ITMI20091695A1 - Metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato e tubazioni realizzate con detto metodo - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“METODO PER LA REALIZZAZIONE DI TUBAZIONI PLASTICHE MULTISTRATO E TUBAZIONI REALIZZATE CON DETTO METODO”

La presente invenzione riguarda un metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, in particolare tubazioni plastiche multistrato per la realizzazione di circuiti per il riscaldamento a pavimento o a parete.

L’invenzione riguarda anche le tubazioni plastiche multistrato realizzate tramite detto metodo.

L’invenzione si inserisce nel settore idraulico e in particolare nel settore delle tubazioni tecniche per il trasporto dell’acqua, come ad esempio quelle utilizzate nei circuiti idraulici domestici o industriali per realizzare sistemi di riscaldamento a pavimento o a parete.

Negli ultimi anni, grazie anche alle numerose campagne e norme sul risparmio energetico, i sistemi di riscaldamento, o anche raffrescamento, a pavimento hanno ottenuto una diffusione su vastissima scala.

Questo significa una sempre maggior attenzione da parte dei produttori alle problematiche introdotte da una tecnologia ancora giovane, per fornire prodotti che soddisfino le esigenze non solo degli utilizzatori finali ma anche del personale che si occupa della realizzazione di questi impianti di riscaldamento.

I sistemi per il riscaldamento sono costituiti da una serie di tubazioni che vengono posate su un pannello isolante, poggiato a sua volta sulla soletta della pavimentazione, e poi ricoperte con uno strato di calcestruzzo a formare la pavimentazione calpestabile.

Per ottenere la massima efficienza e un riscaldamento il più possibile uniforme le tubazioni vengono posate realizzando dei percorsi ricurvi in maniera da ricoprire l’intera superficie del pavimento della stanza.

Le tubazioni utilizzate devono quindi risultare il più possibile flessibili, compatibilmente con le dimensioni e gli spessori necessari, per facilitare le operazioni di posa da parte dell’installatore.

Utilizzando una tubazione rigida e poco flessibile difatti non è possibile realizzare raggi di curvatura ridotti, e quindi ricoprire in maniera adeguata superficie della stanza, sia per la difficoltà nell’operazione di curvatura, sia per il rischio di formare delle strozzature nella tubazione con conseguenze sulla funzionalità e sull’affidabilità dell’impianto.

Un’altra caratteristica fondamentale che devono possedere tutti gli elementi di un impianto di riscaldamento a pavimento è l’affidabilità.

Difatti le tubazioni, essendo annegate in uno strato di calcestruzzo, possono essere riparate o sostituite solo rimuovendo la pavimentazione e il rivestimento sovrastanti; devono poter quindi garantire una durata senza guasti praticamente illimitata.

Attualmente esistono svariate tipologie di tubazioni plastiche per la realizzazione di impianti a pavimento, e in particolare di tubazioni multistrato.

Queste tubazioni generalmente sono realizzate in polietilene, in particolare lo strato più interno, che è quello che ha il compito di conferire la necessaria resistenza meccanica alla tubazione, è realizzato in polietilene reticolato denominato in gergo PEX.

Questo materiale deriva direttamente dal polietilene che viene additivato ad esempio con perossido, silani o simili e successivamente sottoposto a un trattamento termico per attivare una reazione chimica di reticolazione che trasforma il materiale da termoplastico a termoindurente aumentandone così le caratteristiche non solo di resistenza meccanica ma anche di resistenza agli agenti chimici, alle alte e basse temperature, all’abrasione ecc.

La maggior parte delle tubazioni prevedono lo strato più interno realizzato in PEX derivato da additivazione con perossido e che commercialmente prende il nome di PEX-A.

Fra tutti il PEX-A è quello che garantisce la percentuale di reticolazione più elevata ed è quindi considerato quello con le caratteristiche migliori.

Il polietilene reticolato additivato con silani prende invece il nome di PEX-B; presenta caratteristiche leggermente inferiori al PEX-A ma per contro ha un processo di reticolazione più semplice.

Queste tubazioni inoltre prevedono un’ulteriore strato più esterno denominato EVOH che funge da barriera alla diffusione dell’ossigeno all’interno della tubazione e quindi nell’acqua che circola.

