MXPA02001914A - Metodo de fabricacion de recipiente a presion. - Google Patents
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Abstract
Se describe un metodo para moldear un articulo plastico moldeado reforzado hueco. Se proporciona una preforma en forma del articulo que se va a moldear. La preforma comprende longitudes cortas, revueltas de manera aleatoria de fibras termoplasticas y de refuerzo unidas de manera suelta. El nucleo se proporciona dentro de la preforma y puede ser un nucleo iriflable y flexible el cual se puede retirar posteriormente o bien un revestimiento termoplastico. La preforma se coloca en un molde y se calienta para fundir el vehiculo termoplastico mientras se hace circular dentro del nucleo un refrigerante liquido presurizado.
Description
MÉTODO DE FABRICACIÓN DE UN RECIPIENTE DE PRESIÓN
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La invención se relaciona generalmente con un método para fabricar artículos compuestos de plástico reforzados huecos y, más particularmente, con un método para enfriar un núcleo insertado en una preforma con el propósito de elaborar recipientes de presión reforzados, de fibra, para el almacenamiento, tratamiento y transporte de líquidos. De acuerdo con esta invención, el término "núcleo" significa la inclusión de un núcleo cauchotado inflable tal como una bolsa flexible o un revestimiento plástico. Este método de enfriamiento evita el deterioro del núcleo inflable o la deformación y deterioro del revestimiento plástico utilizado durante la elaboración del recipiente de presión. Los artículos plásticos compuestos se vuelven cada vez más importantes en diversas industrias, pues muestran muchas ventajas con respecto a otros materiales tales como metales y materiales cerámicos. Los artículos plásticos compuestos reforzados con fibra pueden utilizar muchos materiales en su composición, incluyendo vidrio, carbón, metal, materiales cerámicos y plásticos como materiales de refuerzo, utilizando materiales
termoendurecibles o termoplásticos como materiales de unión. Existen diversos métodos para elaborar artículos plásticos compuestos reforzados. La técnica anterior describe diversos métodos para fabricar artículos compuestos reforzados con fibra, cilindricos, huecos utilizando tanto resinas termoendurecibles como termoplásticos para la unión de materiales de refuerzo. Muchos de estos métodos de manufactura requieren el calentamiento de una preforma de fibras de moldeo termoplásticas y fibra de refuerzo, tales como vidrio, mientras están en un molde rígido, para crear el artículo terminado. Habitualmente, se instala un revestimiento plástico o un núcleo cauchotado dentro de la preforma y se infla con gas mientras la preforma se calienta en el molde para fundir el material termoplástico. Conforme se calienta la preforma, el núcleo o el revestimiento se utilizan para mantener la forma de la preforma, impulsando a la preforma contra la pared del molde. El revestimiento o núcleo después define la forma interior de la preforma. En algunos casos, es deseable que el núcleo esté unido parcial o completamente al interior de la preforma y por lo tanto se vuelva parte del artículo terminado, lo que proporciona una superficie interior
especial. En otros casos, el núcleo se retira del artículo después de que el artículo se enfría, por lo que el núcleo preferiblemente se puede volver a utilizar. Sin embargo, dado que la preforma dentro del molde puede necesitar ser calentada a temperaturas relativamente elevadas tales como 149°C (300°F) o mayores, algunas veces durante 30 minutos o más cuando el material de unión es una resina termoplástica, el núcleo puede experimentar transformaciones' indeseables debido al proceso de calentamiento. Por ejemplo, si se utiliza un núcleo cauchotado inflable, tal como una vejiga de neopreno o de caucho de silicona, el proceso de calentamiento dentro del molde puede llevar al deterioro del núcleo. El núcleo se puede volver quebradizo, menos resiliente y se puede deformar. Si no se retira el núcleo del artículo terminado y se reutiliza, mostrará un ciclo de duración reducido y presentará mayor susceptibilidad a fallas durante su uso, lo que incrementa el riesgo de un artículo terminado defectuoso. Si el núcleo se vuelve parte del artículo terminado, puede adquirir propiedades no deseables (tales como deformación, una condición quebradiza, transformación del material, etc.) debido a los efectos de calentamiento del núcleo.
