ES2901751T3

ES2901751T3 - Tuberías de material compuesto de matriz polimérica reforzada con fibra

Info

Publication number: ES2901751T3
Application number: ES15716856T
Authority: ES
Inventors: Graeme Hyson
Original assignee: Sigma Prec Components Uk Ltd
Current assignee: Sigma Prec Components Uk Ltd
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2022-03-23
Anticipated expiration: 2035-02-18
Also published as: WO2015124924A1; GB201402891D0; US10279553B2; GB2523204B; US20170066209A1; GB2523204A; EP3107718B1; EP3107718A1

Abstract

Un método para fabricar una tubería de material compuesto rígido impermeable a los fluidos (10) que comprende las etapas de: a. proporcionar un mandril de soporte (15) que se conforma para definir un orificio de la tubería; b. colocar sobre la superficie circunferencial exterior del mandril una o más primeras cintas (14) hechas de un material termoplástico para crear así una primera región (11) que es predominantemente material termoplástico adyacente al orificio de la tubería; c. proporcionar una pluralidad de estopas (16) que comprenden fibras de refuerzo y filamentos termoplásticos entremezclados; d. tejer una pluralidad de las estopas para formar una o más trenzas circulares (19) y colocar una o más de las trenzas circulares sobre la primera capa para formar una segunda región; e. aplicar a la superficie exterior de la segunda región (12) una capa termocontráctil (13); f. calentar el producto de las etapas (b) a (e) sobre el mandril a una primera temperatura a la que los materiales termoplásticos de una o más cintas y las estopas se funden, y la capa termocontráctil se contrae radialmente hacia dentro para consolidar el material termoplástico fundido para formar una matriz termoplástica en la que se incrustan las fibras de refuerzo, y se forma una región rica en termoplástico en el orificio de la tubería; y, g. permitir que la tubería se enfríe para que forme una tubería autoportante.

Description

DESCRIPCIÓN

Tuberías de material compuesto de matriz polimérica reforzada con fibra

Esta invención se refiere a las tuberías de material compuesto de matriz polimérica reforzada con fibras impermeables a los fluidos y a los métodos de fabricación de dichas tuberías.

En esta memoria descriptiva, el término "tubería de material compuesto" se refiere a una tubería o tubo huecos hechos de una matriz termoplástica en la que se incrustan fibras de refuerzo.

Dentro de las industrias aeronáutica, marina y automotriz, existe la necesidad de poder sustituir tuberías metálicas y de metal por tuberías rígidas mucho más ligeras que sean impermeables a los fluidos incluso cuando se transportan fluidos a presiones extremadamente altas. La presente invención propone nuevas tuberías de material compuesto reforzado con fibra que no solo son impermeables a los fluidos para evitar fugas de fluidos dentro de la tubería a través de la pared de la tubería, sino que también son impermeables a los fluidos que penetran a través de la pared de la tubería en el orificio de la tubería.

Aunque se muestra, por ejemplo, en el documento US 3.918.499 cómo formar mangueras flexibles y resistentes a desplome a partir de materiales poliméricos termoendurecibles, a fin de sustituir las tuberías metálicas y de metal en aquellas aplicaciones en las que se utilizan tuberías metálicas, dichas tuberías de material compuesto deben tener suficiente resistencia estructural para ser autoportantes y ser impermeables para ser totalmente intercambiables por tuberías metálicas y de metal sin perjudicar la resistencia o funcionalidad de la tubería. Hasta ahora, es poco común fabricar tuberías de matriz polimérica reforzada con fibra que se puedan conformar y doblar en una máquina dobladora de tuberías típica para que adopten formas que sean factibles con tuberías metálicas y de metal.

Convencionalmente, las telas trenzadas circulares se forman como una estructura tubular hueca sin ningún soporte interno, o se forman tejiendo las hebras trenzadas sobre un mandril temporal central. En la presente invención se utiliza un mandril de soporte central temporal como se explicará a continuación.