La presenza di questo strato è fondamentale in questo tipo di tubazioni utilizzate in circuiti chiusi in quanto la presenza di ossigeno diffuso nell’acqua dell’impianto favorirebbe sia la generazione di un inquinamento organico, sia un maggior rischio di corrosione nel tempo per i componenti metallici dell’impianto come valvole, raccordi ecc.

Le tubazioni più semplici sono costituite quindi da uno strato interno di PEX ricoperto da uno strato di EVOH che viene saldato al primo tramite uno strato intermedio di adesivo, generalmente anch’esso polimerico.

Queste tubazioni però non garantiscono una sicurezza adeguata, difatti durante il trasporto e l’installazione lo strato esterno di EVOH è esposto a urti, abrasioni o incisioni che potrebbero fessurare detto strato vanificando il suo effetto barriera.

Per ovviare a questo problema esistono tubazioni che prevedono, oltre allo strato interno e allo strato EVOH, anche un ulteriore strato esterno con funzione di protezione della barriera all’ossigeno EVOH da eventuali abrasioni, incisioni o simili che potrebbero danneggiare detta barriera con le conseguenze sopra citate.

Quest’ultimo strato esterno generalmente è realizzato in polietilene ed è saldato al sottostante EVOH tramite uno strato di adesivo polimerico interposto fra i due.

Queste tubazioni così realizzate, pur presentando buone caratteristiche di resistenza e protezione, risultano piuttosto rigide e rendono difficoltosa la posa e la realizzazione dei percorsi a serpentina.

Questa scarsa flessibilità è dovuta in parte all’incremento di spessore dato dallo strato esterno di protezione ma soprattutto per la presenza dello strato EVOH, che presenta caratteristiche meccaniche differenti da quelle degli altri polimeri che compongono il tubo, e per il metodo con il quale viene applicato.

Il metodo di produzione delle tubazioni multistrato a cinque strati (due strati di tubazione, uno strato barriera EVOH e due strati di adesivo) attualmente prevede la formatura dello strato interno secondo il metodo Engel.

Con il metodo Engel la reticolazione del polietilene avviene direttamente durante la fase di estrusione grazie alla temperatura (sopra alla temperatura di fusione cristallina) e alla pressione molto elevata.

Detto strato interno viene poi avvolto con uno strato barriera EVOH, che può essere (ad esempio) sotto forma di foglio fibroso, opportunamente saldato allo strato inferiore con collanti resinosi o polimerici.

Con una seconda estrusione viene poi deposto lo strato esterno protettivo e il relativo strato adesivo.

Questo metodo di realizzazione, utilizzato anche per le tubazioni a tre strati, presenta però alcuni svantaggi.

L’applicazione dello strato barriera all’ossigeno EVOH con il metodo appena descritto, causa una diminuzione notevole della flessibilità della tubazione.

La causa principale è la eterogeneità fra i materiali dei vari strati, strato interno, EVOH e collante, che presentano caratteristiche meccaniche differenti, in particolare del modulo di elasticità, e comunque non risultano perfettamente legati e amalgamati fra loro.

Lo strato barriera EVOH in particolare, essendo un materiale più fragile rispetto a un materiale termoplastico, presenta un modulo di elasticità molto inferiore ed influisce negativamente sulla flessibilità della tubazione con gli effetti negativi già citati.

Il metodo di estrusione-reticolazione Engel, inoltre, consente velocità di estrusione piuttosto limitate e non essendo un processo completamente continuo non consente di ottenere caratteristiche del prodotto finito perfettamente costanti.

In questo contesto, lo scopo della presente invenzione è proporre un metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati, in particolare un metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato che consenta di realizzare tubazioni caratterizzate da una ottima flessibilità necessaria per la realizzazione di circuiti per riscaldamento a pavimento o a parete.

In particolare è scopo dell’invenzione, proporre un metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato che presentino una maggiore omogeneità fra i vari strati rispetto ai sistemi noti soprattutto dal punto di vista del modulo di elasticità del materiale di ciascuno strato.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato che consenta di aumentare la velocità di produzione e nel contempo che garantisca un maggiore controllo sulla qualità e sulle caratteristiche del prodotto finito. Questi scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato e tubazioni realizzate con detto metodo, comprendenti le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di un esempio di realizzazione preferita, ma non esclusiva dell’invenzione, come illustrato nelle figure allegate in cui:

• la figura 1 è una vista schematica laterale di un impianto per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, secondo l’invenzione;

• la figura 2 è una vista prospettica di una porzione di tubazione plastica multistrato, secondo l’invenzione.