Se presenta una situación similar cuando se utiliza un revestimiento plástico en el interior del artículo. Dado que con frecuencia es deseable que el revestimiento plástico sea de un material de resina termoplástica similar al artículo terminado, el revestimiento se reblandecerá y perderá su forma conforme la preforma se calienta. El calor tenderá a suavizar y fundir el revestimiento, incluso si el revestimiento presurizado para mantener su forma. Sin embargo, el reblandecimiento y fundido pueden llevar a que las resinas del revestimiento se mezclen con la preforma y que sean absorbidas, de manera que se pierden las propiedades de revestimiento especial . Sería deseable proporcionar un método para evitar estos efectos dañinos sobre núcleos cauchotados inflables y revestimientos plásticos en la elaboración de recipientes de presión compuestos, plásticos.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN
Este método y dispositivo proporciona un medio de refrigeración para el interior de un artículo plástico compuesto reforzado, hueco, mientras que al mismo tiempo presuriza el interior del artículo durante un proceso de calentamiento. Esto se realiza al proporcionar una
válvula de retropresión sobre la tubería de salida de presión del núcleo y al utilizar un fluido tal como agua para que circule a través del revestimiento para presurizar y refrigerar el núcleo contenido en el interior del artículo. Esto ayuda a mantener el interior del artículo frío y conserva la duración y condición del núcleo inflable mientras el artículo es tratado con calor. Este método también se puede utiliza para presurizar y refrigerar un revestimiento o componente similar de artículo durante el tratamiento con calor, consolidación o curado del artículo.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es una vista en perspectiva de una porción de pared lateral cilindrica y una porción de domo inferior integrado de una preforma; la Figura 2 es una vista en perspectiva de una porción de domo superior separada de la preforma de la Figura 1; la Figura 3 es una vista en perspectiva de una preforma ensamblada completamente; la Figura 4 es una vista despiezada de un arreglo de molde rígido que muestra una preforma que se va a insertar en el molde;
la Figura 4A es una preforma envuelta con una rejilla de refuerzo unidireccional; la Figura 5 es una vista en elevación fragmentaria del molde rígido de la Figura 4 durante la operación de moldeo utilizando un núcleo flexible; y la Figura 5A es una vista en elevación fragmentaria del molde rígido de la Figura 4 durante una operación de moldeo utilizando un revestimiento de plástico.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Este método y dispositivo de refrigeración es útil en la elaboración de artículos plásticos compuestos reforzados huecos elaborados de una matriz de fibra de refuerzo mezcladas íntimamente con una resina de unión, tal como una resina termoplástica. Los métodos de manufactura de la técnica anterior se describen por las patentes de E.U.A. Nos. Re. 25,241; 4,446,092; 4,504,530; 2,848,133; 3,874,544; 3,508,677 y 3,907,149. Sin embargo, esta invención no se limita a estas solicitudes de manufactura, sino que también puede ser útil siempre que sea benéfico refrigerar el interior de un artículo plástico compuesto durante el calentamiento, curado o fase de tratamiento con calor de su elaboración.