Una máquina trenzadora circular convencional consiste típicamente en dos juegos de un número par de carretes que llevan los hilos de trenzado. Un juego de carretes rota alrededor de un eje central común en sentido horario, mientras que el otro juego rota alrededor del mismo eje en el sentido antihorario. Mientras giran en sentidos opuestos, los carretes de cada juego se desvían para pasar alternativamente dentro y fuera de una o más de las hebras del otro juego, de modo que las hebras de trenzado pasen alternativamente por debajo y por encima de una o más de las hebras del otro juego. De esta manera, los dos juegos de hebras o hilos de trenzado se cruzan, produciendo así una trenza tubular.

Tramos de la trenza se recogen del mandril en una dirección que se extiende a lo largo del eje de rotación común de los dos juegos de carretes. Las trenzadoras circulares a menudo se llaman "Trenzadoras de mayo" ya que su movimiento es similar al trenzado formado en un mayo durante un baile de mayo. Los ángulos helicoidales de las hebras que se colocan en el mandril de soporte determinan la tensión o la holgura del tejido formado durante el trenzado.

Ha habido numerosas propuestas para fabricar mangueras flexibles reforzadas con fibra, como mangueras de agua y mangueras hidráulicas, pero en general estas no son lo suficientemente rígidas como para sustituir las tuberías metálicas rígidas y no son adecuadas para doblar en una máquina dobladora de tuberías multieje del tipo utilizado para doblar tuberías metálicas a una forma autoportante.

Un objeto de la presente invención es poder formar una tubería termoplástica rígida autoportante que esté reforzada con una o más telas de refuerzo trenzadas circulares y que tenga una región impermeable a los fluidos adyacente a, o que forme, el orificio de la tubería que es predominantemente un material termoplástico. En esta realización de la invención, es posible producir una tubería que pueda doblarse en una máquina dobladora de tuberías del tipo utilizado para doblar tuberías metálicas y de metal sin que la tela trenzada se vuelva permeable a los fluidos o porosa durante el proceso de doblado de tuberías.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para fabricar una tubería termoplástica rígida autoportante que se refuerza con una o más telas de refuerzo trenzadas circulares incrustadas en una matriz termoplástica, utilizando cintas precursoras novedosas para formar una región impermeable a los fluidos adyacente al orificio de la tubería y nuevas estopas de filamentos termoplásticos entremezclados y fibras de refuerzo que se pueden comprimir para consolidar la matriz termoplástica utilizando una capa exterior termocontráctil.

Otro objeto de la presente invención es poder formar una tubería termoplástica rígida autoportante que se refuerza con tejido de refuerzo trenzado circular incrustado en una matriz termoplástica, utilizando cintas precursoras novedosas como hebras de trenzado para producir una tubería que sea capaz de doblarse en una máquina dobladora de tuberías del tipo utilizado para doblar tuberías metálicas sin que la tela trenzada se vuelva permeable a los fluidos o porosa durante el proceso de doblado de tuberías. En particular, un objeto de la presente invención es poder fabricar tuberías impermeables a los fluidos reforzadas con fibras que se puedan conformar y formar en una máquina dobladora de coordenadas de tres ejes modificada que se usa típicamente para doblar tuberías metálicas.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una tubería de material compuesto termoplástico que tenga una región impermeable a los fluidos al menos en el orificio de la tubería que sea predominantemente de material termoplástico.

Un objeto adicional es proporcionar una tubería de material compuesto que sea intercambiable con tuberías metálicas o de metal en la mayoría de circunstancias en las que se utilizan tuberías o tubos metálicos y de metal.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para fabricar una tubería de material compuesto rígido impermeable a los fluidos que comprende las etapas de:

a. proporcionar un mandril de soporte que se conforma para definir un orificio de la tubería;

b. colocar sobre la superficie circunferencial exterior del mandril una o más primeras cintas hechas de un material termoplástico para crear así una primera región que es predominantemente material termoplástico adyacente al orificio de la tubería;

c. proporcionar una pluralidad de estopas que comprenden fibras de refuerzo y filamentos termoplásticos entremezclados;

