MX2013006110A - Metodo y dispositivo para producir un miembro de tuberia. - Google Patents

Abstract

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un método para producir un miembro de tubería, que sea capaz de hacer el espesor de un producto resultante tan delgado como sea posible y de reducir la cantidad requerida de material termoplástico, sin hacer complejo un dispositivo para producir un miembro de tubería. Para lograr este objetivo, la presente invención proporciona un método para producir un miembro de tubería, que comprende un proceso de relleno con material termoplástico para rellenar una matriz con un material termoplástico, y un proceso de descarga de material termoplástico para expulsar una parte no solidificada de material termoplástico en la matriz de moldeo al usar el fluido presurizado, donde el material termoplástico se mezcla con un agente espumoso, el método adicionalmente comprende un proceso para espumar el material termoplástico que rellena la matriz de moldeo, y el proceso de descarga de material termoplástico es un proceso para expulsar una parte interna del material termoplástico espumado en la matriz de moldeo, al usar el fluido presurizado antes de la solidificación de la parte interna.

Description

MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA PRODUCIR UN MIEMBRO DE TUBERÍA Campo de la Invención La presente invención se relaciona con un método y con un dispositivo para producir un miembro de tubería, los cuales realizan el denominado moldeo por inyección asistido con fluido que incluye un proceso de relleno con material termoplástico para rellenar una matriz de moldeo con un material termoplástico y un proceso de descarga de material termoplástico para extruir una parte no solidificada del material termoplástico en la matriz de moldeo mediante el uso del fluido presurizado.

Antecedentes de la Invención El moldeo por inyección asistido con fluido se conoce como un método para producir un miembro de tubería.

Cada una de las figuras 4(a)-(c) y 5(a)-(b) muestran esquemáticamente un método para producir un miembro de tubería de acuerdo con una tecnología convencional, en la cual se usa el moldeo por inyección asistido con fluido.

Las figuras 4(a)-(c) son diagramas que muestra un estado de un material termoplástico en una cavidad de matriz de moldeo en un proceso de relleno con material termoplástico de acuerdo con la tecnología convencional, donde la figura 4(a) es un diagrama longitudinal en sección trasversal considerado a lo largo de una dirección axial del material termoplástico en la cavidad de matriz, y la figura 4(b) es un diagrama perpendicular en sección trasversal considerado a lo largo de una dirección perpendicular al eje del material termoplástico en la cavidad de matriz de moldeo. Estos diagramas muestran que la cavidad de matriz de moldeo se rellena con el material termoplástico fundido no espumoso. La figura 4(c) es una gráfica que muestra esquemáticamente una distribución de viscosidad ?(t) del material termoplástico en la cavidad de matriz de moldeo de acuerdo con una posición radial r de la cavidad de matriz de moldeo. Esta gráfica muestra que la viscosidad ? del material termoplástico en su capa externa es muy alta debido a que la capa externa está en contacto con una superficie interna de la matriz de moldeo y, por lo tanto, pierde su calor, que consecuentemente da lugar a una disminución de temperatura, y esa viscosidad ? en una parte central del material termoplástico es relativamente baja debido a que la temperatura del mismo permanece alta Las figuras 5(a)-(b) son diagramas que muestran el estado del material termoplástico en la cavidad de matriz en un proceso de descarga de material termoplástico de acuerdo con la tecnología convencional, donde la figura 5(a) es un diagrama longitudinal en sección trasversal considerado a lo largo de la dirección axial del material termoplástico en la cavidad de matriz, que muestra un estado, en el cual se elimina el material termoplástico, que tiene el fluido presurizado introducido en el mismo y, que por lo tanto, tiene una viscosidad baja (alta fluidez) en su parte central. La figura 5(b) es un diagrama perpendicular en sección trasversal considerado a lo largo de la línea p-p de la figura 5(a), que muestra que una parte hueca se forma en la parte central. Eventualmente, el fluido presurizado se introduce en la longitud completa de la cavidad de matriz de moldeo y la parte hueca se forma en la parte central en todas las secciones trasversales, para de tal modo producir un miembro de tubería.

El método convencional para producir un miembro de tubería ilustrado en las figuras 4(a)-(c) y 5(a)-(b), usa una diferencia en la viscosidad que es causada por un gradiente de temperatura de acuerdo con la distancia entre la superficie interna de la matriz y el material termoplástico fundido no espumoso que rellena la cavidad de matriz de moldeo (la diferencia en la viscosidad entre una capa superficial muy viscosa cerca de un superficie de cavidad de matriz de moldeo y una capa base poco viscosa en la parte central del material termoplástico), para expulsar solamente el material termoplástico ubicado en la parte central la cavidad de matriz de moldeo, para producir un miembro de tubería.

Este método, para producir un miembro de tubería, depende del tamaño del miembro de tubería moldeado o del momento en el cual se introduce el fluido presurizado. En la mayoría de los casos, el espesor es de 15 a 20% del diámetro externo de la tubería. Es difícil reducir el espesor del miembro de tubería. Por esta razón, las especificaciones requeridas y los requisitos para la reducción de peso y para la reducción de costos del material, no se pueden cumplir.

Por ejemplo, al sustituir una tubería metálica de un automóvil por una tubería de resina obtenida a través del moldeo por inyección asistido con fluido, existe un límite en el aumento del diámetro externo de la tubería desde el punto de vista del diseño de la tubería. En el caso de la tubería de resina, en la cual el espesor de una pared de tubería alcanza 15 a 20% del diámetro externo de un molde, el diámetro interno de la tubería de resina llega a ser pequeño cuando el diámetro externo de la misma se ajusta para que sea igual que el de la tubería metálica, lo cual aumenta la pérdida de presión. Por lo tanto, un problema en una tubería de enfriamiento, por ejemplo, es que se requiere una bomba grande costosa con alto consumo energético.