Il metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato nello specifico comprende le seguenti fasi.

Una prima fase consiste nel caricamento continuo in un estrusore di una miscela di polietilene additivato con additivi per il processo di reticolazione.

Una seconda fase consiste nell’estrusione continua di una tubazione, che costituisce lo strato più interno della tubazione multistrato, ottenuta dalla miscela precedentemente caricata.

In particolare, secondo l’invenzione, detto strato più interno della tubazione è realizzato con una miscela di polietilene additivato con perossido per ottenere polietilene reticolato PEX-A.

Questa prime fasi di miscelazione ed estrusione prevedono solamente l’additivazione del polietilene con il perossido ma non l’attivazione del processo reticolazione; in uscita dall’estrusore si ottiene difatti una tubazione contenete perossido ancora in forma latente.

Una terza fase prevede il passaggio di detta tubazione in un forno di reticolazione a raggi infrarossi, per fornire la quantità di energia sufficiente ad attivare la reazione di reticolazione del polietilene.

I raggi infrarossi difatti consentono di fornire l’energia termica necessaria con lunghezze d’onda idonee ad attivare la fase di reticolazione ma che non degradano la materia plastica.

Una quarta fase prevede il raffreddamento di detto strato più interno di tubazione, ormai costituito da polietilene reticolato PEX-A, con acqua fredda o aria.

Una quinta fase prevede la coestrusione degli ulteriori strati effettuata tramite deposizione (lay down) di detti ulteriori strati sullo strato più interno. Nel dettaglio detta quinta fase prevede la coestrusione rispettivamente di un primo strato di adesivo, di uno strato barriera all’ossigeno EVOH, di un secondo strato adesivo e di uno strato protettivo esterno.

Secondo l’invenzione detto strato protettivo esterno è realizzato in polietilene reticolato PEX-B (additivato con silani); durante questa quinta fase di coestrusione il polietilene dello strato protettivo esterno viene opportunamente additivato prima dell’alimentazione ma non viene attivato il processo di reticolazione.

Una sesta fase prevede quindi il passaggio della tubazione multistrato coestrusa in una seconda stazione di reticolazione dove la tubazione è immersa in acqua calda o vapore, per fornire la quantità di energia termica sufficiente ad attivare la reazione di reticolazione del polietilene PEX-B dello strato protettivo esterno.

L’invenzione riguarda quindi anche una tubazione plastica multistrato, indicata con il numero 7 nelle figure, in particolare una tubazione plastica multistrato per la realizzazione di circuiti per il riscaldamento a pavimento o a parete, comprendente:

- uno strato interno in polietilene reticolato PEX-A;

- un primo strato di adesivo;

- uno strato barriera all’ossigeno EVOH;

- un secondo strato di adesivo;

- uno strato esterno protettivo in polietilene reticolato PEX-B; detti strati di adesivo e detto strato barriera all’ossigeno essendo realizzati in materiali completamente plastici.

Nel seguito, con riferimento alla figura 1, viene descritto un impianto per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, indicato nel complesso con 1, comprendente un primo gruppo di estrusione, indicato nel complesso con 2, un forno di reticolazione 3, una stazione di raffreddamento 4, un secondo gruppo di coestrusione 5 e una seconda stazione di reticolazione 6.

Detto gruppo di estrusione 2 preferibilmente è costituito da un estrusore bi-vite controrotante nel quale viene caricato il materiale base (polietilene) e gli additivi necessari per il processo di reticolazione.

Nel dettaglio l’estrusore comprende una coppia di viti 8 che man mano spingono il materiale caricato, oramai fuso, verso una filiera 9.

Gli elementi riscaldanti 10 forniscono l’energia termica per la fusione del materiale che solitamente è caricato in forma solida ad esempio in granuli.