d. tejer una pluralidad de las estopas de una o más trenzas circulares y colocar una o más de las trenzas circulares sobre la primera capa: para formar una segunda región;

e. aplicar a la superficie exterior de la segunda región una capa termocontráctil;

f. calentar el producto de las etapas (b) a (e) sobre el mandril a una primera temperatura a la que los materiales termoplásticos de una o más cintas y las estopas se funden y la capa termocontráctil se contrae radialmente hacia dentro para consolidar el material termoplástico fundido a formar una matriz termoplástica en la que se incrustan las fibras de refuerzo y se forma una región rica en termoplástico impermeable a los fluidos en el orificio de la tubería; y,

g. permitir que la tubería se enfríe para formar una tubería autoportante.

Preferiblemente, el método comprende las etapas adicionales de colocar al menos una región de la tubería fabricada en la etapa (g) en un medio de calentamiento, calentar al menos una región de la tubería a una temperatura a la que la matriz termoplástica se ablanda sin que la tubería se desplome, fabricar la región caliente de la tubería a un estado terminado deseado, y permitir que la tubería se enfríe para mantener su estado final

La etapa de fabricar la tubería hasta el estado terminado puede comprender colocar la tubería de la etapa (g) en una máquina dobladora de tuberías multieje que tiene un medio de calentamiento, calentar al menos una región de la tubería a doblar a una temperatura a la que la matriz termoplástica se ablanda sin que la tubería se desplome, doblar la tubería calentada a la forma deseada y permitir que la tubería se enfríe para mantener su forma doblada.

Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona una tubería de material compuesto rígido impermeable a los fluidos según la reivindicación 10.

En las reivindicaciones adjuntas se establecen diversas preferencias o alternativas.

La presente invención se describirá ahora a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: La Figura 1 es una vista en sección transversal de una tubería o tubo fabricado de acuerdo con la presente invención: La Figura 2 muestra esquemáticamente un proceso de devanado de filamento convencional para devanar una primera cinta precursora sobre un mandril para formar una región de la tubería mostrada en la Figura 1 adyacente al orificio de la tubería;

La Figura 3 muestra esquemáticamente una máquina trenzadora circular o de palo de mayo convencional para fabricar la región reforzada con fibra de la tubería mostrada en la Figura 1 de la presente invención;

La Figura 4 muestra esquemáticamente un proceso de devanado de filamento convencional para devanar una cinta termocontráctil en el exterior de la región reforzada con fibra de la tubería de acuerdo con la presente invención; La Figura 5 muestra esquemáticamente una máquina dobladora de tuberías convencional para doblar una tubería modificada para proporcionar una zona de calentamiento para calentar la tubería mostrada en la Figura 1 para ablandar la matriz termoplástica y permitir que la tubería se doble; y,

La Figura 6 muestra esquemáticamente una tubería fabricada de acuerdo con la presente invención después de haber sido doblada en la máquina dobladora de tuberías de la Figura 5.

Con referencia a la Figura 1, se muestra esquemáticamente una vista en sección transversal de una tubería de material compuesto rígido estanco a los fluidos 10 o tubo fabricado de acuerdo con la presente invención. En el estado terminado, la tubería 10 tiene una estructura de pared que comprende una región 11 de material 100 % termoplástico que define el orificio de la tubería (y constituye una capa impermeable a los fluidos), rodeada por una zona circunferencial 12 que se hace predominantemente de una tela reforzada con fibra trenzada incrustada en una matriz termoplástica. El diámetro exterior de la tubería en el presente ejemplo está entre 6 mm (0,25 pulgadas) y 50 mm (2,0 pulgadas). Claramente, la invención no se restringe a esta gama de tamaños, y el diámetro máximo depende totalmente del tamaño y el diseño de la máquina trenzadora circular.