El método convencional para producir un miembro de tubería primero rellena completamente la cavidad de matriz de moldeo con el material termoplástico fundido no espumoso y después de lo anterior expulsa una capa base fundida que constituye de 60 a 70% de la cantidad de relleno total para formar la parte hueca. Esto genera una gran cantidad de material termoplástico excesivo que se expulsará, lo cual da por resultado un aumento en el costo de reciclaje del material termoplástico. Otro problema es que este método requiere una máquina grande para el moldeo por inyección que tenga una unidad de inyección con un volumen de inyección más grande que el volumen de un artículo moldeado hueco. Este método, por lo tanto, se considera poco económico.

El Número de Publicación de Solicitud de Patente Japonesa 2002-18911 describe un método para moldear una tubería de resina que tiene una parte de tubería doblada, el método usa el mismo principio que el método descrito anteriormente para producir un miembro de tubería. El método descrito en esta publicación de patente es un método para moldear una tubería de resina, que usa una etapa de inyección para inyectar una resina fundida en una cavidad de matriz principal para formar una superficie exterior de una tubería de resina y una etapa de inserción de molde deslizable para insertar de manera deslizable una pluralidad de moldes deslizables hasta ciertas posiciones en la cavidad, para moldear una parte extrema dentro de la superficie circunferencial de todas las partes de tubería, para introducir el fluido presurizado a la resina fundida en una región que incluye una parte de la parte de tubería doblada sin los moldes deslizantes a través de por lo menos uno de la pluralidad de los moldes deslizables que tiene la región entre los mismos, y para eliminar la resina fundida excesiva de la región, la resina fundida excesiva se elimina mediante la introducción del fluido presurizado a través de los otros moldes deslizables.

Este método es capaz del moldeo, con alta exactitud, de una parte extrema de cada parte de tubería y del moldeado de la tubería de resina que tiene la parte de tubería doblada como un componente. Sin embargo, este método, tampoco es una tecnología para hacer la parte de tubería tan delgada como sea posible, la parte de tubería se forma por lo menos mediante el fluido presurizado.

El Número de Publicación de Solicitud de Patente Japonesa 2002-141405 describe un método para moldear un artículo moldeado hueco, que incluye las etapas de: introducir un primer material moldeable en una matriz de moldeo, introducir un segundo material moldeable, que tiene una viscosidad diferente de la del primer material moldeable, dentro del primer material moldeable, e introducir después de lo anterior el gas para formar una parte hueca en el segundo material moldeable.

De acuerdo con este método, por ejemplo, el ajuste de la viscosidad del primer material moldeable para que sea más alta que la del segundo material moldeable y la introducción del primer y del segundo material moldeable en pequeñas cantidades, pueden aumentar la anchura de un pasaje de gas y el diámetro en la dirección de anchura de la parte hueca. Es decir, este método puede hacer posible el efecto de moldeo de un molde hueco delgado. Sin embargo, tal configuración, en la cual los diferentes tipos de materiales moldeables se introducen en la matriz de moldeo, complica por lo menos un dispositivo para formar la parte hueca, por lo tanto, crea un nuevo problema con respecto a un aumento de costo del equipo.

Además, aunque sea diferente en cuanto al campo técnico, existe una tecnología para producir a una lámina de espuma o un miembro de espuma ligeros que usa un agente espumoso químico o físico. El agente espumoso químico se descompone a una temperatura predeterminada para generar el gas. La mezcla de tal agente espumoso químico con una resina cruda y el calentamiento de la mezcla por encima de la temperatura de descomposición del agente espumoso químico, pueden generar el gas en la resina cruda. Las ventajas de usar este agente espumoso químico son que el gas se genera éxactamente dependiendo de la temperatura de descomposición, que la temperatura de descomposición se puede ajustar fácilmente al agregar un agente auxiliar espumoso, y que la espuma con los poros estrechos se puede obtener fácilmente. El agente espumoso físico, por otra parte, es un compuesto orgánico de bajo punto de ebullición como butano, pentano, o diclorodifluorometano y gasifica una resina sintética, mezclada con el compuesto orgánico de bajo punto de ebullición, al liberar la resina sintética a un área de baja presión, para crear las burbujas de gas. El uso de este agente espumoso físico se caracteriza porque tiene una solubilidad excelente debido a la afinidad entre el compuesto orgánico de bajo punto de ebullición y la resina, y porque una espuma de alta relación de expansión se puede obtener fácilmente debido a su excelente rendimiento de retención.

No obstante, en estos últimos años, el campo técnico para producir un miembro de espuma tiene una tecnología que usa el fluido supercrítico como un agente espumoso. El Número de Publicación de Patente Japonesa 4339296, por ejemplo, describe un método para producir un moldeo por inyección de espuma de resina termoplástica que usa el fluido supercrítico. Este método agrega el dióxido de carbono o el fluido supercrítico de nitrógeno a una resina termoplástica fundida para obtener un estado miscible de la misma, reduce la temperatura de la resina termoplástica fundida a una temperatura predeterminada mientras mantiene una presión crítica, inyecta la resina termoplástica fundida en una matriz de moldeo por medio de un dispositivo de inyección mientras mantiene la presión, y reduce . la presión dentro de la matriz de moldeo para generar la espuma. Esto puede producir la espuma que tiene una excelente parte no espumosa integrada exterior superficial en su capa externa, y los poros con un diámetro fino promedio de los poros y una densidad uniforme promedio de los poros.

Por otra parte, el "Study on Microcellular Foaming Using Supercritical Fluid in Injection Molding (2)" de Sr. Takehiro Yamada (o T. Yamada), Prof. Yasuhiko Murata (o Y. Murata), y Prof. Hidetoshi Yokoi (o H. Yokoi), la sexta edición (2008) de los Reportes del Centro de Tecnología Industrial de Saitama, describe el estudio con respecto a la visualización del interior de una matriz de moldeo al usar un molde de inserto de vidrio y un mecanismo de producción de espuma con supermicroporos que usa el fluido supercrítico. De acuerdo con este reporte, una capa externa tiene una capa superficial sin poros según se observó en una dirección de espesor, y una parte central del material tiene una capa base que tiene una gran cantidad de poros.

