo.

Claims (4)

1. Un tubo de espuma polimérica para aislamiento de tuberías, en donde el tubo tiene una superficie externa y una superficie interna la última se suministra con una capa adicional unida de forma adhesiva caracterizado porque la capa de adicional es una capa de fibras que

- consiste de un material que tiene una temperatura de fusión que es mayor que aquella de la espuma polimérica,

- se une de forma adhesiva a la superficie interna de tal manera que se levanta de la superficie interna,

- se distribuye sustancial y uniformemente sobre la superficie interna suministrando un cubrimiento de superficie de 2 a 20 por ciento, preferiblemente 4 a 10 por ciento, y

- tiene una densidad lineal de 0,5 a 25 dtex y una longitud de 0,2 a 5 mm.

2. Un tubo de espuma polimérica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que las fibras se extienden sustancialmente en una dirección radial desde la superficie interna.

3. Un tubo de espuma polimérica de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado en que las fibras son fibras poliméricas.

4. Un método para producir continuamente un tubo de espuma polimérico para aislamiento de tuberías, en donde

- el tubo de espuma polimérico se extrude, suministrando una superficie interna y una superficie externa,

- el tubo extruido se ranura axialmente desde su superficie externa a su superficie interna,

- el tubo ranurado se expande a la forma de una placa,

- una capa de adhesivo se aplica a la superficie interna expuesta del tubo expandido a la forma de una placa,

- una capa adicional se aplica a la capa de adhesivo y se une a esta,

- el tubo expandido se regresa a su forma de tubo antes de ser ranurado cerrando la ranura axial del tubo recubierto con la capa adhesiva y la capa de adicional

caracterizado porque la capa de adicional se hace

- de fibras que tienen una densidad lineal de 0,5 a 25 dtex, una longitud de 0,2 a 5 mm y una temperatura de fusión que es mayor que aquella de la espuma polimérica,

- al ajustar la superficie interna del tubo expandido recubierto con la capa adhesiva a un potencial de fondo, y

- al cargar electrostáticamente las fibras de tal forma que unos extremos se pegan a la capa adhesiva con un cubrimiento de superficie uniforme de 2 a 20 por ciento, preferiblemente 4 a 10 por ciento, mientras que los extremos se levantan desde esta.