Il forno di reticolazione 3 è provvisto di una serie di lampade a raggi infrarossi 12 per fornire l’energia necessaria alla reticolazione dello strato interno 20 della tubazione 7.

Detto forno comprende una o più calandre 11 che guidano lo strato interno 20 della tubazione appena estruso, all’interno di un percorso circondato da dette lampade a raggi infrarossi 12.

Come già accennato queste lampade emettono energia tramite onde con una lunghezza idonea ad attivare il perossido, che si trova in forma latente nella tubazione estrusa, per consentire il processo di reticolazione ma senza deteriorare la materia plastica.

In uscita dal forno di reticolazione 3 è prevista una stazione di raffreddamento 4 dove lo strato di tubazione interno oramai reticolato è investito con acqua fredda o aria fredda per abbassarne la temperatura prima delle successive fasi.

Preferibilmente dopo la stazione di raffreddamento 4 è prevista una ulteriore stazione di controllo, indicata nel complesso con 13, nella quale lo strato interno 20 di tubazione viene controllato tramite strumenti ottici 14 per verificare il grado di reticolazione raggiunto.

Detta stazione di controllo 13 è collegata a un sistema di controllo, non indicato in figura, che a sua volta è collegato al forno di reticolazione 3 e che, in funzione dei risultati dell’analisi sullo strato interno 20, regola l’energia emessa dalle lampade a infrarosso 12 per variare la percentuale di reticolazione alla fine del processo.

L’impianto 1 comprende anche un secondo gruppo di coestrusione 5, che dotato di una testa di coestrusione 15 atta ad effettuare la deposizione degli ulteriori strati della tubazione sullo strato più interno 20.

La fase di coestrusione è schematizzata nel dettaglio di figura 1.

Nel dettaglio è visibile lo strato interno 20, alimentato in continuità nella testa 15, il primo strato di adesivo 30, lo strato barriera all’ossigeno EVOH 40, il secondo strato adesivo 50 e lo strato esterno protettivo PEX-B 60.

I materiali di questi ulteriori strati 30, 40, 50 e 60 vengono alimentati nella testa da componenti esterni non illustrati nello schema di impianto 1.

In particolare il materiale dello strato protettivo, prima di raggiungere la testa di coestrusione 15, viene additivato con silani e altri additivi necessari alla reticolazione del polietilene PEX-B.

A valle del secondo gruppo di estrusione 5 è presente una seconda stazione di reticolazione 6 dove la tubazione multistrato 7, completamente formata, viene immersa in acqua calda o vapore per fornire l’energia termica necessaria ad attivare il processo di reticolazione del polietilene PEX-B dello strato esterno protettivo 60.

Nella figura 2 è rappresentata una vista prospettica di una sezione di tubazione multistrato 7 ottenuta con il metodo dell’invenzione.

Nel dettaglio detta tubazione 7 comprende:

- uno strato interno 20 in polietilene reticolato PEX-A;

- un primo strato di adesivo 30 completamente in materiale plastico; - uno strato barriera all’ossigeno EVOH 40 in materiale plastico;

- un secondo strato adesivo 50 anch’esso completamente in materiale plastico;

- uno strato protettivo esterno 60 realizzato in polietilene reticolato PEX-B.

Grazie alla presente invenzione è quindi possibile realizzare una tubazione plastica multistrato che, grazie alla omogeneità dei vari strati, presenta eccellenti qualità di flessibilità nonostante la maggiorazione di spessore dovuta alla presenza dello strato esterno protettivo.

In particolare l’adozione di uno strato barriera EVOH 40 completamente in materiale plastico contribuisce a migliorare la flessibilità della tubazione, avendo questo un modulo elastico simile a quello degli altri strati, e consente di applicare detto strato EVOH tramite coestrusione insieme agli altri strati.

Un altro vantaggio dell’invenzione è il fatto di prevedere lo strato esterno protettivo 60 realizzato in polietilene reticolato PEX-B; questo materiale difatti, rispetto al normale polietilene, garantisce una resistenza all’urto, all’abrasione e ad altri fenomeni di danneggiamento, molto maggiore.

Il metodo secondo l’invenzione inoltre, che prevede il processo di estrusione e reticolazione dello strato interno in polietilene PEX-A effettuato in maniera differente rispetto al metodo Engel, porta ulteriori vantaggi.