Un experimento similar al descrito anteriormente se reporta en "Visualization of MuCell (microcellular foam injection molding)" de Sr. Michio Komatus (M. Komatus) y Prof. Masahiro Ohshima (M. Ohshima), Seikei-Kakou Volumen 22 Número 2 (2010). Este reporte describe que "la viscosidad de una parte superficial exterior de resina (superficie) aumenta drásticamente debido a que el calor de la resina se expulsa hacia la superficie de la matriz de moldeo durante el proceso de relleno de la matriz de resina".

Breve Descripción de la Invención La presente invención se diseñó debido a la técnica anterior descrita anteriormente, y un objetivo de la misma es proporcionar un método y un dispositivo para producir un miembro de tubería, que es capaz de hacer el espesor de un producto resultante tan delgado como sea posible y de reducir la cantidad requerida de material termoplástico, sin hacer complejo al dispositivo.

Para lograr el objetivo descrito anteriormente, la presente invención proporciona un método y un dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con los incisos (1) a (12) descritos a continuación. (1) Un método para producir un miembro de tubería, que incluye un proceso de relleno con material termoplástico para rellenar una matriz con un material termoplástico, y un proceso de descarga de material termopiástico para expulsar una parte no solidificada del material termopiástico en la matriz dé moldeo al usar el fluido presurizado, donde el material termopiástico se mezcla con un agente espumoso, el método además incluye un proceso para espumar el material termopiástico que rellena la matriz de moldeo, y el proceso de descarga de material termopiástico es un proceso para expulsar una parte interna del material termopiástico, hecha espuma en la matriz de moldeo, al usar el fluido presurizado antes de la solidificación de la parte interna. (2) El método para producir un miembro de tubería de acuerdo con el inciso (1) descrito anteriormente, donde el material termopiástico es un elastómero termopiástico, y al agente espumoso es dióxido de carbono y/o nitrógeno y se mezcla con el material termopiástico a una temperatura y a una presión, a las cuales el dióxido de carbono y/o el nitrógeno se pueden mantener en un estado de fluido supercrítico. (3) El método para producir un miembro: de tubería de acuerdo con el inciso (1) descrito anteriormente, donde el fluido presurizado se genera con gas de nitrógeno y/o con agua. (4) El método para producir un miembro de tubería de acuerdo con el inciso (1) descrito anteriormente, donde el fluido presurizado se genera con aire y/o con agua. (5) El método para producir un miembro de tubería de acuerdo con el inciso (1) descrito anteriormente, donde el material termoplástico se mezcla adicionalmente con un modificador de tensión de fusión. (6) El método para producir un miembro de tubería de acuerdo con el inciso (1) descrito anteriormente, donde el material termoplástico se mezcla adicionalmente con las fibras reforzadas. (7) Un dispositivo para producir un miembro de tubería, que tiene una matriz de moldeo por moldear un miembro de tubería, el medio de relleno con material termoplástico para rellenar la matriz de moldeo con un material termoplástico, y el medio de descarga de material termoplástico para expulsar una parte no solidificada de material termoplástico en la matriz de moldeo al usar el fluido presurizado, donde el medio de relleno con material termoplástico tienen el medio de suministro de material termoplástico, el medio de suministro de agente espumoso, y una máquina de inyección de material termoplástico que mezcla el material termoplástico suministrado por el medio de suministro de material termoplástico con un agente espumoso suministrado por el medio de suministro de agente espumoso y que inyecta la mezcla, el medio de descarga de material termoplástico tiene un tanque de fluido, el medio de presurización para presurizar el fluido de presurización almacenado en el tanque de fluido, y una válvula de control de fluido presurizado para controlar el fluido presurizado, y después de que la matriz de moldeo se rellena con el material termoplástico se mezcla con el agente espumoso al usar la máquina de moldeo por inyección de material termoplástico, la válvula de control de fluido presurizado se abre para expulsar el material termoplástico no solidificado y hecho espuma en la matriz de moldeo al usar el fluido presurizado mediante el medio de presurización. (8) El dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con el inciso (7) descrito anteriormente, donde el agente espumoso es dióxido de carbono y/o nitrógeno y se proporciona mediante el medio de suministro de agente espumoso en la máquina de moldeo por inyección de material termoplástico, en la cual una temperatura y una presión son iguales o mayores que aquellas a las cuales el dióxido de carbono y/o el nitrógeno se convierten en un fluido supercrítico. (9) El dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con el inciso (7) descrito anteriormente, donde el agente espumoso es dióxido de carbono y/o nitrógeno de carbono, y el dióxido de carbono y/o el nitrógeno, que previamente están en un estado de fluido supercrítico, se suministran desde el medio de suministro de agente espumoso a la máquina de moldeo por inyección de material termoplástico. (10) El dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con el inciso (7) descrito anteriormente, donde el material termoplástico se mezcla previamente con un modificador de tensión de fusión. (11) El dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con el inciso (7) descrito anteriormente, donde el medio de relleno con material termoplástico tiene adicionalmente el medio de suministro de modificador de tensión de fusión, y la máquina de inyección de material termoplástico mezcla el material termoplástico, suministrado por el medio de suministro de material termoplástico, con el agente espumoso, suministrado por el medio de suministro de agente espumoso y un modificador de tensión de fusión suministrado por el medio de suministro de modificador de tensión de fusión, e inyecta la mezcla. (12) El dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con el inciso (7) descrito anteriormente, donde el material termoplástico se mezcla previamente con las fibras reforzadas.