La invención es particularmente útil para refrigerar un núcleo cauchotado o revestimiento plástico insertado dentro de una preforma para evitar el deterioro del núcleo o del revestimiento debido al calentamiento, curado o tratamiento térmico de manufactura. La invención también se puede utilizar para enfriar un núcleo cauchotado contenido dentro de un revestimiento plástico contenido dentro de la preforma. La invención permite que el núcleo sea extraído y reútilizado con mayor frecuencia, por lo que se reducen los costos de manufactura al incrementar la duración del núcleo y, alternativamente, al conservar las características útiles del núcleo o del revestimiento o del producto terminado, si el núcleo o revestimiento va a formar parte integral del artículo terminado. Las Figuras 1 y 2 muestran la preforma 10 de acuerdo con un aspecto de la invención. La preforma 10 se puede elaborar al utilizar el aparato que se establece en la patente de E.U.A. No. 4,101,254, incorporada en la presente como referencia. Las fibras termoplásticas y de refuerzo se cortan y se suministran simultáneamente en forma mezclada sobre una retícula suministrada al vacío, y ya sea se rocía con una resina o se calienta brevemente para unir las fibras de manera suelta en la configuración de la preforma. Una preforma 20 de domo superior se forma
al dispersar simultáneamente fibras termoplásticas y de refuerzo mezcladas sobre una retícula cóncava que corresponde a la forma de la preforma 20 de domo. Las fibras se mantienen en la retícula por vacío y se rocían con una resina o se calientan brevemente para unir las fibras de manera suelta en la conformación de la preforma de domo. La preforma 10 de la Figura 1 tiene una porción 12 de pared lateral cilindrica con una porción 16 de forma inferior de domo, y utiliza la preforma 20 superior en forma de domo separado de la Figura 2. La preforma 20 en forma de domo superior se proporciona con un acoplamiento 22 roscado integrado en la porción en forma de domo superior de la preforma, por ejemplo. El acoplamiento 22 tiene una porción 21 de cuello y un reborde 23 que se extiende radialmente. De manera alternativa, el acoplamiento o acoplamientos se pueden ensamblar o fabricar con otros componentes de preforma o acoplamientos mientras se carga el molde, como se describe en la presente a continuación. Estos acoplamientos se pueden elaborar por moldeo por inyección a partir de un material compuesto de resina termoplástica compatible, por ejemplo, o los acoplamientos se pueden elaborar por algún otro método o pueden estar constituidos de otros materiales, tales como metales,
materiales plásticos, compuestos, materiales cerámicos y vidrios, por ejemplo. De acuerdo con un aspecto de la invención, la preforma se fabrica con un núcleo 14 cauchotado inflable insertado dentro de la preforma con una boquilla 18 para conectarse a una fuente de presión. El núcleo cauchotado está constituido de un material tal como neopreno o caucho de silicona. La Figura 1 muestra el núcleo 14 inflable insertado en la preforma ', con una boquilla 18 adaptada para conectarse a una fuente de aire presurizada. La Figura 3 muestra el núcleo 14 ya instalado en una preforma 10 completamente ensamblada. El núcleo 14 inflable definirá la forma interior del artículo terminado. De acuerdo con otro aspecto de la invención, la preforma se fabrica con un revestimiento termoplástico como el núcleo. El revestimiento se fabrica por moldeo por soplado, moldeo por inyección, colada centrífuga o alguna otra técnica. El revestimiento después definirá la forma interior del artículo terminado y puede proporciona una superficie interior con alta concentración de resina en el artículo terminado para minimizar la transminación de líquidos o fluidos a través de la pared del recipiente, como se discute en la patente de E.U.A. No. 4,446,092, por ejemplo. Como una alternativa adicional,