In particolare, l’adozione di un estrusore bi-vite per realizzare lo strato interno, ovvero quello atto a sopportare tutti gli stress meccanici, chimici ecc, consente un migliore controllo e una maggiore continuità del processo che garantisce caratteristiche sempre costanti del prodotto.

Il metodo secondo l’invenzione consente anche di velocizzare notevolmente l’intero processo, raggiungendo una produttività quasi doppia rispetto a quella dei sistemi noti con estrusione-reticolazione con metodo Engel.

Il metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato così concepito, così come l’impianto descritto, sono suscettibili di numerose modifiche e varianti tutte comprese nell’ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, in particolare per la realizzazione di circuiti per il riscaldamento a pavimento o a parete, caratterizzato dal fatto di prevedere le seguenti fasi: - caricamento continuo in un estrusore di una miscela di polietilene ed uno o più additivi necessari per il processo di reticolazione di detto polietilene; - estrusione continua di una tubazione, che costituisce lo strato più interno della tubazione multistrato, ottenuta dalla miscela fusa del polietilene e degli additivi per il processo di reticolazione; - passaggio di detto strato più interno di tubazione in un forno a raggi infrarossi per fornire la quantità di energia sufficiente ad attivare la reazione di reticolazione del polietilene; - raffreddamento di detto strato più interno di tubazione con acqua o aria fredda; - coestrusione contemporanea degli ulteriori strati della tubazione multistrato e in particolare dei seguenti strati: > un primo strato di adesivo; > uno strato barriera all’ossigeno EVOH; > un secondo strato adesivo; > uno strato protettivo esterno in polietilene additivato per la reticolazione; - passaggio della tubazione multistrato coestrusa in una seconda stazione di reticolazione per fornire la quantità di energia termica sufficiente ad attivare la reazione di reticolazione del polietilene di detto strato protettivo esterno.
2. 2. Metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta miscela alimentata in continuo nell’estrusore è additivata con perossido o simili.
3. 3. Metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto estrusore continuo è un estrusore bi-vite controrotante.
4. 4. Metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che durante l’estrusione di detto strato più interno della tubazione multistrato il perossido rimane in forma latente.
5. 5. Metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di poter variare l’energia emessa nel forno a raggi infrarossi per ottenere la percentuale di reticolazione del polietilene desiderata dello strato più interno di tubazione.
6. 6. Metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo e detto secondo strato di adesivo coestrusi sono completamente in materiale plastico.
7. 7. Metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato barriera all’ossigeno EVOH coestruso è completamente in materiale plastico.
8. 8. Metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato protettivo esterno è additivato con silani o simili.
9. 9. Metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nella fase di reticolazione di detto strato protettivo esterno l’energia termica è fornita tramite acqua calda o vapore.
10. 10. Metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di prevedere una fase di controllo della percentuale di reticolazione del polietilene dello strato più interno di tubazione dopo la fase di raffreddamento.
11. 11. Metodo per la realizzazione di tubazioni plastiche multistrato, secondo le rivendicazioni 1, 5 e 10, caratterizzato dal fatto che l’energia emessa in detto forno a raggi infrarossi è variabile in funzione della percentuale di reticolazione del polietilene dello strato più interno di tubazione misurata nella fase di controllo.
12. 12. Tubazione plastica multistrato comprendente: - uno strato più interno in polietilene reticolato; - un primo strato di adesivo; - uno strato barriera all’ossigeno EVOH; - un secondo strato adesivo; - uno strato protettivo esterno in polietilene reticolato;
13. 13. Tubazione plastica multistrato, secondo la rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che detto primo strato più interno è realizzato in polietilene reticolato PEX-A.
14. 14. Tubazione plastica multistrato, secondo la rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che detto strato protettivo esterno è realizzato in polietilene reticolato PEX-B.
15. 15. Tubazione plastica multistrato, secondo la rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che detto strato barriera all’ossigeno EVOH è in materiale plastico.
16. 16. Tubazione plastica multistrato, secondo la rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che detto primo e detto secondo strato di adesivo sono in materiale plastico.
17. 17. Tubazione plastica multistrato realizzata con il metodo descritto e illustrato.