En la Figura 1 se muestra una capa exterior 13 formada por un material termocontráctil que se utiliza durante el proceso de fabricación para comprimir y consolidar la matriz termoplástica como se explica a continuación. La capa 13 se retira preferiblemente de la tubería después de que se haya fabricado, pero se puede dejar en su lugar si se desea. En la Figura 1, las diferentes regiones 11 y 12 se muestran como zonas distintas para mayor claridad, pero cuando la capa termocontráctil 13 se calienta para consolidar la matriz termoplástica, las dos regiones 11 y 12 se fusionan en la interfaz entre ellas.

La tubería 10 se fabrica de manera efectiva en dos etapas, a saber, en primer lugar, formando una tubería semirrígida en estado "verde" sin terminar que es autoportante, y luego fabricando la tubería en la forma terminada, como, por ejemplo, al hacer una tubería doblada de material compuesto para sustituir una tubería de metal doblada, utilizando una máquina dobladora de tuberías multieje modificada. La máquina dobladora de tuberías se modifica para proporcionar un medio de calentamiento operable para calentar la tubería 10 al menos en la región en la que se va a doblar la tubería para ablandar el material termoplástico y permitir que la tubería tenga la forma deseada. Los medios de calentamiento pueden comprender herramientas de doblado calentadas, calentadores radiantes, calentadores por inducción (en este caso las fibras de refuerzo son aquellas que son susceptibles al calentamiento por inducción, (como por ejemplo fibras de carbono)), por calentadores de infrarrojos, o por dispositivos de calentamiento por ultrasonidos o de alta frecuencia. Cuando la tubería 10 se dobla a la forma deseada, se deja enfriar la tubería 10 para que mantenga la forma formada.

En los extremos de la tubería se forman acoples de extremo (no mostrados) para conectar la tubería o tubo a otras tuberías o tubos (ya sean tuberías o tubos de metal o de material compuesto), u otras estructuras. Esto se hace preferiblemente cuando la tubería está en el estado "verde", pero se puede hacer cuando esté terminada. Un método para formar los acoples de extremo se describe en nuestro documento de solicitud de patente británica GB1412515.7 en tramitación con la presente.

El método para formar la tubería 10 comprende las etapas de devanar una cinta termoplástica 11 (o una estopa de filamentos termoplásticos) en forma helicoidal sobre un mandril temporal 15 usando una máquina devanadora de filamentos convencional 1 que tiene un carrete 2 para llevar la cinta 11 (o estopa) montado en un carro (no mostrado) que se desplaza hacia delante y hacia atrás a lo largo de un eje paralelo a la longitud del mandril 15.

En lo sucesivo, el término "cinta", cuando se hace referencia a la cinta 11, pretende cubrir una estopa de filamentos o fibras termoplásticos, así como una cinta hecha de un material termoplástico. La cinta 11 comprende un 100 % de material termoplástico (o una mezcla de materiales termoplásticos) que se devana helicoidalmente bajo tensión sobre un mandril temporal 15 resistente al calor. El mandril 15 se conforma y dimensiona para formar el orificio de la tubería 10 terminada.

En el presente ejemplo, el mandril 15 tiene una sección transversal circular con un diámetro de 17 mm (0,75 pulgadas). La forma en sección transversal del mandril 15 podría ser ojival, ovalada o elíptica, siempre que la cinta 14, o la estopa 14, se pueda devanar firmemente sobre la superficie exterior del mandril 15. El mandril 15 se reviste en su superficie exterior, antes de devanar la cinta 14 en el mandril 15, con un agente de desmoldeo (no mostrado), como por ejemplo, un revestimiento a base de politetrafluoretileno (PTFE), para facilitar la retirada del mandril 15 del interior de la tubería 10 más tarde.

La cinta 11 se devana helicoidalmente en el exterior del mandril 15 con un paso de aproximadamente 2,5 mm utilizando una máquina devanadora de filamentos convencional para construir una primera capa en el mandril que tiene aproximadamente 0,25 mm a 0,75 mm de grosor, o más. Preferimos utilizar una cinta del 100 % de polieteretercetona (PEEK) del tipo suministrado por Victrex Corp con su marca registrada APTIV. Esta cinta es una película de aproximadamente 19 mm (0,75 pulgadas) de anchura y 50 micrómetros de grosor. Se pueden devanar cintas de diferentes anchuras (por ejemplo, de 10 mm a 50 mm de anchura o más) y grosores (de 50 micrómetros a 100 micrómetros o más gruesos) en diferentes pasos para fabricar tuberías de diferentes tamaños 10.