el revestimiento termoplástico se puede fabricar de una película termoplástica. De acuerdo con otro aspecto adicional de la invención, se coloca un núcleo inflable cauchotado dentro del revestimiento plástico contenido dentro de la preforma. La preforma está constituida de un material de un material de resina termoplástica y un material de refuerzo. La resina termoplástica se utiliza para unir las fibras de refuerzo juntas y proporcionar una matriz para el artículo terminado reforzado. La resina termoplástica puede ser polipropileno, por ejemplo, y puede estar en una forma de trozos, fibra o particulada. También se pueden utilizar otras resinas termoplásticas tales como polietileno, tereftalato de polibutileno, tereftalato de polietileno o nylon, entre otras. El material de refuerzo habitualmente es una fibra en trozos constituida de vidrio, carbón, Kevlar, metal o algún otro material de refuerzo, o combinaciones de los mismos. La relación de fibra a resina de manera óptima se elige en cuanto a durabilidad, capacidad de trabajo y resistencia, considerando el uso específico del producto terminado. La relación de fibra de refuerzo respecto a material termoplástico puede ser constante, o bien la relación puede variar en la preforma de alguna manera, por ejemplo a lo largo de su longitud, a través de su
espesor o entre los diversos acoplamientos, dependiendo de las propiedades deseadas del artículo terminado. Una preforma habitualmente tiene una relación constante de fibra de refuerzo respecto a resina termoplástica de aproximadamente 3:2. La elección de la matriz de aglutinante termoplástico y su forma depende de las propiedades deseadas del artículo terminado, el método deseado de manufactura de la preforma, los requerimientos de capacidad de trabajo de los artículos preformados y moldeados así como el costo de las materias primas disponibles. El material de refuerzo óptimo se elige en base en consideraciones similares. La Figura 3 muestra una preforma completamente ensamblada de acuerdo con un aspecto de la invención como aparecería antes de experimentar el tratamiento por calor en el molde. De acuerdo con un aspecto de la invención que se muestra en la Figura 4, las fibras en las preformas de las Figuras 1, 2 y 3 habitualmente se mantienen juntas de manera holgada y aún no se unen en una matriz. La longitud de las fibras se elige para proporcionar las propiedades que se desean en el producto terminado y para facilidad de trabajado de la preforma o del artículo conformado. Las fibras pueden tener todas una longitud similar, o las longitudes de las fibras
pueden variar de acuerdo con las propiedades específicas que se deseen. Las fibras termoplásticas con longitudes de aproximadamente 5. lcm (2 pulgadas) combinadas con fibras de refuerzo con longitudes aproximadamente de 2.5 cm (1 pulgada) han demostrado proporcionar propiedades aceptables para muchas preformas, artículos conformados y técnicas de manufactura típicas. El espesor de la preforma puede ser sustancialmente constante o puede variar, por ejemplo, a lo largo de la longitud de la preforma, o entre los diversos componentes o acoplamientos, de acuerdo con los requerimientos y las propiedades deseadas del artículo terminado particular. Con referencia ahora a la Figura 4, el molde 28 cilindrico comprende un cabezal 28B de molde inferior, un receptáculo 28A de molde superior y un cuerpo 28D tubular. Los cabezales 28A y 28B se sujetan al cuerpo 28D por sujetadores 28C articulados. Con el cabezal 28A de molde superior retirado, la preforma 10 se inserta en el molde 28 y el núcleo 14 se inserta dentro de la preforma 10. El acoplamiento 22, la preforma 20 superior y la tapa 28A de molde superior y un núcleo 33 roscado se preensamblan al insertar el núcleo 33 roscado dentro de la abertura 28E en la preforma 20 superior y se rosca el núcleo dentro del acoplamiento 22 mientras se interpone
la preforma 20 superior entre el acoplamiento 22 y el cabezal 28A de molde superior. El núcleo 14 cauchotado se fusiona a una tuerca 35 y la tuerca 35 se rosca sobre el núcleo 33 para retener al núcleo 14 cauchotado entre las tuercas 35 y el acoplamiento 22 (véase la Figura 5) . El preensamblado después se coloca dentro de la preforma 10. Los sujetadores 28C después se sujetan al cabezal 28A. El molde rígido la forma exterior del artículo terminado. El núcleo 14 inflable define la forma interior del artículo terminado. Si se utiliza un núcleo inflable reutilizable, de manera tal que se pueda retirar del artículo moldeado, el núcleo 14 será tratado con un agente de liberación antes o durante el ensamblado en el molde para ayudar a su remoción. Alternativamente, si el núcleo 14 se integra con el artículo terminado, se puede tratar con un agente adhesivo para ayudar en su unión al interior del artículo moldeado. Como se puede ver en la Figura 4A, la preforma 10 se puede enrollar con una rejilla 35 de refuerzo que tiene fibras 35A de refuerzo circunferenciales en la misma para suministrar una resistencia agregada de ceñido al artículo moldeado. La Figura 5 muestra una preforma 10 contenida dentro del molde 28 rígido de la Figura 4. La preforma 10 se puede observar a través de una porción recortada del