La característica más grande del método y del dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con la presente invención es producir un miembro de tubería al espumar el material termoplástico, mezclado con el agente espumoso, en la matriz y expulsar el material termoplástico espumado al usar el fluido presurizado. Por lo tanto, se pueden obtener los siguientes efectos. (a) Debido a que la parte espumada forma una estructura porosa rellena con gas, la conductividad térmica de la parte espumada es más baja que una parte sólida. Por esta razón, el calor se transmite apenas al material termoplástico que se funde en la parte interna de la matriz de moldeo, de tal modo se mantiene fácilmente la temperatura alta. Por otra parte, la temperatura disminuye drásticamente en una parte del material termoplástico que entra en contacto con una superficie interna de la cavidad formada por la matriz de moldeo. Por lo tanto, esta parte del material termoplástico no está espumada y forma una capa superficial delgada que tiene menos burbujas de gas. Sin embargo, los materiales termoplásticos de las tecnologías convencionales son sólidos sin burbujas de gas y por lo tanto tienen altas conductividades térmicas. Por lo tanto, disminuye fácilmente la temperatura de la parte que no entra en contacto directo con una superficie interna de cavidad, lo cual inevitablemente provoca que la capa superficial se engruese (parte muy viscosa). Específicamente, el método y el dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con la presente invención, en los cuales se usa el agente espumoso, se puede crear un miembro de tubería que sea más delgado que el de las tecnologías convencionales. (b) Además, el ajuste de la presión y de la temperatura dentro de la cavidad puede cambiar las condiciones de espumado del agente espumoso y, por lo tanto, el periodo durante el cual se generan las burbujas de gas, el tamaño de las burbujas de gas, y la densidad de las burbujas de gas. Es decir, el cambio de las condiciones de espumado puede cambiar el espesor de la capa superficial y la viscosidad de la capa base (la parte central espumada). Por lo tanto, un miembro de tubería de un espesor deseado se puede crear fácilmente. (c) Debido a que la capa base contiene las burbujas de gas, una menor cantidad de material termoplástico es necesaria, en comparación con las partes sólidas obtenidas en las tecnologías convencionales. Esto puede reducir la capacidad de un tanque de material de la máquina de moldeo por inyección de almacenar el material termoplástico, y la capacidad de una cavidad de flujo excesivo para recuperar el material que es expulsado por el fluido presurizado para formar la parte hueca. Además, la cantidad del material usada se puede reducir aproximadamente 10 a 50%, lo cual reduce el costo material y el costo de reciclaje. (d) El material termoplástico en la parte interna de la cavidad también es bajo en viscosidad a una temperatura alta en las tecnologías convencionales. Por el contrario, cuando la parte central está espumada y no solidificada como en la presente invención, la viscosidad del material termoplástico en esta parte es extremadamente baja. Es decir, su fluidez es extremadamente alta. Por lo tanto, el material termoplástico se puede expulsar fácilmente por el fluido presurizado, y un dispositivo para usar el fluido presurizado se puede hacer más pequeño que aquellos de las tecnologías convencionales. (e) Al usar el fluido supercrítico de dióxido de carbono y/o de nitrógeno como el agente espumoso, se forman las burbujas finas. Por lo tanto, un miembro de tubería tiene una superficie circunferencial interna fina y lisa con menor aspereza. Cuando, por otro lado, el gas de nitrógeno, el aire, el agua, una combinación de gas de nitrógeno y de agua o una combinación de aire y de agua, se usa como el fluido presurizado, la parte base se puede expulsar sin hacer que el fluido presurizado tenga una reacción química con el material termoplástico. Por lo tanto, se puede producir un miembro de tubería seguro y económico. (f) Al mezclar el material termoplástico con el modificador de tensión de fusión además del agente espumoso, el modificador de tensión de fusión mejora el comportamiento de endurecimiento por deformación bajo viscosidad de alargamiento uniaxial del material termoplástico, y por lo tanto, la espuma fina y homogénea se forma mediante el agente espumoso. Además, la expulsión del material mediante el fluido presurizado, se realiza homogéneamente, y se puede producir un miembro de tubería delgado con menos desviación de espesor. No obstante, el ajuste de la presión y de la temperatura dentro de la cavidad puede cambiar las condiciones de espumado del agente espumoso y, por lo tanto, el espesor de la capa superficial y la viscosidad de la capa base (la parte interna espumada). Por lo tanto, un miembro de tubería de un espesor deseado se puede crear fácilmente. (g) Al usar el material termoplástico mezclado adicionalmente con las fibras reforzadas, las fibras reforzadas se concentran en la capa superficial y se orientan en la misma dirección que la dirección en la cual fluye el material termoplástico, debido a los efectos de espumado del agente espumoso del material termoplástico en la matriz de moldeo. Por lo tanto, el miembro de tubería se puede proporcionar con una pared de tubería reforzada con eficacia por las fibras reforzadas, y se puede moldear el miembro de tubería en el cual las fibras reforzadas no están expuestas en una superficie de pared interna del mismo.

Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de una modalidad de un método y de un dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con la presente invención; Las figuras 2(a)-(c) son diagramas que muestran un estado de un material termoplástico dentro de un cavidad de matriz de moldeo, que se obtiene en un proceso de relleno con material termoplástico de acuerdo con la presente invención, donde la figura 2(a) es un diagrama longitudinal en sección trasversal considerado a lo largo de una dirección axial del material termoplástico de la cavidad de matriz de moldeo, la figura 2(b) muestra un diagrama perpendicular en sección trasversal considerado a lo largo de una dirección perpendicular a un eje del material termoplástico de la cavidad de matriz de moldeo, y la figura 2(c) es una gráfica que muestra esquemáticamente una distribución de viscosidad n.(r) del material termoplástico en la cavidad de matriz de moldeo en cuanto a una posición radial r de la cavidad de matriz de moldeo; Las figuras 3(a)-(b) son diagramas que muestran un estado del material termoplástico dentro de la cavidad de matriz de moldeo, que se obtiene en un proceso de descarga de material termoplástico de acuerdo con la presente invención, donde la figura 3(a) es un diagrama longitudinal en sección trasversal considerado a lo largo de la dirección axial del material termoplástico de la cavidad de matriz de moldeo y la figura 3(b) es un diagrama perpendicular en sección trasversal considerado a lo largo de la línea P-P de la figura 3(a); Las figuras 4(a)-(c) son diagramas que muestran un estado de un material termoplástico dentro de un cavidad de matriz de moldeo, que se obtiene en un proceso de relleno con material termoplástico de acuerdo con una tecnología convencional, donde la figura 4(a) es un diagrama longitudinal en sección trasversal considerado a lo largo de una dirección axial del material termoplástico de la cavidad de matriz de moldeo, la figura 4(b) es un diagrama perpendicular en sección trasversal considerado a lo largo de una dirección perpendicular a un eje del material termoplástico de la cavidad de matriz de moldeo, y la figura 4(c) es una gráfica que muestra esquemáticamente una distribución de viscosidad q(r) del material termoplástico en la cavidad de matriz de moldeo en cuanto a una posición radial r de la cavidad de matriz de moldeo; y Las figuras 5(a)-(b) son diagramas que muestran un estado del material termoplástico dentro de la cavidad de matriz de moldeo, que se obtiene en un proceso de descarga de material termoplástico de acuerdo con la tecnología convencional, donde la figura 5(a) es un diagrama longitudinal en sección trasversal considerado a lo largo de una dirección axial del material termoplástico de la cavidad de matriz de moldeo, y la figura 5(b) es un diagrama perpendicular en sección trasversal considerado a lo largo de la línea p-p de la figura 5(a).