Cuando se ha depositado un grosor suficiente de termoplástico sobre el mandril 15 para formar la región termoplástica predominantemente rica 11, el mandril se retira de la máquina devanadora de filamentos 1 y se inserta en una máquina trenzadora circular 4 del tipo fabricado por OMA Srl bajo el número de modelo 48/1 -104HC. Se trata de una máquina trenzadora de eje horizontal que tiene dos juegos de portadores 17 (a) y 17 (b) sobre los que se transportan los hebras, estopas o hilos de trenzar. Hay veinticuatro portadores 17 (a), 17 (b) en cada juego; un juego rota en el sentido horario alrededor de un eje central horizontal común 18 mientras que el otro juego rota en sentido antihorario alrededor del mismo eje 18. Los portadores 17 (a), 17 (b) se desvían en direcciones radiales para provocar que una o más de las hebras trenzadas, las estopas o los hilos de un juego pasen por debajo de las hebras trenzadas, las estopas o los hilos de uno o más del otro juego.

Una zona circunferencial termoplástica reforzada con fibra 12 de la tubería 10 se fabrica trenzando una pluralidad de estopas 16 de filamento termoplástico y fibras de refuerzo entremezclados sobre la superficie exterior del mandril 15. Se prefiere usar estopas 16 que comprenden fibras de carbono y PEEK entremezclados que contienen aproximadamente 3000 fibras de carbono y 2000 filamentos de PEEK suministrados por Concordia Inc. Las estopas 14 pueden comprender una mezcla de típicamente el 60 % al 80 % en volumen de tramos continuos de fibras de carbono, o más entremezcladas con Filamentos PEEK. Puede ser posible utilizar estopas que sean 100 % fibras de carbono continuas.

Se prefiere formar dos o más capas trenzadas 19 trenzando capas adicionales 19 sobre capas previamente trenzadas 19. En el presente ejemplo se construye una zona 12 de aproximadamente 0,75 mm de grosor o más medida radialmente.

Cuando se ha formado una capa de grosor suficiente 12 de trenzas reforzadas con fibras sobre la primera capa 11, el mandril 15 con las dos capas 11 y 12 formadas sobre él se retira de la máquina trenzadora circunferencial, y la circunferencia exterior se cubre con una capa de un material termocontráctil 13 usando una máquina devanadora de filamentos convencional similar a la que se muestra esquemáticamente en la Figura 2, excepto que en lugar de usar una cinta 11 se usa una cinta 16 que se hace de un material termocontráctil como se muestra en la Figura 4.

El material termocontráctil 13 preferido es una cinta de poliimida 16 que tiene 19 mm (0,75 pulgadas) de anchura y 50 micrómetros de grosor. La cinta termocontráctil 20 se devana bajo tensión sobre el exterior de la capa o capas trenzadas 19 que definen la región 12 con un paso de 3,5 mm utilizando una máquina devanadora de filamentos (mostrada esquemáticamente en la Figura 4). La cinta 16 cubre completamente la superficie exterior de la capa 12 de refuerzo trenzado. Pueden usarse diferentes anchuras o grosores de cintas 20 para producir tuberías 10 más grandes o más pequeñas.

En el presente ejemplo, un tramo discreto de la tubería 10 junto con el mandril 15 se retira de la máquina devanadora de filamentos 1 utilizada para devanar la cinta 16 sobre el mandril 15, y se coloca en un horno o zona de calentamiento 21 y se calienta a una temperatura en la región de 350 °C a 450 °C. Esto hace que el material termoplástico (PEEK) se funda y que la cinta termocontráctil 16 se contraiga sobre la superficie exterior de la capa 12 y comprima el PEEK fundido y lo apriete en el refuerzo trenzado de fibra de carbono. Esta compresión incrusta las telas trenzadas en la matriz de PEEK y forma una región rica en termoplástico 11 en el orificio de la tubería 10 para formar la tubería que se muestra en la Figura 1. La región rica en termoplástico 11 formada por las cintas 11 asegura que cuando la matriz termoplástica se funde y consolida, la matriz termoplástica no se agota en la región reforzada 12. Así, la tubería 10 resultante tiene una región 12 de alta resistencia y una matriz impermeable a los fluidos en las proximidades del orificio y en todo el grosor de la pared de la tubería 10.