molde, para ilustración. El núcleo 14 es una vejiga de caucho capaz de ser presurizada con un fluido o líquido, sin fugas. El núcleo 33 roscado tiene un anillo 37 toroidal instalado en el mismo de manera que se genera un sello hermético entre la tapa de molde y el núcleo 33 roscado. Un tubo 38 de entrada y un tubo 40 de salida penetran el núcleo 36 roscado. El tubo 38 de entrada se extiende a través del núcleo 33 y contiene orificios 41 para distribuir un fluido 48 de refrigerante tal como agua dentro del núcleo 14 flexible. El fluido 48 circula a través del núcleo 14 lo suficiente para enfriar el núcleo mientras está en el molde 28, y por lo tanto la preforma contenida dentro del molde, la cual es calentada para fundir y distribuir el aglutinante a través de las fibras de refuerzo. El fluido 48 también se utiliza para presurizar el núcleo lo suficiente para inflar el núcleo cauchotado. El agua corriente a una temperatura entre aproximadamente 7.5 y 15°C (45-60°F), presurizado entre 69 y 552 kPa (10-80 psi) ha demostrado ser efectiva como un fluido de refrigeración para esta aplicación, pero otros fluidos a temperaturas y presiones similares también pueden ser efectivos como alternativas, en donde la presión más elevada está limitada por la capacidad de los moldes rígidos para resistir las presiones más altas. El fluido 48 sale del núcleo flexible vía el tubo 40 de
salida. Una válvula 42 de retropresión, instalada sobre el tubo 40, mantiene el núcleo de la preforma presurizado a la cantidad requerida. La preforma se calienta dentro del molde 28 a temperaturas de hasta aproximadamente 204°C (400°F) o mayores utilizando tal medio de calentamiento como convección de aire caliente, tratamiento a la flama, radiación infrarroja, un horno, calentadores de resistencia incrustados en el molde o algún otro método de calentamiento. El fluido 48 refrigerante simultáneamente enfría el interior de la preforma y presuriza el interior del artículo, y proporciona cualquier presión necesaria para ayudar en la elaboración del artículo. La presión comprime la preforma 10 en el molde 28 y ayuda en la distribución del material de resina termoplástica a través de las fibras de refuerzo para conformar una matriz de fibra de refuerzo de una resina y para reducir huecos dentro del producto terminado . Como una alternativa, la invención se puede implementar al colocar un tubo 38 de entrada y el tubo 40 de salida conectados en lados opuestos de la preforma con acoplamientos separados. De esta manera, un extremo de la preforma se conectará a la fuente de fluido de
refrigeración, mientras que el otro extremo se conectará a una salida. Con referencia ahora a la Figura 5A, un revestimiento 50 termoplástico se utiliza como un núcleo. El revestimiento 50 se puede producir mediante moldeo por soplado, moldeo por inyección, colada centrífuga u otra técnica de moldeo. El acoplamiento se moldea en el revestimiento durante el proceso dé moldeo del revestimiento y se puede considerar integral con el mismo. La operación de moldeo se lleva a cabo de una manera descrita previamente con referencia a la Figura 5. La invención se ha descrito utilizando ejemplos específicos, sin embargo, se comprenderá por aquellos expertos en la técnica que se pueden utilizar diversas alternativas y se pueden sustituir equivalentes por elementos descritos en la presente sin desviarse del alcance de la invención. Pueden ser necesarias modificaciones para adaptar la invención a una situación particular o a materiales particulares sin que se apartes del alcance de la invención. Se pretende que la invención no esté limitada por la implementación particular que se describe en la presente, sino por las reivindicaciones que se proporcionan en su interpretación más amplia para abarcar la totalidad de las modalidades, literales o equivalentes, cubiertas por las mismas.