Descripción Detallada de la Invención Las modalidades del método y del dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con la presente invención se describen detalladamente a continuación con referencia a los dibujos.

La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra un ejemplo de una modalidad del método y del dispositivo de acuerdo con la presente invención.

En la modalidad mostrada en el diagrama, un material termoplástico se almacena en un tanque de material 1.

Varios materiales como termoplásticos y elastómeros termoplásticos, por ejemplo, se pueden usar como el material termoplástico. Los ejemplos del termoplástico incluyen las resinas de poliolefina como el polietileno y la resina de polipropileno, resina de poliéster, resina de poliamida, resina de poliftalamida, resina de sulfuro de polifenileno, y resina de policarbonato. Los ejemplos del elastómero termoplástico incluyen el elastómero termoplástico de poliolefina, el elastómero termoplástico de polietileno clorado, el elastómero termoplástico de poliestireno, el elastómero termoplástico de poliuretano, el elastómero termoplástico de poliéster, y el elastómero termoplástico de poliamida.

Estos materiales termoplásticos se pueden mezclar con varios aditivos. Los ejemplos de los aditivos incluyen las partículas de carbono, las partículas de metal, los pigmentos, el carbonato de calcio, las fibras de vidrio, los gránulos de vidrio, las nanofibras, los nanotubos de carbono, y filamentos.

Se prefiere que el material termoplástico esté mezclado con un modificador de tensión de fusión. El modificador de tensión de fusión se puede mezclar previamente en el material termoplástico o se puede mezclar simultáneamente con o en tándem con la mezcla de un agente espumoso mencionado posteriormente en el material termoplástico. La mezcla del modificador de tensión de fusión puede mejorar el comportamiento de endurecimiento por deformación bajo la viscosidad de alargamiento uniaxial del material termoplástico, lo cual da por resultado la inhibición del incremento heterogéneo de las burbujas de gas causadas por el agente espumoso, la obtención del espumado fino y uniforme, la obtención de la expulsión al usar el fluido presurizado mencionado posteriormente sin la generación del espesor desigual, y la producción fácil de un miembro de tubería delgado y homogéneo. Los ejemplos del modificador de tensión de fusión incluyen el modificador de politetrafluoroetileno modificado con acrílico y de elastómero estireno. Los productos comerciales como METABLEN A-3000 (Mitsubishi Rayón Co., Ltd.) y Fluon PTFE (Asahi Glass Co., Ltd.) se pueden usar como el politetrafluoroetileno modificado con acrílico. Los productos comerciales como la serie Nofalloy TZ (NOF Corporation) y la serie Actymer (Riken Technos Corporation) se pueden usar como el modificador de elastómero de estireno. Se prefiere que el modificador de tensión de fusión se mezcle en el material termoplástico en una relación de 0.05 a 10 partes en peso o preferiblemente de 1 a 5 partes en peso a 100 partes en peso del material termoplástico. La mezcla del modificador de tensión de fusión en una relación menor de 0.05 partes en peso no puede contribuir a un aumento en la tensión de fusión y no puede obtener los efectos del modificador. Sin embargo, cuando el modificador de tensión de fusión se mezcla en una relación de más de 10 partes en peso, el modificador de tensión de fusión permanece en un producto resultante como impurezas, lo cual deteriora el rendimiento del producto como la resistencia del producto.

Observar que la modalidad mostrada en el diagrama usa un producto en el cual 3 partes en peso de METABLEN A-3000 se agregan y se mezclan con 100 partes en peso de resina de poliamida reforzada con fibra de vidrio (30% de PA66 GF).

El material termoplástico que se suministra desde el tanque de material 1 se envía a una máquina de inyección de material termoplástico 3 a través de un transportador 2 o simplemente a través de una tolva (no mostrada). El tanque de material 1 y el transportador 2 configuran el medio de suministro de material termoplástico.

En la máquina de inyección de material termoplástico 3, el material termoplástico es transportado por una unidad transportadora de tipo pistón o de tipo tornillo 3a o se transporta mientras se mezcla por la misma, y después se envía a una cámara de preinyección 3b. La máquina de moldeo por inyección de material termoplástico 3 tiene adicionalmente el medio de medición de temperatura interna, el medio de medición de presión interna, el medio de ajuste de temperatura, el medio de ajuste de presión y similares, que no se muestran, para ajustar la temperatura y la presión del material termoplástico que mezclará.

El agente espumoso se agrega al material termoplástico que se funde en la máquina de inyección de material termoplástico 3.

Un agente espumoso químico, como azodicarbonamida o bicarbonato de sodio, que se descompone a una temperatura/presión predeterminada para generar el gas, o un agente espumoso físico que se hace a partir de un compuesto orgánico de bajo punto de ebullición como butano, pentano, y diclorodifluorometano y se convierte en un gas mediante la liberación a un área de baja presión, se puede usar como el agente espumoso. Tal tecnología para agregar y mezclar el agente espumoso en el material termoplástico fundido pertenece a las tecnologías convencionalmente conocidas y también se puede usar en la presente invención.