A continuación, se deja enfriar la tubería 10 mientras está en el mandril 15 para que mantenga su forma y, a continuación, la tubería 10 se retira del mandril 15. La capa termocontráctil 13 se retira preferiblemente del exterior de la tubería 10, o se podría dejar en su sitio sobre la tubería 10.

En el ejemplo mencionado anteriormente, el material termoplástico es PEEK pero podrían usarse otros materiales termoplásticos para formar la matriz. Por ejemplo, el termoplástico se puede seleccionar entre uno o más de polieteretercetona (PEEK), poliariletercetona (PAEK), polietercetona (PEK), polioximetileno (POM), polifenilenosulfuro (PPS), polietilenimina (PEI), poliacrilamida (PA) o una mezcla de dos o más de estos termoplásticos.

Si bien se prefiere que el termoplástico usado en las cintas 11 sea el mismo que el usado en las estopas 14 para mantener la compatibilidad de los termoplásticos en las capas 11 y 12, puede ser posible fabricar tuberías 10 usando cintas 11 que sean un polímero diferente al de las estopas 14.

Si se desea, se pueden utilizar otras fibras o filamentos naturales o sintéticos como refuerzo de la matriz en la zona 12. Por ejemplo, las fibras de refuerzo pueden ser fibras de carbono, fibras de vidrio, una fibra a base de poliparafenileno-tereftalamida (por ejemplo, el tipo conocido como KEVLAR® (una marca comercial registrada de EI du Pont de Nemours and Company)), una poliamida alifática (como por ejemplo Nylon (una marca registrada de EI du Pont de Nemours and Company), fibras de carbono recubiertas de carburo de silicio, fibras textiles sintéticas o naturales. Si bien se prefiere utilizar fibras continuas para el refuerzo, es posible utilizar fibras discontinuas o troceadas (como fibras de carbono troceadas) como las que se utilizan en las cintas precursoras suministradas por Schape Srl con el nombre TPFL thermopreg,. De hecho, también es posible utilizar monofilamentos, hebras tejidas o hilos (por ejemplo, hebras de Kevlar® hiladas o tejidas).

En el método descrito anteriormente, se fabrica un tramo discreto de tubería 10, y este puede cortarse en tramos más cortos si se desea antes de fabricar la tubería en su longitud o forma final o doblar la tubería 10 o tuberías 10 hasta las formas deseadas. Debe entenderse que el método descrito anteriormente puede modificarse para producir un tramo continuo de tubería 10 al tener efectivamente una primera estación devanadora de filamentos (no mostrada pero corresponde a la máquina devanadora 1) que devana la primera cinta 11 sobre un mandril. 15 que se extiende a una zona de tratamiento térmico circunferencial. El mandril con la cinta devanada 11 se transporta a una o más estaciones de trenzado circular (no mostradas pero corresponde a la máquina trenzadora 4) para trenzar las estopas 14 sobre las cintas devanadas 11 sobre el mandril 15. Otra estación devanadora de filamentos (no mostrada pero correspondiente a la máquina devanadora de filamentos 1) se usa para devanar las cintas termocontráctiles 13 sobre las capas trenzadas. El mandril 15 junto con las capas 11, 12 y 13 se transporta a través de una zona de calentamiento circunferencial (no mostrada pero corresponde al horno 21) para calentar la capa termocontráctil 13 y las capas 11 y 12 para comprimir y consolidar la matriz termoplástica para formar una tubería 10 como se muestra en la Figura 1.