Claims (16)
1. Un método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, que comprende las etapas de: proporcionar una preforma en forma de un artículo que se va a moldear, la preforma comprende longitudes cortas, mezcladas aleatoreamente de fibras termoplásticas y de refuerzo unidas de manera suelta y que tienen una superficie interior y una superficie exterior; proporcionar un núcleo que tiene una superficie interior y una superficie exterior; colocar el núcleo dentro de la preforma de manera que la superficie exterior del núcleo haga contacto con la superficie interior de la preforma; colocar la preforma dentro del molde cerrado de manera que la superficie exterior de la preforma haga contacto con la superficie interior del molde; hacer circular refrigerante líquido presurizado dentro del núcleo mientras se calienta el molde a una temperatura suficiente para fundir las fibras termoplásticas en una matriz coherente sustancialmente libre de huecos, las fibra de refuerzo orientadas aleatoriamente y distribuidas en el mismo; enfriar el molde a una temperatura suficiente para solidificar la matriz, y remover el artículo plástico del molde.
2. Un método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el refrigerante líquido es agua.
3. El método para moldear un artículo plástico moldeado reforzad hueco, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el agua está a una temperatura entre aproximadamente 7.2 y 15°C (45-60°F).
4. El método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el fluido se presuriza a una presión de entre aproximadamente 69 kPa y 552 kPa (10-80 psi) .
5. Un método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras termoplásticas son polipropileno y las fibras de refuerzo son de vidrio.
6. El método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el núcleo es un núcleo cauchotado inflable y se retira del artículo plástico moldeado.
7. El método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el núcleo es un revestimiento plástico.
8. El método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el molde se calienta a una temperatura de aproximadamente 204 °C (400 °F) para fundir las fibras termoplásticas.
9. Un método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, caracterizado porque comprende las etapas de: proporcionar una primera preforma que tiene una pared lateral cilindrica que define una boquilla abierta y una pared inferior en forma de domo; proporcionar una segunda preforma en forma de domo que tiene una abertura axial en la misma; la primera y segunda preformas comprenden longitudes cortas, revueltas aleatoriamente de fibras termoplásticas y de refuerzo unidas de manera suelta y que tienen una superficie interior y una superficie exterior; insertar la primera preforma en un molde cilindrico que tiene una superficie de molde que corresponde a la superficie exterior de la primera preforma; insertar un núcleo dentro de la primera preforma; insertar una porción de cuello de un acoplamiento roscado a través de la abertura axial de manera que una porción de refuerzo del acoplamiento se apoya contra la superficie interior de la segunda preforma; roscar un núcleo roscado que tiene un reborde anular dentro del acoplamiento roscado de manera que el reborde anular hace contacto con la porción de cuello del acoplamiento roscado; proporcionar una tapa de molde que tiene una perforación axial y que tiene una cavidad de molde que corresponde a la superficie exterior de la segunda preforma; colocar la segunda preforma contra la cavidad de molde de la tapa de molde; unir la tapa de molde al molde cilindrico; hacer circular un refrigerante líquido presurizado dentro del núcleo mientras se calienta el molde cilindrico y la tapa de molde a una temperatura suficiente para fundir las fibras termoplásticas en una matriz coherente sustancialmente libre de huecos con la fibra de refuerzo orientada aleato eamente y distribuida en la misma; refrigerar el molde cilindrico y la tapa de molde a una temperatura suficiente para solidificar la matriz; y remover el artículo plástico del molde.
10. El método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el refrigerante líquido es agua.
11. El método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el agua está a una temperatura entre aproximadamente 7.2 y 15 °C (45-60°F) .
12. El método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el fluido se presuriza a una presión de entre aproximadamente 69 y 552kPa (10-80 psi) .
13. El método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado ' porque las fibras termoplásticas son polipropileno y las fibra de refuerzo son de vidrio .
14. El método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el núcleo es un núcleo cauchotado inflable y se separa del artículo plástico moldeado.
15. El método para moldear un artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el núcleo es un revestimiento plástico.
16. El método para moldear el artículo plástico moldeado reforzado hueco, de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el molde se calienta a una temperatura de aproximadamente 204°C (400 °F) para fundir las fibras termoplásticas.
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