El dióxido de carbono o el nitrógeno se puede usar como el agente espumoso físico. Se entiende que, en un método ordinario, el dióxido de carbono o el nitrógeno no se difunden mucho en el material termoplástico pero se difunden bien en el material termoplástico cuando se forma en el fluido supercrítico y crea burbujas de gas finas cuando se libera a un área de baja presión. En esta modalidad, el fluido supercrítico de dióxido de carbono o de nitrógeno se usa como el agente espumoso. El fluido supercrítico de dióxido de carbono se obtiene a una temperatura igual o mayor que 31.1°C y a una presión igual a o mayor que 7.38 MPa, mientras el fluido supercrítico de nitrógeno se obtiene a una temperatura de igual o mayor que -147°C y a una presión igual o mayor que 3.40 MPa. El dióxido de carbono o el nitrógeno supercríticos se pueden usar solos como el agente espumoso, pero también se puede usar una combinación de dióxido de carbono y de nitrógeno.

Un cilindro de gas 4 se rellena con dióxido de carbono o nitrógeno y tiene su presión aumentada mediante un presurizador de 5 a 7.38 MPa o mayor para el dióxido de carbono y 3.40 MPa para el nitrógeno. El dióxido de carbono o el nitrógeno se forma en el fluido supercrítico mediante el calentamiento de acuerdo con las necesidades. El cilindro de gas 4 y el presurizador 5 configuran el medio de suministro de agente espumoso.

Según se describió anteriormente, la máquina de inyección de material termoplástico 3 tiene el medio de medición de temperatura interna, el medio de medición de presión interna, la medio de ajuste de temperatura, la medio de ajuste de presión y similares. La temperatura y la presión dentro de la cámara de preinyección 3b de la máquina de inyección de material termoplástico 3 están en los niveles que pueden mantener el dióxido de carbono o el nitrógeno en un estado de fluido supercrítico. En este estado, el fluido supercrítico de dióxido de carbono o de nitrógeno se introduce en la cámara dé preinyección 3b. Mientras se mantenga el estado de fluido supercrítico, el dióxido de carbono o el nitrógeno se difunden bien en el material termoplástico.

Observar en esta modalidad que aunque se introduzca el fluido supercrítico del dióxido de carbono o del nitrógeno, los mismos efectos se pueden obtener incluso cuando el dióxido de carbono o el nitrógeno, que no están en forma de fluido supercrítico, se introduce para tener los niveles anteriores de temperatura y de presión para mantener el gas en el estado de fluido supercrítico en la máquina de inyección de material termoplástico 3. Una combinación de dióxido de carbono y de nitrógeno técnicamente no es un fluido supercrítico pero se menciona como un fluido supercrítico en la presente especificación.

Además, la modalidad descrita anteriormente usa el material termoplástico que tiene una cantidad predeterminada de modificador de tensión de fusión mezclado previamente. Sin embargo, aunque no se muestre, un tanque que contiene el modificador de tensión de fusión y un alimentador para alimentar el modificador de tensión de fusión del tanque, se pueden conectar con la máquina de moldeo por inyección de material termoplástico 3, para agregar y para mezclar el modificador de tensión de fusión en el material termoplástico simultáneamente con o en tándem con la mezcla del agente espumoso en el material termoplástico, que se realiza a través del medio de suministro de agente espumoso. En este caso, el tanque que contiene el modificador de tensión de fusión y el alimentador para alimentar el modificador de tensión de fusión del tanque configuran el medio de suministro de modificador de tensión de fusión.

En la máquina de moldeo por inyección de material termoplástico 3, un agente de nucleación espumoso para generar los núcleos de las burbujas y/o un controlador de espumado se pueden introducir adicionalmente. La introducción de tales agentes pertenece a las tecnologías convencionales en el campo de la tecnología de espumado. Por lo tanto, las descripciones de los detalles con respecto a los nombres de las sustancias, de las operaciones/efectos y similares del agente de nucleación espumoso y del controlador de espumado, se omiten en la presente especificación.

La máquina de inyección de material termoplástico 3 descrita anteriormente está conectada con una matriz de moldeo 7 de un miembro intermedio 6, la matriz de moldeo 7 se usa para crear a miembro de tubería. Dependiendo de qué tan compleja sea la estructura de la matriz 7, la matriz de moldeo 7 se puede dividir en dos, tres o más secciones pero necesita montarse de manera hermética al aire o al fluido. Cuando se abre un inyector 3c ubicado en una punta de la máquina de inyección de material termoplástico 3, el material termoplástico de la presente modalidad, en la cual el fluido supercrítico de dióxido de carbono o de nitrógeno se difunde, se expulsa desde la máquina de inyección de material termoplástico de alta presión 3 a la matriz 7 a través del miembro intermedio 6. Debido a la expansión drástica del volumen, el dióxido de carbono o el nitrógeno se gasifica mientras la presión disminuye, de tal modo se crea la espuma en cooperación con la viscosidad del material termoplástico.

Una parte del material termoplástico en la matriz de moldeo 7, que entra en contacto con una superficie interna de la matriz de moldeo 7, tiene una temperatura aumentada drásticamente y una viscosidad reducida y se solidifica sin la formación de burbujas de gas. Por otra parte, una parte interna del material termoplástico que no entra en contacto con la matriz de moldeo 7 genera las burbujas de gas debido a la acción del agente espumoso. La parte, en la cual se generan las burbujas de gas, tiene una conductividad térmica baja, causa raramente una disminución de la temperatura, y por lo tanto mantiene su estado fundido. Por lo tanto, una capa superficial delgada sin burbujas de gas, que entra en el contacto con la superficie de la matriz de moldeo 7, y una capa base fundida, que no entra en contacto con la matriz de moldeo 7 pero que crea las burbujas de gas, se forman en la parte interna.