El horno o zona de calentamiento 21 puede comprender calentadores térmicos radiantes, calentador de infrarrojos, calentadores de fuente de luz halógena, calentadores ultrasónicos o calentadores de inducción eléctrica (donde las fibras o filamentos de refuerzo son susceptibles al calentamiento por inducción). A continuación, se deja que la tubería se enfríe lo suficiente para permitir que la tubería 10 sea extraída del mandril 15. La tubería terminada en parte (es decir, en el "estado verde" se corta en tramos discretos listos para ser tratados térmicamente aún más para permitir la flexión en un máquina dobladora de tuberías multieje como se describe a continuación.

Con referencia a la Figura 5, se muestra una máquina dobladora de tuberías multieje modificada 23 del tipo utilizado convencionalmente para doblar tuberías metálicas. La máquina dobladora de tuberías 23 es de diseño convencional y opera bajo el control de un sistema de control numérico por ordenador (CNC), pero se modifica para proporcionar un medio de calentamiento 24 en las proximidades de donde se desea doblar la tubería 10.

Con referencia a la Figura 5, se muestra una máquina dobladora de tuberías multieje modificada 23 del tipo utilizado convencionalmente para doblar tuberías metálicas. La máquina dobladora de tuberías 23 opera bajo el control de un sistema de control numérico por ordenador (CNC) y se modifica para proporcionar un medio de calentamiento 24 en las proximidades de donde se desea doblar la tubería 10.

Los medios de calentamiento 24 (mostrados esquemáticamente) pueden comprender herramientas dobladoras calentadas o plantillas de la propia máquina dobladora de tuberías, o calentadores térmicos radiantes, calentadores por infrarrojos, calentadores de fuente de luz halógena, calentadores ultrasónicos o calentadores de inducción eléctrica (donde los filamentos o fibras de refuerzo son susceptibles al calentamiento por inducción). La zona de calentamiento 24 se utiliza para calentar la tubería 10 a una temperatura inferior a la utilizada para fabricar la tubería 10, pero lo suficientemente alta como para ablandar la tubería sin perder su rigidez. Esto permite doblar la tubería 10 en la máquina dobladora de tuberías. Esta modificación relativamente simple permite utilizar la tecnología de doblado de tuberías convencional que se utiliza convencionalmente para doblar tuberías metálicas y de metal que se utilizarán para doblar tuberías de material compuesto 10 y, por lo tanto, hacer tuberías de material compuesto de forma casi idéntica 10 a las tuberías metálicas y de metal que la tubería de material compuesto. 10 está destinada a sustituir.

Los acoples de extremo pueden fijarse a los extremos de la tubería 10 antes o después de doblar la tubería 10 en la máquina dobladora de tuberías.

El método de construcción de la tubería o tubo (10) descrito anteriormente también es adecuado para la fabricación de tubos huecos (10) para su uso como, por ejemplo, vástagos de torsión o vástagos de impulsión para su uso en una variedad de aplicaciones que van desde sistemas de control de máquinas o aeronaves a las cadenas de transmisión de potencia de vehículo. En los extremos de los tubos (10) será necesario montar acoples de extremo adecuados para acoplar los vástagos (10) a otros vástagos (ya sean vástagos de metal o de material compuesto de polímero) u otras estructuras.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para fabricar una tubería de material compuesto rígido impermeable a los fluidos (10) que comprende las etapas de:

a. proporcionar un mandril de soporte (15) que se conforma para definir un orificio de la tubería;

b. colocar sobre la superficie circunferencial exterior del mandril una o más primeras cintas (14) hechas de un material termoplástico para crear así una primera región (11) que es predominantemente material termoplástico adyacente al orificio de la tubería;

c. proporcionar una pluralidad de estopas (16) que comprenden fibras de refuerzo y filamentos termoplásticos entremezclados;

d. tejer una pluralidad de las estopas para formar una o más trenzas circulares (19) y colocar una o más de las trenzas circulares sobre la primera capa para formar una segunda región;

e. aplicar a la superficie exterior de la segunda región (12) una capa termocontráctil (13);

f. calentar el producto de las etapas (b) a (e) sobre el mandril a una primera temperatura a la que los materiales termoplásticos de una o más cintas y las estopas se funden, y la capa termocontráctil se contrae radialmente hacia dentro para consolidar el material termoplástico fundido para formar una matriz termoplástica en la que se incrustan las fibras de refuerzo, y se forma una región rica en termoplástico en el orificio de la tubería; y, g. permitir que la tubería se enfríe para que forme una tubería autoportante.

2. Un método según la reivindicación 1, en donde la etapa de calentar el producto de las etapas (b) a (e) emplea un calentador seleccionado entre un calentador térmico radiante, un calentador por infrarrojos, un calentador de fuente de luz halógena, un calentador ultrasónico o un calentador de inducción eléctrica.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además las etapas de colocar al menos una región de la tubería fabricada en la etapa (g) en medios de calentamiento, calentar al menos una región de la tubería a una temperatura a la que la matriz termoplástica se ablanda sin que la tubería se desplome, fabricar la región calentada de la tubería hasta un estado final deseado y permitir que la tubería se enfríe para que mantenga su estado terminado.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la etapa de fabricar la tubería hasta el estado terminado comprende además las etapas de colocar la tubería de la etapa (g) en una máquina dobladora de tuberías multieje que tiene un medio de calentamiento, calentar al menos una región de la tubería a doblar a una temperatura a la que la matriz termoplástica se ablande sin que la tubería se desplome, doblar la tubería calentada a la forma deseada y permitir que la tubería se enfríe para que mantenga su forma doblada.

5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material termoplástico se selecciona de uno o más de polieteretercetona (PEEK), poliariletercetona (PAEK), polietercetona (PEK), polioximetileno (POM), polifenilenosulfuro (PPS), polietilenimina (PEI), poliacrilamida (PA), o una mezcla de dos o más de estos termoplásticos.

6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las fibras de refuerzo se seleccionan entre fibras de carbono, fibras de vidrio, una fibra a base de poliparafenilen-tereftalamida, una poliamida alifática, fibras de carbono recubiertas de carburo de silicio, fibras textiles sintéticas, fibras textiles naturales, o alambres de metal, o una mezcla de dos o más de estas fibras de refuerzo.

7. Un método según la reivindicación 6, en donde las fibras de refuerzo se seleccionan entre fibras continuas, fibras discontinuas, fibras troceadas, monofilamentos, hebras tejidas o hilos.

8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde las primeras cintas tienen entre 10 mm y 50 mm de anchura y entre 0,25 micrómetros y 100 micrómetros de grosor.

9. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende la etapa adicional de fijar acoples de extremo a uno o más extremos de la tubería.

10. Una tubería de material compuesto rígido impermeable a los fluidos (10) capaz de ser doblada en una máquina dobladora de tuberías, comprendiendo la tubería de material compuesto:

(i) una primera región rica en termoplásticos (11) adyacente a un orificio de la tubería que comprende un 100 % de materiales termoplásticos y que proporciona una capa impermeable a los fluidos; y

(ii) una zona circunferencial reforzada con fibras (12) que rodea dicha primera región rica en termoplásticos (11) y que comprende fibras de refuerzo incrustadas en una matriz termoplástica

en donde, durante la fabricación de la tubería de material compuesto (10), se colocan una o más cintas (14) de un material termoplástico sobre un mandril; y una pluralidad de estopas (16) que comprenden fibras de refuerzo y filamentos termoplásticos entremezclados tejidos en trenzas circulares colocadas sobre una o más cintas:

(a) se calientan juntas a una primera temperatura a la que se funden los materiales termoplásticos de una o más cintas (14) y la pluralidad de estopas (16); y

(b) se consolidan;

por lo que, en la tubería de material compuesto rígido impermeable a los fluidos (10), dicha zona circunferencial reforzada con fibra (12) y dicha primera región rica en termoplásticos (11) adyacente al orificio de la tubería se fusionan en una interfaz entre ellas.