Las figuras 2(a)-(c) son diagramas que muestran esquemáticamente las distribuciones de la capa superficial y de la capa base en la matriz de moldeo 7, las distribuciones se obtienen después de inyectar el material termoplástico en una cavidad de la matriz de moldeo 7, donde la figura 2(a) es un diagrama longitudinal en sección trasversal considerado a lo largo de una dirección axial de la cavidad de matriz de moldeo y la figura 2(b) es un diagrama perpendicular en sección trasversal considerado a lo largo de una dirección perpendicular al eje de la cavidad de matriz de moldeo. Estos diagramas muestran que un estado, en el cual la capa superficial delgada sin burbujas de gas se forma en una parte que está en contacto con la matriz de moldeo 7 y en la cual se forma la capa base con las burbujas de gas en la parte interna. La figura 2(c) es una gráfica que muestra esquemáticamente una distribución de viscosidad n(r) del material termoplástico en la cavidad de matriz de moldeo en cuanto a una posición radial r de la cavidad de matriz de moldeo. Este diagrama muestra que la viscosidad ? de la capa superficial delgada, que entra en contacto con la superficie interna de la matriz de moldeo, es alta y que la viscosidad ? de la capa base, que constituye una porción grande del material termoplástico, es extremadamente baja debido a las burbujas de gas formadas en la misma.

En el caso donde el material termoplástico se mezcla con el modificador de tensión de fusión, cuando las burbujas de gas se generan por el agente espumoso, la acción del modificador de tensión de fusión puede mejorar el comportamiento de endurecimiento por deformación bajo la viscosidad de alargamiento uniaxial del material termoplástico, lo cual da por resultado la inhibición del crecimiento heterogéneo de las burbujas de gas y la obtención del espumado fino y uniforme. Por lo tanto, la capa base con las burbujas de gas, que está ubicada en la parte interna según se mostró en las figuras 2(a)-(c), se convierte en una capa base homogénea que constituye una porción grande del material termoplástico, y se forma la capa superficial delgada. Además, en el caso donde el material termoplástico se mezcla con las fibras reforzadas, las fibras reforzadas se concentran en la capa superficial y se orientan en la misma dirección que la dirección en la cual fluye el material termoplástico, debido a los efectos de espumado del agente espumoso del material termoplástico en la matriz de moldeo.

Según se mostró en la figura 1, en la presente modalidad, una terminal lateral descendente de la matriz de moldeo 7 se proporciona con una primera válvula 8 para cerrar la matriz de moldeo 7. Por otra parte, un tanque de fluido 10 y una bomba de presurización 11 se conectan con el miembro intermedio 6 en el lado ascendente mediante una segunda válvula 9. Por lo tanto, la matriz de moldeo 7 forma un espacio cerrado. En un caso donde esta sellabilidad inhibe la introducción del material termoplástico o el espumado del agente espumoso, una válvula de descarga de gas o un controlador de presión de un dispositivo de generación de presión negativa o similares puede proporcionarse en la primera válvula 8 para prevenir tal inhibición. Además, varios sensores y controladores de temperatura se pueden proporcionar para controlar la temperatura y la presión de la matriz de moldeo 7. Al proporcionar estos sensores y controladores de temperatura se puede controlar la temperatura y la presión dentro de la matriz de moldeo 7 a los valores deseados, se puede controlar el espumado del agente espumoso y el endurecimiento por deformación de la viscosidad de alargamiento obtenida por el modificador de tensión de fusión, y se puede cambiar la formación de la capa superficial a varios estados deseados.

El tanque de fluido 10 se llena con gas de nitrógeno, aire, agua, una combinación de gas de nitrógeno y de agua, o una combinación de aire y de agua. El fluido en el mismo se presuriza mediante la bomba de presurización 11. Después de la formación de la capa base y de la capa superficial en la matriz de moldeo 7 según se mostró en las figuras 2(a)-(c), la primera válvula 8 en el lado descendente y la segunda válvula 9 en el lado ascendente que funciona como la válvula de control de fluido presurizado, se abren en el momento apropiado. Por lo tanto, el fluido presurizado fluye vigorosamente en la matriz de moldeo 7 a través del miembro intermedio 6. Aquí, el momento apropiado significa cuando se forma la capa superficial y la capa base, pero por lo menos la capa base todavía no se solidifica y la capa superficial tiene un espesor que ajusta el espesor del producto a un valor deseado. El tanque de fluido 10, la bomba de presurización 11, y la segunda válvula 9 configuran el medio de descarga de material termoplástico.

Debido a las burbujas de gas y a la viscosidad baja de la capa base, la capa base se puede expulsar fácilmente mediante el fluido presurizado introducido. Las figuras 3(a)-(b) son diagramas que muestran un estado de la cavidad de matriz de moldeo obtenido en este proceso de descarga de material termoplástico, donde la figura 3(a) es un diagrama longitudinal en sección trasversal considerado a lo largo de la dirección axial del material termoplástico en la cavidad de matriz de moldeo, que muestra un estado en el cual se introduce el fluido presurizado y por lo tanto, se expulsa la capa base de baja viscosidad en la parte central. La figura 3(b) es un diagrama perpendicular en sección trasversal considerado a lo largo de la línea P-P de la figura 3(a), que muestra un estado en el cual una parte hueca grande se forma en la parte interna.

La capa base expulsada pasa a través de la primera válvula 8 y se recupera por una cavidad de flujo excesivo 12. Debido a que la capa superficial no tiene ninguna burbuja de gas y es alta en viscosidad, la capa superficial no se expulsa mediante el fluido presurizado y forma una superficie de pared del miembro de tubería. De este modo, puesto que la capa superficial es delgada, el miembro de tubería, el producto, se puede hacer delgado.

En el caso donde el material termoplástico se mezcla con el modificador de tensión de fusión, el proceso de descargar de material termoplástico por medio del fluido presurizado, mejora el comportamiento del endurecimiento por deformación bajo viscosidad de alargamiento uniaxial del material termoplástico debido a la acción del modificador de tensión de fusión. Por esta razón, la expulsión mediante el fluido presurizado se puede realizar sin la generación del espesor desigual en el miembro de tubería, y el miembro de tubería homogéneo delgado se puede formar por medio del moldeo por inyección asistido con fluido. Cuando el material termoplástico se mezcla con las fibras reforzadas, las fibras reforzadas se concentran en la capa superficial y se orientan en la misma dirección que la dirección en la cual fluye el material termoplástico, debido a los efectos de espumado del agente espumoso del material termoplástico en la matriz de moldeo, según se describió anteriormente. Por lo tanto, el miembro de tubería puede proporcionarse con una pared de tubería reforzada con eficacia por las fibras reforzadas, y se puede moldear el miembro de tubería en el cual las fibras reforzadas no están expuestas en una superficie interna de la pared del mismo.

Entonces, cuando el molde hueco se enfría a aproximadamente una temperatura de transición y se solidifica, el material termoplástico se elimina de la matriz 7 para obtener el miembro de tubería. En la presente invención, el cambio de temperatura, presión o una combinación del mismo dentro de la cavidad de matriz de moldeo 7 puede cambiar fácilmente la relación de volumen entre la capa superficial sin burbujas de gas y la capa base con las burbujas de gas. Al usar la diferencia en viscosidad entre la capa superficial sin burbujas de gas y la capa base con las burbujas de gas, el miembro de tubería con un espesor deseado se puede obtener al expulsar la capa base de baja viscosidad al usar el fluido presurizado.

Lo anterior ha descrito las modalidades del método y del dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con la presente invención. Sin embargo, la presente invención no se limita a las mismas, y varias modificaciones y cambios se pueden realizar dentro de la idea técnica de las presentes invenciones descritas en las reivindicaciones de la patente.

Aplicabilidad Industrial El método y el dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con la presente invención descrita anteriormente, son capaces de hacer el espesor de un producto resultante tan delgado como sea posible y de reducir la cantidad requerida de material termoplástico, sin hacer complejo el dispositivo. Por lo tanto, el método y el dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con la presente invención se pueden usar ampliamente en la producción de tuberías usadas en automóviles y en aplicaciones eléctricas domésticas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un método para producir un miembro de tubería, que comprende: un proceso de relleno con material termoplástico para rellenar una matriz con un material termoplástico; y un proceso de descarga de material termoplástico para expulsar una parte no solidificada del material termoplástico en la matriz de moldeo al usar el fluido presurizado, donde el material termoplástico se mezcla con un agente espumoso, el método adicionalmente comprende un proceso para espumar el material termoplástico que rellena la matriz de moldeo, y el proceso de descarga de material termoplástico es un proceso para expulsar una parte interna del material termoplástico, espumada en la matriz de moldeo, al usar el fluido presurizado antes de la solidificación de la parte interna.

2. El método para producir un miembro de tubería de acuerdo con la reivindicación 1, donde el material termoplástico es un termoplástico o un elastómero termoplástico, y el agente espumoso es dióxido de carbono y/o nitrógeno y se mezcla con el material termoplástico a una temperatura y a una presión a las cuales el dióxido de carbono y/o el nitrógeno se pueden mantener en un estado de fluido supercrítico.

3. El método para producir un miembro de tubería de acuerdo con la reivindicación 1, donde el fluido presurizado se genera a partir de gas de nitrógeno y/o de agua.

4. El método para producir un miembro de tubería de acuerdo con la reivindicación 1, donde el fluido presurizado se genera a partir de aire y/o de agua.

5. El método para producir un miembro de tubería de acuerdo con la reivindicación 1, donde el material termoplástico se mezcla adicionalmente con un modificador de tensión de fusión .

6. El método para producir un miembro de tubería de acuerdo con la reivindicación 1, donde el material termoplástico se mezcla adicionalmente con las fibras reforzadas.

7. Un dispositivo para producir un miembro de tubería, que comprende: una matriz de moldeo por moldear un miembro de tubería; el medio de relleno con material termoplástico para rellenar la matriz de moldeo con un material termoplástico; y el medio de descarga de material termoplástico para expulsar una parte no solidificada del material termoplástico en la matriz de moldeo al usar el fluido presurizado, donde el medio de relleno del material termoplástico tiene el medio de suministro de material termoplástico, el medio de suministro de agente espumoso, y una máquina de inyección de material termoplástico que mezcla el material termoplástico suministrado por el medio de suministro de material termoplástico con un agente espumoso suministrado por el medio de suministro de agente espumoso e inyecta la mezcla, el medio de descarga de material termoplástico que tiene un tanque de fluido, el medio de presurización para presurizar el fluido almacenado en el tanque de fluido, y una válvula de control de fluido presurizado para controlar el fluido presurizado, y después de rellenar la matriz de moldeo con el material termoplástico mezclado con el agente espumoso al usar la máquina de inyección de material termoplástico, la válvula de control de fluido presurizado se abre para expulsar un material termoplástico no solidificado y espumado en la matriz de moldeo al usar el fluido presurizado por el medio de presurización.

8. El dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con la reivindicación 7, donde el agente espumoso es dióxido de carbono y/o nitrógeno y se proporciona por el medio de suministro de agente espumoso en la máquina de moldeo por inyección de material termoplástico, en la cual una temperatura y una presión son iguales o mayores que aquellas en las cuales el dióxido de carbono y/o el nitrógeno se convierten en el fluido supercrítico.

9. El dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con la reivindicación 7, donde el agente espumoso es dióxido de carbono y/o nitrógeno, y el dióxido de carbono y/o el nitrógeno, que están previamente en un estado de fluido supercrítico, se suministran desde el medio de suministro de agente espumoso a la máquina de moldeo por inyección de material termoplástico.

10. El dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con la reivindicación 7, donde el material termoplástico se mezcla previamente con un modificador de tensión de fusión.

11. El dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con la reivindicación 7, donde el medio de relleno con material termoplástico incluye adicionalmente el medio de suministro de modificador de tensión de fusión, y la máquina de inyección de material termoplástico mezcla el material termoplástico suministrado por el medio de suministro de material termoplástico con el agente espumoso suministrado por el medio de suministro de agente espumoso y un modificador de tensión de fusión suministrado por el medio de suministro de modificador de tensión de fusión, e inyecta la mezcla.

12. El dispositivo para producir un miembro de tubería de acuerdo con la reivindicación 7, donde el material termoplástico se mezcla previamente con las fibras reforzadas.